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风力发电机组控制系统介绍

作者:365竞猜 发布时间:2021-01-10 21:49 点击数:

  风力发电机组控制系统介绍_电力/水利_工程科技_专业资料。XE82-2000风力发电机组 控制系统介绍 2014-9-11 1 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、

  XE82-2000风力发电机组 控制系统介绍 2014-9-11 1 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 2014-9-11 2 一 XE82风力发电机组的组成和 工作原理 ? 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; 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。 3 ? ? 2014-9-11 二 风力发电机组的输出功率 Pr ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 ? ? ? C p ( ? ? ? ) ? ?R 2 ? V 3 2 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 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。 4 ? 2014-9-11 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 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; 5 2014-9-11 ? ? ? ? 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 却风扇等); 操作界面接口:与本地操作界面通讯; 2014-9-11 6 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 2014-9-11 7 风机控制系统框图 2014-9-11 8 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; 9 ? 2014-9-11 ? 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。 2014-9-11 10 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。 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。 2014-9-11 11 塔基控制柜 塔基控制柜组成 1. 2. 3. 4. 5. 6. PLC主站 RTU(远程接口单元) 工业以太网交换机 UPS电源 触摸屏(本地监控及操作) 各种按钮、指示灯、小型断 路器、继电器、加热元件及 端子板等 2014-9-11 12 PLC主站系统 ⑴ CPU模块(带有以太网接口和CAN ⑥PLC MASTER 接口) ④DIO248 备用模块 ②通讯模块 ③照明 .机组控制 ⑤AIO288 (主) .变频器控制(CAN BUS和硬接线) .与RTU进行数据交换 ①CPU模块 ⑵ FM模块(FASTBUS总线通讯模块) .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 ⒀紧急 ⑿继电器 ⑾温度 ⑩保险开关 ⑸ AI/O模块 继电器 开关 监控器 .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 ⑹ 空模块 2014-9-11 ⑦通道 交换机 ⑧24VDC ⑨5VDC 13 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 2014-9-11 14 机舱控制柜 机舱控制柜组成 1.机舱PLC站 电源模块 FASTBUS从站模块 CANBUS主站模块 以太网模块(本地PC维护接口) DIO AIO模块 2.塔基X-Y振动传感器单元 3.紧急故障继电器 4.各种断路器、继电器、开关等 2014-9-11 15 机舱控制柜主要功能 ? ? ? ? ? ? ? ? 手动/自动偏航控制(包括 液压刹车) 气象站数据检测(风速、 风向、温度) 润滑系统控制(主轴承、 偏航轴承) 发电机定子温度及气隙温 度检测和保护 烟雾检测及报警 扭缆检测及控制 与塔基PLC主站(FASTBUS) 及轮毂PLC从站(CAN)通 讯 本地调试及维护接口 2014-9-11 16 轮毂操作盘 ? ? ? TURN模式操作 系统紧急停车 轮毂锁定操作 ? 轮毂维护进入显示 2014-9-11 17 轮毂控制柜 ? ? 六边形柜体,分3个部分,每个部分负责一个叶片 轮毂PLC站 CAN SLAVE模块 轮毂转速编码器模块 叶片角度编码器模块 I/O模块(DIO,AIO) ? ? ? ? ? ? 伺服驱动单元 紧急变桨蓄电池及监视单元 紧急变桨模块 超速保护继电器 小型断路器,各种继电器及端子板 各种按钮,指示灯及维护开关 18 2014-9-11 轮毂控制柜功能 ? ? ? ? ? ? 变桨及紧急收桨控制 紧急收桨系统在线检测 超速保护 轮毂速度检测 变桨轴承和变桨齿轮润滑控制 轮毂温度监视 2014-9-11 19 滑环装置 滑环装置的作用 1.轮毂供电传输 2.CAN总线.轮毂转速传感器 安装 2014-9-11 20 油脂泵装置 ? ? 润滑装置主要由油脂泵、分配器、管路、油嘴等组成。轮 毂内的润滑系统自动润滑变桨轴承和变桨齿轮。 变桨轴承(红色)及变桨齿轮油脂(棕色)。 ①限位开关 ②电动润油泵 2014-9-11 21 锁紧销 轮毂(转子)的制动和锁紧:转子的制动和锁紧装置主 要由稀油液压站,管路、盘式制动执行机构、液压锁紧销等 组成。风机运行过程中,当平均风速高于设定值或瞬时风速 超过设定值时,轮毂处于制动或锁紧状态。在风机叶轮里进 行检查维护工作时,必须保证制动销插上,使轮毂处于锁紧 状态。 液压系统 2014-9-11 22 终端限位开关 ? 主要用于变桨刹车保护 2014-9-11 23 避雷装置 ? 主要用于雷电时提供雷电电流通道 2014-9-11 24 风速及风向传感器 ? 风速计工作原理:风速计内部装有一运动轴承,与轴承连 接处有一个带有32个均匀分布孔的圆柱,这个圆柱带有光 学感应开关的发光二极管和光敏三极管。随着轴承的转动 会产生一系列的脉冲序列信号,此脉冲信号与风速成一定 的比例。利用一个积分器将脉冲信号转换为电压信号,电 压信号可以被解析成4-20mA的输出信号。XE82风机所采集 的是直接发生的脉冲信号,其脉冲频率为10Hz。 风向标工作原理:风向标内部装有一个6位的格雷码盘, 利用光学原理,风向标的角度可以实现0-359°的监测。 格雷码盘的数据经过内部处理,变成一个二进制码。此二 进制码被D/A转换器变成模拟电压,最后被转换成4-20mA 信号输出。 25 ? 2014-9-11 偏航扭缆传感器 ? ? 扭缆传感器的组成:传感器内部装有一个4.7KOhm的 电位计和2个带有凸轮的限位开关。 主要作用:用来限制风机的偏航以保护电缆,风机 设定的偏航角度为900°,当风机往同一方向偏航 900°以后就会发出停机并解缆命令。 2014-9-11 26 变频器及水冷装置 ? ? 变频器主要作用:将 永磁发电机发出频率 无规则的电能转换成 与电网相匹配的电能 馈入电网。 水冷装置作用:主要 用来冷却变频器,将 变频器内部的温度降 低以保证变频器的正 常运行。 2014-9-11 27 四 XE82风机安全系统介绍 ? ? 风机安全系统的主要功能是维持风机在一个安全 条件下。它阻止风机超速并且在发生故障、外部 条件达到运行极限、自动重启、或按下紧急停机 时,使叶片回到顺浆位置。 对于XE82,必须使用两个独立的安全系统,且这 两个安全系统都是基于全范围变浆控制系统。第 一个安全系统使用一个直流伺服驱动器作为每个 直流伺服电机的供电装置。第二个安全系统使用 电池作为每个直流伺服电机的供电装置。 28 2014-9-11 两个系统的切换功能通过紧急控制模块控制,每 个叶片有一个紧急控制模块,它包括1个看门狗定 时器,1个需要常变量脉冲的装置(24V,看门狗 周期为300ms)以确保接触器开关在直流伺服电机 驱动位置,一旦连续5个周期(1.5s)脉冲信号丢 失,这个开关就会激活。在发生下列紧急情况下, 看门狗信号丢失并且转由电池向变浆电机供电: (1)PLC程序进入死循环,或没有反应; (2)变浆伺服系统出现故障,包括角度或位置编码 器故障、驱动器故障、叶片位置偏差过大及变浆 超时; ? 2014-9-11 29 (3)电网故障; (4)紧急按钮按下; (5)独立超速保护继电器检测到超速; (6)PLC远程I/O故意撤销看门狗信号,强迫发生一 个故障以激发第二个安全系统(例如,驱动故障、 叶片误差或编码器故障)。 ? 两个叶片变浆到顺浆位置就能确保风机在任何工 况下都安全,即使在错误条件下第三个叶片仍然 在工作位置。 ? 激活安全系统大部分都不会导致轮毂静止,在大 部分风况下,轮毂仍然以很低的速度旋转(空转) 2rpm。 2014-9-11 30 五 Bachmann M1 PLC系统特点 ? 可靠的硬件,适合恶劣的现场环境 环境温度:存储温度-400C-700C(低温型)运行温度:0-600C;相对湿度:5-95%;适合于振动环境 ? 高性能的CPU,大容量的存储器 Intel 80386EX,133MHZ,8M内存,最大64M程序存储区,适合于复杂的算法,兼具传统DCS和PLC的 优点 ? 灵活的通讯方式,简洁的网络结构 支持CAN、FASTBUS、ProfiBus等现场总线及工业以太网通讯方式,支持双绞线和光纤通讯介质 ? 多种可编程的I/O模块 I/O模块可灵活进行编程设置,降低了现场处理问题的时间 2014-9-11 31 谢 谢! 2014-9-11 32


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