3-电控系统介绍

震动开关安装在机舱底板上。当底板出现过大振动时，该装置会给控制 器发出一个信号，安全链断开，风力机组执行紧急停机并给出故障信息。
过速保护通过过速保护模块 overspeed控制，叶轮转速( 即发电机转速） 超过一定范围，过速保护模块 overspeed内的继电器断开节点，使安全链断。
扭缆开关是用来保护电缆的，当电缆向同一方向累计扭转超过设定圈数 时扭缆开关动作，安全链断。
变桨系统
直驱1.5MW电控系统组成
变流系统
主控系统
监控系统
变 桨 传 感
器
变 桨 执 行
器 件
变 桨 控 制
单 元
变 桨 备 电
整逆保控滤 流变护制波 单单单单单 元元元元元
控 制 单 元
传 感 器 单
元执 行 单 元总 Nhomakorabea 系 统
工 业 以 太 网
监 控 软 件
电控系统各部分的关系
人机交互
▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
金风1.5MW风机电控系统介绍
孙伟
• 主要内容：
1、电气控制系统的构成 2、1.5兆瓦Verteco变流系统机组主电气回路的构成 3、变桨系统及其功能 4、机舱控制系统及其功能 5、塔底主控系统及其功能 6、变频系统及其功能 7、冷却系统及其功能 8、远程/中央监控系统的构成及功能 9、机组的防雷系统
网络/远程监控
▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
主控制器(风机系统逻辑控制)
▲风机正常工作逻辑控制 ▲故障诊断及保护 ▲数据采集/统计
变浆系统
▲桨距调节 ▲桨距角采集 ▲异常保护
变流系统
▲电力变换 ▲功率控制 ▲转矩控制 ▲功率因数调节
传感器
▲数字量采集 ▲模拟量采集
VERTECO控制系统 实际的物理分布及通 信连接
a、充电电流大，充电时间短；
b、交流变直流的整流模块同时作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路；
c、超级电容的容量随使用年限的增加，减小的非常小。
d、寿命长；
e、无须维护；
f、体积小，重量轻等优点;
g、充电时发热量低。
变桨控制柜
变桨系统原理图
变桨系统实现风力发电机组的变桨控制，在额定功率Pro以fibu上s DP通过控制叶片桨距角使输出功率保持 在额定状态。在停状机态时，调整桨叶角度，使风力发电机处于安全转速下。
塔底主控制系统
塔底主控制系统是机组可靠运行的核心，主要完成数据采集及输入、输 出信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱柜通讯， 接收机舱信号，并根据实时情况进行判断发出偏航或液压站的工作信号；与 三个独立的变桨柜通信，接收三个变桨柜的信号，并对变桨系统发送实时控 制信号控制变桨动作；对变流系统进行实时的检测，根据不同的风况对变流 系统输出扭矩要求，使风机的发电功率保持最佳；与中央监控系统通讯、传 递信息。控制包括机组自动启动，变流器并网，主要零部件除湿加热，机舱 自动跟踪风向，液压系统开停，散热器开停，机舱扭缆和自动解缆，电容补 偿和电容滤波投切以及低于切入风速时自动停机。
安全系统安全链的结构
Pitch 3 ok K4
Pitch 2 ok K4
Pitch system 2
变桨系统 2
Pitch Box 2 K7
Pitch system 3
变桨系统 3
Pitch Box 3 K7
Pitch 1 ok K4
Pitch Box 1 K7
Pitch Box 2 K7
Pitch Box 3 K7
(机舱急停) -115K2 (振动) 116S8 (扭缆) 103S3
Overspeed1 (过速1)
Overspeed2 (过速2)
Safety system ok from pitch
(变桨安全链) plc_overspeed -115k7
Safety system ok to pitch (变桨安全链) -115K3
变桨电机
车
叶
片
电机
桨
转速
距
反馈
角
旋转编码器
90 0 度度 限接 位近 开开 关关
机舱控制系统
采集机舱内的各个传感器、限位开关的信号；采集并处理叶轮转速、 发电机转速、风速、温度、振动等信号，控制对风偏航和液压站的工作。
机舱检测的信号有： 1、环境温度（模拟量信号） 2、机舱温度（模拟量信号） 3、发电机温度（模拟量信号） 4、发电机转速（数字量和模拟量信号） 5、风向和风速（模拟量信号） 6、机舱位置（模拟量信号） 7、机舱振动（模拟量信号） 8、叶轮锁定信号（数字量信号） 9、发电机断路器的反馈信号（数字量信号） 10、纽缆信号（数字量信号） 11、振动开关信号（数字量信号） 等等
VERTECO变流器单元之间采用了光纤通信的交换数据，变频器和主控 系统采用PROFIBUS总线的通信，除此以外变频器间又冗余了一条CAN BUS 总线。 VERTECO变流器的变频器采用并排安装的方式。
1.5兆瓦风机的主电气回路（verteco系统）
Verteco变流柜内部结构
机舱及轮毂内的构成
自动/手动切换
Beckhoff I/O system
向0度变桨 向90度变桨
手动
控制 状控 态制 信命 息令
电压
DC
温 状控 变
电流
24V
度 态制 桨
电
信号
信 信命 速
机
A10电压/ 电流转换
DC/DC 变换
风扇
号 号令 度
温
度
Pt100
电源开关
DC 60V 开关电源
DC 0V
变桨逆变器
UVW
电
机 刹
启动和并网控制
风力发电机的起动和并网过程如下：由风向传感器测出风向主控制 器使偏航驱动机构动作，从而使风力发电机组对准风向。同时检测风速 （只要有风发电机转子就有转动，随着风速的增加发电机的感应电压也 逐步增加，即电机端电压逐步升高），当风速超过切入风速时，机组开 始启动，当机组达到一定条件时，通过全功率变流器控制的功率模块和 变流器网侧电抗器、电容器的LC滤波作用使系统输出电压等于电网电压、 频率也达到并网条件，同时检测电网电压与变流器网侧电压之间的相位 差，当其为零或相等（过零点）时实现并网发电（这些条件在金风 1.5MW机组里全部通过变流装置的控制来实现，变流装置通过锁相控制 和SPWM调制等使机组输出达到并网条件）。
Encoder旋编
3×1mm2
0°接近开关
电机控制 及信号线
Encoder旋编
3×1mm2
0°接近开关
电机控制 及信号线
滑环和变桨电机
变桨电控系统主电路采用交流-----直流----交流回路，变桨电机采用交流异步电机， 变桨速率通过变桨电机的转速调节，采用开环频率控制。相比采用直流电机调速的变桨 控制系统，在保证调速性能的前提下，避免了直流电机存在碳刷容易磨损，维护工作量 大、成本增加的缺点。
x9 x8 x6 x7
3×35mm2 Motor 10×1mm2
2×1mm2
限位开关
8×1mm2
3×35mm2 Motor 10×1mm2
2×1mm2
限位开关
8×1mm2
3×35mm2 Motor 10×1mm2
2×1mm2
限位开关
8×1mm2
Encoder旋编
3×1mm2
0°接近开关
电机控制 及信号线
A:叶片 B:轮毂 C:变桨电机（3个独立变 桨系统） D:发电机转子（永磁磁钢） E:发电机定子（铜排线圈） F:偏航电机（3个） G:风速仪、风向标 H:机舱罩 I:底座 J:塔筒（65m）
变桨控制系统
变桨控制柜
变桨系统分布结构
变桨电机1
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
x5b x5a x10a x10b x5c Pitchbox1 x10c
x9 x8 x6 x7
3×400V AC 供电
4×2.5mm2
x5b x5a x10a x10b x5c Pitchbox2 x10c
x9 x8 x6 x7
3×400V AC 供电
4×2.5mm2
DP总线 （3）
x5b x5a x5c Pitchbox3
Yaw system enable (偏航) -106K4
安全链是独立于计算机系统的软硬件保护措施。采用反逻辑设计，将可 能对风力机组造成致命伤害的故障节点串联成一个回路：紧急停机按钮（控 制柜）、发电机过速模块（开关）、扭缆开关、来自变桨安全链的信号、紧 急停机按钮（机舱）、震动开关、PLC过速信号、总线正常信号，一旦其中 一个动作，将引起紧急停机过程，使主控系统和变流系统处于闭锁状态。
变桨柜1
变桨电机2
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨电机3
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
滑环
连接器
滑环
3×2.5mm2
DP总线
安 全
(3)
链
DP总线 (3)
安
DP总线
全
(3)
链
DP总线 (3)
3×400V AC 供电
4×2.5mm2
控制及安全保护
整个运行过程都处于主控PLC严密控制之中。其安全保护系统分三层结构：计算机 系统，独立于计算机的安全链，器件本身的保护措施。在机组发生超常振动、过速、电 网异常、出现极限风速等故障时保护机组。对于电流、功率保护，采用两套相互独立的 保护机构，诸如电网电压过高，风速过大等不正常状态出现后。电控系统会在系统恢复 正常后自动复位，机组重新启动。