风力发电机组控制系统
MY1.5MWSe风力发电机组主控系统介绍
二、系统电气构成
MY1.5MW电控系统主要包括变桨、变频、
主控三大系统。
电控系统
变桨系统
变频系统
主控系统
系统电气构
成原理图
2、系统通
讯构成
机舱柜通过光缆和塔基柜的主控制器相连接。
整个控制系统以总线方式连接，控制端子符
合EtherCAT总线标准。
通过CANbus接口，实现振动监控和变频器的
制系统
控制柜倍福模块主要分为CPU、输
入、输出、电源、通讯模块等
CPU模块，即CX1020。输出模块
是DO模块。它包括KL2404，KL2424，
KL2904。
电源模块：它包括EL9100(+24v)，
EL9400(+24V)， KL9550(+24V)
KL9540(+24V)， EL9187(0V)。
施。采用反逻辑设计，将导致风力发电机组处于危
险状态的故障接点串联成一个回路，一旦其中一个
接点动作，将导致安全链断开，触发紧急停机。紧
急停机后，只能手动复位后才能重新起动。
安全链节点：
风力发电机组安全链中包含的节点有：
塔基急按钮信号
机舱急停按钮信号
PCH振动大急停信号
扭缆开关保护信号
超速监视器超速信号
控制原理图设计的。
TwinCAT（The Windows Control and
Automation Technology，基于Windows的
控制和自动化技术）自动化软件是控制系统
的核心部分。TwinCAT 软件系统可将任何
一个基于PC 的系统转换为一个带多PLC、
NC、CNC 和机器人实时操作系统的实时控
DCS系统在风力发电中的应用与调节
DCS系统在风力发电中的应用与调节随着可再生能源的快速发展，风力发电作为一种清洁和可持续的能源形式正受到越来越多的关注。
在风力发电过程中，直流控制系统（DCS）的应用和调节起着至关重要的作用。
本文将探讨DCS系统在风力发电中的应用和调节。
一、DCS系统概述DCS系统是一种集中控制系统，具备监测、控制和数据采集功能。
它由控制器、传感器和执行器组成，实现对风力发电机组的运行进行监控和调节。
DCS系统采用先进的电子技术，通过数据传输和处理来实现对发电机组的自动控制。
二、DCS系统在风力发电中的应用1. 风能捕捉与转化DCS系统能够根据风速和风向等参数，调整风力发电机组的叶片角度和旋转速度，以最大程度地捕捉风能并将其转化为电能。
通过DCS系统的精确控制，风力发电机组能够在各种天气条件下实现最高效率的发电。
2. 发电机组运行监控DCS系统能够实时监测风力发电机组的运行状态，包括电流、电压、温度等参数。
通过DCS系统的运行监控，可以及时发现并解决风力发电机组的故障和问题，确保其稳定运行并延长使用寿命。
3. 发电功率调节DCS系统可以根据电网需求和风力资源变化，实现风力发电机组的发电功率调节。
在电网负荷较大的情况下，DCS系统可以调整发电机组的输出功率，以满足电网需求；而在风力资源较低的情况下，DCS系统可以调整发电机组的工作状态，以最大限度地利用有限的风能资源。
三、DCS系统在风力发电中的调节策略1. 机组启停控制DCS系统能够根据风速和电网需求，自动进行风力发电机组的启停控制。
当风速达到设定阈值时，DCS系统可以自动启动发电机组；而当电网需求较低或风速过高时，DCS系统会自动停止发电机组以避免过载和损坏。
2. 风速控制DCS系统能够根据风速变化，调整风力发电机组的转速和叶片角度。
在风速较低的情况下，DCS系统可以增加转速和调整叶片角度，以提高风能捕捉效率；而在风速较高的情况下，DCS系统可以降低转速和调整叶片角度，以避免过度负荷和损坏。
风力发电系统的控制原理
风力发电系统的控制原理风力涡轮机特性：1，风能利用系数Cp风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示：P---风力涡轮实际获得的轴功率r---空气密度S---风轮的扫风面积V---上游风速根据贝兹〔Betz〕理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。
2，叶尖速比l为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。
n---风轮的转速w---风轮叫角频率R---风轮半径V---上游风速在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。
从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。
如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。
涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。
图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。
在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。
每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段〔若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。
〕它是工作区段。
在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。
3，变速发电的控制变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确〔机组惯量大〕。
三段控制要求：低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。
联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ〔ｎ〕关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。
图３是风速变化时的调速过程示意图。
设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得与变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。
基于PLC的风力发电机偏航控制系统设计
基于ＰLC的风力发电机偏航控制系统设计摘要由于化石资源的日益枯竭和人类对全球环境恶化的倍加关注,因此清洁绿色的风力发电技术已深受全世界的重视。
本设计主要研究的偏航系统是风力发电机组的重要组成部分。
由于偏航机构安装在机舱底部,通过偏航轴承与机舱相连。
当风向改变时,风向仪将信号传到控制系统,控制驱动装置工作，小齿轮在大齿圈上转动,从而带动机舱旋转，是风轮对准风向。
当机舱的旋转方向有接近开关进行检测,当机舱向同一方向达到极限偏航角度时，限位开关会及时将信号传到控制装置内，控制装置会迅速发出信号使机组快速停机,并反转解缆,经过上述过程从而实现偏航控制使风轮始终保持迎风状态。
根据边行系统的工作原理本设计所要解决的基本问题有：1、实现自动偏航控制及手动偏航控制的双控制系统设计2、设计偏航系统的制动装置以及扭缆、解缆保护装置的控制方法3、了解偏航液压系统的作用、工作原理和控制方法。
4、编写驱动控制程序、扭缆、解缆保护程序。
关键词:风向,自动偏航,风向仪,偏航电机Ｄesｉgnｏf Yａw Conｔrｏl SysteｍfoｒWindMotor Bａｓed on ＰＬCABSTRＡCTＣleaｎａnｄgreen wｉnd power ｔｅchnｏｌogy has gotteｎgreat atｔeｎtｉon ｂyｔｈe worlｄbecause ofｔｈe ｉncreasingly exhａustｅｄfossil ｒesourcｅs aｎｄthe ｍore ａtteｎtioｎon the ｇloｂal envｉｒｏnｍｅｎｔaｌｄeｇraｄａtion。
Ｔhis ｄesi ｇn ｍａｉnly reｓeａrchｅsｔｈe yaw ｓystem which iｓan imｐortanｔｃompoｎent of ｔhｅwiｎｄｔuｒbine。
Beｃausｅthe yaw mechaｎiｓｍinstallｅd at the bｏttoｍofｔhe enｇineｒoom ａn ｄconneｃｔｅd tｏthｅenginｅroom through ｔhe ｙａw ｂeａri ｎｇ. When ｔhｅwｉnｄchａnges, wiｎd ｖane wilｌｓｅnｄthe siｇnal ｔo ｔhe cｏntroｌsysｔem ｔｏｃoｎｔｒol tｈe drivｅwork．Tｈe pinion rotated ｏn tｈe ｂｉg gｅａr rｉng，whｉch ca ｎtuｒｎｔhe enｇｉne rｏｏm to ｍaｋe thｅwｉnd wheel ｔuｒbines on the diｒｅctｉon of tｈｅwｉnd．When tｈe ｒevolving direcｔｉon of the engｉｎe rooｍisｃloseｄｔo the swｉtcｈto do deｔｅｃtｉon and the enｇine ｒｏom ｒeａchｅs thｅmａｘimｕm yaｗａngｌe tｏthe samｅdiｒection,the liｍited switｃh willｓend the signals to the controｌdevｉｃｅin time. Thｅn the coｎtrol ｄevｉce could quickly ｓenｄａsｉgnal tｏmake the set quｉck stｏp ａnd ｔurn over thｅcast loop．Aｆteｒａｂovｅthe pｒoceｓs，it will ｒeaｌize the yaw cｏntrol aｎｄmaｋe the wｉnd ｗheｅl keeｐthe state oｆｆacinｇthe wiｎd。
2.1--金风2.0MW机组控制系统介绍
配电变压器 90kVA干式变压器，690V/400V，二次 侧单套绕组，绝缘等级H级，自然冷却， 420kg。 过流保护 ABB S200系列微型断路器、MS系列 马达过流保护器。 触电保护 ABB F202、F204漏电保护器，接地。 浪涌保护 Phoenix电源浪涌保护器
7、8通道数字量输出端子KL2408
KL2408数字量输出端子将自动化控制层传输过来的二进制控制信号以电隔离的 信号形式传到设备层的执行机构。 KL2408有反向电压保护功能。其负载电流输出具 有过载和短路保护功能。每个总线端子含 8 个通道，每个通道都有一个 LED 指示其 信号状态。它所连接的元件必须和 KL2408 为同一接地。在闭环中所有电源触点互相 连通。在 KL2408 中由 24 V 电源触点为输出供电。
一、金风2.0兆瓦风力发电机组总体介绍
金风2.0MW风力发电机组是基于金风1.5MW风力发电机组平台开发的新型机组。
1-叶片 2-变桨系统 3-轮毂 4-发电机转子 5-发电机定子 6-发电机开关柜 7-测风 系统 8-辅助提升机 9-偏航系统 10-底座 11-发电机散热系统 12-机舱罩 13-塔架
四、主控系统的倍福PLC及其基本控制原理
检
输
组
输
执
测
入
出
行
器
模
态
模
机
件
块
块
构
组态
数据 交换
主 控 程 序
主控系统是机组可靠运行的核心，主要完成以下工作： 采集数据并处理输入、输出信号；判定逻辑功能； 对外围执行机构发出控制指令； 与机舱柜及变桨控制系统进行通讯，接收机舱柜及变桨控制系统的信号； 与中央监控系统通讯、传递信息。
第四、五章 风力发电机原理与控制 风力发电原理课件
3.机组控制系统
主要控制系统
1）变桨距控制系统 2）发电机控制系统 3）偏航控制系统 4）安全保护系统
风轮
风
增速器
变桨距 风速测量
发电机 转速检测
并网开关
电网 变压器
并网
熔断器
控制系统
发电功率 其它控制
16
3.机组控制系统
控制系统功能要求：
1）根据风速信号自动进入启动状态或从电网自动切除； 2）根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制； 3）根据风向信号自动对风； 4）根据电网和输出功率要求自动进行功率因数调整； 5）当发电机脱网时，能确保机组安全停机； 6）运行过程对电网、风况和机组的运行状况进行实时监测 和记录，处理； 7）对在风电场中运行的风力发电机组具有远程通信的功能； 8）具有良好的抗干扰和防雷保护措施。
(塔底急停)
(机舱急停)
Profibus ok
110S1 (振动)
110S2 (扭缆)
110K3 （叶轮超度）
110K4 (发电机超速)
110K5 （变桨安全链）
110K6 （看门狗动作）
110K7
110K8
110K9
(变桨安全链)
110KA (偏航系统安全链)
110KB (变流系统安全连)
安全链系统
直驱型变速恒频风力发电机组的结构示意图
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2.双馈发电机
双馈异步发电机又称交流励磁发电机，具有定、转子两套绕组。定子结构与异 步电机定子结构相同，具有分布的交流绕组。转子结构带有集电环和电刷。与 绕线式异步电机和同步电机不同的是，转子三相绕组加入的是交流励磁，既可 以输入电能，也可以输出电能。转子一般由接到电网上的变流器提供交流励磁 电流，其励磁电压的幅值、频率、相位、相序均可以根据运行需要进行调节。 转子也可向电网馈送电能，即电机从两端（定子和转子）进行能量馈送，“双 馈”由此得名。
风力发电机组控制技术
故障诊断与保护
实时监测风力发电机组的运行 状态，发现异常情况及时采取 保护措施，避免设备损坏。
控制策略的分类
直接控制策略
通过控制器直接调节执行 器，实现风能的最大捕获 和稳定运行。
优化控制策略
根据风能参数和机组状态， 优化控制目标，实现最优 控制效果。
智能控制策略
利用人工智能和机器学习 技术，实现自适应和学习 型的控制方式。
03
风力发电机组控制技术
风速控制技术
风速控制技术
通过控制风力发电机组的叶片 角度和转速，实现风能的捕获
和利用。
风向标控制
利用风向标传感器监测风向变 化，自动调整叶片角度，以适 应不同风向。
变速控制
根据风速的变化，自动调整发 电机组的转速，实现最佳功率 输出。
偏航控制
通过偏航系统自动对准风向， 提高风能利用率和发电效率。
偏航控制技术
自动对准风向
通过偏航系统自动调整机组的朝向，使叶片 始终对准风向。
风向变化跟踪
根据风向变化自动调整机组的朝向，提高风 能利用率。
减小振动
通过偏航控制减小机组的振动，提高机组的 稳定性和寿命。
安全保护
在机组出现异常时，偏航系统可自动停机并 报警。
液压与制动控制技术
液压系统控制
通过液压系统实现对机组各部件的精 确控制，确保机组的稳定运行。
参数匹配问题
不同型号和规格的发电机组需要匹配 不同的控制系统参数。解决方案包括 根据实际情况调整控制参数，以及采 用智能优化算法进行参数优化。
维护与保养的问题及解决方案
维护成本高昂
风力发电机组通常安装在偏远地区，维护成本较高。解决方案包括采用远程监 控技术，定期进行远程检查和维护，以及优化维护计划以降低成本。
高原型风力发电整机控制系统的自适应控制研究
高原型风力发电整机控制系统的自适应控制研究随着能源需求的不断增长和对可再生能源的关注度不断提高，风力发电逐渐成为解决能源短缺和减少环境污染的重要手段。
然而，高原地区作为风能丰富的区域之一，其海拔较高、大气稀薄等特殊环境因素使得风力发电机组的控制系统需要具备更高的自适应能力，以适应复杂的工作环境。
本文旨在研究高原型风力发电整机控制系统的自适应控制算法，以提升其稳定性和适应性。
首先，我们将分析高原地区风能特点和发电机组的工作环境，探讨对系统稳定性和控制性能的影响因素。
其次，我们将介绍自适应控制算法的基本原理和应用场景，为后续的研究提供理论依据。
在高原地区，大气的稀薄和变化多端的气象条件对风力发电机组的性能产生重要影响。
首先，稀薄的大气使得风轮的载荷变化更加剧烈，风能转化效率较低。
其次，气象条件的不确定性导致风力发电机组的运行状态频繁变化，传统的控制算法很难适应这种快速变化的环境。
因此，对风力发电整机控制系统进行研究，特别是在高原地区的应用，是提高控制性能和系统可靠性的关键。
自适应控制算法是一种基于系统模型和反馈信息不断调整控制参数的方法，以实现对系统状态变化的有效响应。
应用自适应控制算法的高原型风力发电整机控制系统能够更好地适应环境变化和风能特点，在不同气象条件下实现更高的发电效率和系统稳定性。
首先，我们需要建立高原型风力发电机组的数学模型，以支撑自适应控制算法的设计和优化。
该模型应准确地描述整机的动力学特性、机械传动系统、电气特性等方面的信息，并考虑高原地区特殊的工作环境因素。
基于该数学模型，我们可以选择合适的自适应控制算法，比如模型参考自适应控制、自适应滑模控制等。
接下来，我们将针对高原地区的风能特点和系统工作环境，设计适应性增强的自适应控制算法。
基于模型参考自适应控制的原理，系统可以通过对系统模型的参考进行优化和适应调整，以跟踪风能变化并最大限度地利用风能，提高发电效率。
同时，自适应控制算法还可以对风力发电机组的系统参数进行在线估计和更新，以实现对工作环境变化的迅速适应。
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风力发电机组控制系统
摘要:主控系统是风力发电机组的核心，通过数字量和模拟量的输入来完成数据的采集，然后根据内部设定的程序，完成逻辑功能的判断，最后通过模拟量和数字量的输出达到控制机组和保障机组安全稳定运行的目的。
关键词：数据；逻辑；控制
1主控系统工作内容
⑴主控系统是机组可靠运行的核心，主要完成以下工作：
⑵采集数据并处理输入、输出信号；判定逻辑功能；
⑶对外围执行机构发出控制指令；
⑷与机舱柜及变桨控制系统进行通讯，接收机舱柜及变桨控制系统的信号；
⑸与中央监控系统通讯、传递信息。
2数字模拟
⑴数字输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开关等。
数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。
输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点的抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输入电流一般为数毫安。
⑵数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机启动器等负载。
数字量输出模块将CPU内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放大的作用。
输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交流负载的双向晶闸管或固态继电器。
⑶模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，主要由A/D转换器组成。
⑷模拟量输出模块将CPU送给它的数字信号转换成电流信号或电压信号，
对执行机构进行调节或控制，主要由D/A转换器组成。
⑸CX5020：金风2.0MW主控系统选用CX5020为主控系统的核心控制器
CX5020带有两个独立的以太网端口(可定义两个独立的IP地址)和四个USB2.0接口。
一块位于盖板后面并可从外部拆装的可互换的CF卡作为CX5020的引导和存
储介质，CX5020还内置了一个1秒钟UPS，可确保在CF卡上安全备份持久性应
用数据，目前CX5020选用的操作系统是Windows CE，可以通过CERHOST软件进
行访问。
⑹KL9210：KL9210供电端子可插入输入和输出端子之间的任意位置，以构建
一个电位组，或给右侧端子供电。
供电端子提供的电压最高为交流230V。
具有诊
断功能的端子可向控制器报告电压故障或短路。
在机组中主要给后续端子模块进
行直流24V供电。
⑺PROFIBUS-DP“紧凑型”总线耦合器BK3150扩展了Beckhoff总线端子系统，比较小巧且经济。
可以连接多达64个总线端子；若采用端子总线扩展技术，则可连接多达255个总线端子。
PROFIBUS总线耦合器具有自动波特率检测功能，
速率最大可以达到12 Mbaud，2个地址选择开关用于分配地址。
为了方便现场总
线信号的通讯，提供1个D-sub9针接口。
3端子控制器
⑴BX系列总线端子控制器由带现场总线和总线端子接口的可编程IEC
61131-3控制器组成。
另外，BX设备配备有两个串行接口：一个用于编程，另一
个供自由使用。
设备自身还配备有2行x 16字符的LCD液晶显示器、一个摇杆
开关和一个实时时钟。
例如，CANopen从站，可通过集成的Beckhoff智能系统总
线(SSB)连接，显示一个基于CANopen的总线子系统。
⑵KL1104数字量输入端子，从现场设备获得二进制控制信号，并以电隔离的
信号形式将数据传输到更高层的自动化单元。
KL1104带有输入滤波。
每个总线端
子含4个通道，每个通道都有一个LED指示其信号状态。
⑶KL2134数字量输出端子将自动化控制层传输过来的二进制控制信号以电隔离的信号形式传到设备层的执行机构。
KL2134有反向电压保护功能。
每个总线端子含4个通道，每个通道都有一个LED指示其信号状态。
⑷KL2408数字量输出端子将自动化控制层传输过来的二进制控制信号以电隔离的信号形式传到设备层的执行机构。
KL2408有反向电压保护功能。
其负载电流输出具有过载和短路保护功能。
每个总线端子含8个通道，每个通道都有一个LED指示其信号状态。
它所连接的元件必须和KL2408为同一接地。
在闭环中所有电源触点互相连通。
在KL2408中由24V电源触点为输出供电。
⑸KL3204模拟量输入端子可直接连接电阻型传感器。
总线端子电路可使用2线制连接技术连接传感器。
整个温度范围的线性度由一个微处理器来实现。
温度范围可任意选定。
总线端子的标准设置为：PT100传感器，分辨率为0.1℃。
故障信号显示灯显示传感器故障（例如断线）。
KL3204含4个通道。
在机组中主要用于采集温度信号。
⑹KL3404模拟量输入端子可处理直流-10V和+10V范围的信号。
分辨率为12位，在电隔离的状态下被传送至上一级自动化设备。
在KL3404总线端子中，有4个输入端为2线制型，并有一个公共的接地电位端。
输入端的内部接地为基准电位。
运行LED显示端子与总线耦合器之间的数据交换。
⑺KL4001模拟量输出端子可输出直流0V到10V范围的信号。
该端子可为处理层提供分辨率为12位的电气隔离信号。
总线端子的输出通道有一个公共接地电位端。
KL4001是单通道型，适用于带有接地电位的电气隔离信号。
它通过运行信号灯显示端子与总线耦合器之间的数据交换状态。
在机组中主要用于控制变桨输出信号。
⑻KL4001模拟量输出端子可输出直流0V到10V范围的信号。
该端子可为处理层提供分辨率为12位的电气隔离信号。
总线端子的输出通道有一个公共接地电位端。
KL4001是单通道型，适用于带有接地电位的电气隔离信号。
它通过运行信号灯显示端子与总线耦合器之间的数据交换状态。
在机组中主要用于控制变桨输出信号。
⑼KL5001 SSI接口端子可直接连接SSI传感器。
传感器电源由SSI接口提供。
接口电路产生一个脉冲信号以读取传感器数据，读取的数据以字的形式传送到控
制器的过程映像区中。
各种操作模式、传输频率和内部位宽可以永久地保存在控
制寄存器中。
在机组中主要用于旋转编码器的数据采集。
⑽KL3454模拟量输入端子模块可处理4-20mA范围内的信号。
电流信号被转
化成数字信号后，其分辨率为12位，并在电隔离的状态下被传送至上一级自动
化设备。
在KL3454总线端子模块中，有4个输入端为2线制型，并有一个公共
接地电位端。
24V电源触点连接到端子模块，用于连接2线制传感器，而无需外
部电源。
⑾KL9010总线终端端子可用于总线耦合器和总线端子之间的数据交换。
每一
个站都可在右侧使用KL9010作为总线终端端子。
总线末端端子不具有任何其它
功能或连接能力。
4结束语
风力发电作为我国绿色能源的重要组成部分，对于改善我国环境有着十分重
要的意义。
在风力发电系统的运行过程中，发电机组电气控制系统是直接关乎着
风力发电效率的，由此可见发电机组电力控制系统的重要性。
参考文献：
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