风力发电机组控制系统介绍

03.10.2020
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风机控制系统框图
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控制柜介绍
塔基控制柜（风力发电机主控柜）安装在风力发 电机的塔筒底部，用以实现风力发电机组的启动 和停机、偏航控制、辅助控制、保护和监控，并 且实现风机变浆控制、偏航控制和变频器控制的 协调；
机舱控制柜安装在风力发电机的机舱内，主要处 理机舱里的I/O信号，用以实现偏航控制、机舱的 辅助控制、塔筒加速度监控和发电机保护监控；
由于空气密度、叶轮半径及风速均为不可控值，唯一可以控制的参 量就是风力机功率系数（风能利用系数）Cp ，其理论极限值为 0.593。若在任何风速下，风机都运行在最大Cp值下，则可增加其 输出功率。
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三 XE82风机控制系统的功能及组成
风力发电机组控制系统的功能
自动或手动启动和停止风力发电机组； 叶片变浆控制实现风机的功率限制和轮毂转速限
XE82-2000风力发电机 组控制系统介绍
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主要内容
一、XE82风力发电机组的组成和工作原理 二、风力发电机组的输出功率 三、XE82风机控制系统的功能及组成 四、XE82风机安全系统介绍 五、Bachmann M1 PLC系统特点
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一 XE82风力发电机组的组成和 工作原理
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机舱控制柜
路器、继电器、加热元件及 端子板等
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PLC主站系统
⑴ CPU模块（带有以太网接口和 CAN MASTER 接口）
.机组控制 .变频器控制（CAN BUS和硬接线）
②通讯模块 （主）
④DIO248
⑥PLC 备用模块
③照明
⑤AIO288
.与RTU进行数据交换
①CPU模块
⑵ FM模块（FASTBUS总线通讯模块）
制； 偏航控制实现风机最大面积迎风； 风速和风向监测； 风机保护系统； 紧急保护系统以及周期性紧急系统检查；
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各种监控功能（发电机定子温度、轴承温度、控 制箱温度、变浆电机温度、电池等）；
与变频器控制系统的CANOPEN通讯和控制； 辅助控制功能（油脂泵、维护刹车、锁紧销、冷
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⑦通道 交换机
⑧24VDC ⑨5VDC
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主控柜本地监控系统(触摸屏)
风力发电机本地参数设置及状态显示
风速、转速等信息概览 启动条件及步骤 参数列表 最近100次事件报告 轮毂参数设置及状态显示 机舱参数设置及状态显示 发电机状态显示 变频器及水冷系统状态显示及参数设置 电网状态显示 发电量统计(年\月\日)(有功电量/无功电量) 可利用率统计 风机运行时间统计 故障及报警事件
本地操作面板的触摸屏也不是风机控制和安全系 统的一个非常重要的部件，这也就意味着触摸屏 关闭也不会影响风机的控制和安全系统，但一般 情况下触摸屏需要正常工作。
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塔基控制柜
塔基控制柜组成
1. PLC主站 2. RTU（远程接口单元） 3. 工业以太网交换机 4. UPS电源 5. 触摸屏（本地监控及操作） 6. 各种按钮、指示灯、小型断
为使叶轮能够最大限度地获得风能，需要使叶轮时刻处于迎风方向。 偏航驱动系统的作用就是不断调整机舱方向，使得风电机组在发电时， 其叶轮始终处于迎风方向；
当风速高于额定风速时，为了保证风力发电机工作在额定功率状态， 需要调整叶片的角度以使叶轮得到的风能与发电机的额定功率相匹配。 变桨系统的作用就是在风速高于额定风速时，通过调节叶片角度使发 电机始终工作在额定状态。
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二 风力发电机组的输出功率
P r1 2C p()R2V3
Pr 风轮吸收的功率，W ρ 空气密度，kg/m3 R 风轮的半径，m V 风速，m/s Cp 风力机的功率系数 β 桨距角 λ 叶尖速比（λ=Vtip/Vwind=ωR/V） ω 风轮旋转角速度，rad/s Vtip 风轮叶尖速度，m/s
➢ XE82风力发电机组的组成
XE82风力发电机组由叶轮、主轴承、同步发电机、变桨系统、偏航 系统、主控制系统、变频器、变压器及其他辅助部件组成。
➢ 工作原理
叶轮将风能转化为机械能，首先通过主轴承将机械能传递给发电机， 发电机把机械能转化为电能，再通过风力机专用变频器将发电机发出 的频率和幅值变化的交流电转化为频率和幅值均恒定的交流电，然后 通过升压变压器转化成风电场需要的电压，最后通过变电站送入电网；
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变频器与主控系统的通讯也是采用通讯速率为
500 Kbits/s的CANopen通讯协议，使用的连接 线是屏蔽铜电缆。
变频器控制系统不是风机控制系统的一部分，它 是一个自动控制系统，变频器开关的闭合/断开命 令以及转矩和速度给定是从风机主控系统发送到
变频器的，变频器可以发送一个故障请求使风机 停机。
.与机舱PLC从站进行数据交换
⑷ DI/O模块
.处理各种外部开关量输入/输出，如：
风机起动/停车、复位、变压器各
个开关的状态、变频器及冷却装置
等外部开关信号
⑸ AI/O模块
⒀紧急 继电器
.处理各种外部模拟量信号，如：变
频器冷却装置的入口和出口水压、
变压器温度等
⑿继电器 开关
⑾温度 监控器
⑩保险开关
⑹ 空模块
却风扇等）；
操作界面接口：与本地操作界面通讯；
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风力发电机组控制系统的组成
➢ 塔基控制柜
风机各控制功能、中央处理CPU及通讯 风机本地监控和操作
➢ 机舱控制柜
机舱CAN主站 主控制系统的远程I/O站 偏航控制及其他辅助控制功能
➢ 轮毂控制柜
轮毂CAN从站 变桨控制及其他辅助控制功能
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轮毂控制柜安装在风力发电机的轮毂内，主要处 理轮毂里的I/O信号，用以实现风机的变浆控制、 轮毂辅助控制和紧急变浆；
风机主控系统柜和机舱控制柜的连接是通过光纤 完成，它具有抗电磁干扰，且传输时间以微秒计 的特性，与背板传输的时间相当。
机舱控制柜和轮毂控制柜的连接是通过滑环完成， 采用的通讯协议是CANopen，通讯速率为 500Kbits/s。