主控系统培训教材.ppt

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,1.5MW风电机组主控系统,北京国电思达科技有限公司2013.08,主要内容,双馈机组技术介绍控制系统介绍通讯及安全链系统重要设备软硬件控制模式介绍现场调试（现场调试大纲）,1.双馈机组技术介绍1.1双馈机组运行原理1.2发电原理介绍1.2.1亚同步运行1.2.2超同步运行1.3控制策略介绍,1.1双馈机组运行原理,1.2发电原理介绍变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子绕组电压频率关系的数学表达式：

f1=（p/120）nrf2。

式中：

f1为定子电压频率；p为电机的极数；nr为双馈发电机的转速；f2为转子励磁电压频率。

由上式可知，当转速nr发生变化时，若调节f2变化，可使f1保持恒定不变，实现双馈发电机的变速恒频控制。

1.2.1亚同步运行亚同步发电运行nrn1时，（即0S1）f2取正号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为：

P电磁=P机械+P转差P上网=P电磁（定子馈电，转子由变频器提供励磁）,1.2.2超同步运行超同步发电运行nrn1时，（即S1）f2取负号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为：

P机械=P转差+P电磁P上网=P转差+P电磁（定子馈电+转子馈电）注：

n1为发电机的同步转速。

1.3控制策略介绍1.3.1区域1低于切入风速区域。

一旦满足切入条件，控制启动风机。

1.3.2区域2：

切入风速到额定风速区域。

控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。

1.3.3区域3：

超过额定风速区域。

通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。

2.控制系统介绍2.1控制系统结构2.1.1塔底柜2.1.2机舱柜2.2控制系统硬件组成2.2.1PLC主站2.2.2塔底从站2.2.3机舱从站（20）：

数字量2.2.4机舱从站（22）：

模拟量2.3重要卡件介绍,2.1控制系统结构,风电机组控制系统的组成,2.1.1塔底柜,2.1.2机舱柜,机舱从站光电转换器机舱从站（22）,24V开关超速模块UPS,2.2控制系统硬件组成2.2.1PLC主站,CX1500CX1020CX1100KL9210KL6904KL9010,2.2.2塔底从站,从左至右：

BK3150,KL9210,KL1104（4片）,KL2134（3片）,KL1904,KL3204,KL3403,KL9010,2.2.3机舱从站（20）：

数字量,从左至右：

BK3150,KL9210,KL1104（17片）,KL2134（8片）,KL1904（2片）2904（1片）,KL2134（2片）,KL9010,2.2.4机舱从站（22）：

模拟量,从左至右：

BK3150,KL9210,KL3404（4片）,KL5001（两片），KL3204（6片）,KL9010,3.通讯及安全链系统3.1通讯3.1.1Profibus通讯结构3.1.2Profibus总线终端器3.2安全链系统3.2.1KL1904输入信号3.2.2KL2904输出信号,3.1.1Profibus通讯结构,1）Profibus接线顺序：

变流器Profibus主站CX1500-M310塔底柜BK3150（11号站）塔底柜光电转换器机舱柜光电转换器机舱柜BK3150（20号站）机舱柜BK3150（22号站）变桨系统,3.1.2Profibus总线终端器,3.2安全链系统安全链是风机的最后一道保护，为一组串联的常闭接线电路，安全链动作会触发紧急停机，系统由3片KL1904，一片KL6904和一片KL2904组成。

3.2.1KL1904：

安全链输入模块、超速模块、扭缆开关、急停按钮、复位信号等3.2.2KL6904：

逻辑运算模块3.2.3接收到复位信号时，判断所有安全链回路都闭合后，整条安全链闭合。

3.2.4KL2904：

安全链输出模块3.2.5安全链闭合后给释放变桨、偏航禁止的控制指令。

3.2.1KL1904输入信号,以下几项会触发安全链动作1）塔底的紧急停机按钮2）plc紧急停机信号3）机舱的紧急停机按钮4）叶轮速超5）扭缆开关安全链动作6）变桨安全链7）安全链复位信号：

8）塔底复位按钮9）机舱复位按钮,2904模块及输出,3.2.2KL2904输出信号,3.3重要卡件介绍3.3.1PROFIBUS现场总线主站接口：

CX1500-M3103.3.2CPU：

CX10203.3.3电源模块：

CX1100-00023.3.4Profibus总线耦合器：

BK31503.3.5端子供电模块：

KL92103.3.6数字输入输出模块：

KL1104、KL21343.3.7模拟输入模块：

KL32043.3.8电网检测模块：

KL34033.3.9安全链模块：

KL1904、KL2904、KL69043.3.10差分模拟量输入模块：

KL34043.3.11SSI编码器接口端子：

KL5001,3.3.1CX1500-M310PROFIBUS现场总线主站接口,LED诊断指示灯,3.3.2CX1020CPU,基本CPU上包含两个以太网口（内部交换机，占用同一个MAC和同一个IP）和一个CF卡接口附加：

两个USB接口和一个DVI接口的系统接口模块CX1020-N010,CPU指示灯,3.3.3电源模块CX1100-0002CX1100-00XX主要功能为：

1）为CPU供电2）实现端子与CPU间的数据交换3）为端子出现的故障提供诊断信息,3.3.4Profibus总线耦合器BK3150,LED诊断指示灯,DpState,DpState,3.3.5KL9210,接线如图中所示：

+24V口接外接电源的24V，0V处，接外接电源的0VPE端，接地。

KL9210可以放在端子排的任意位置，它的作用是给它右方的端子提供电源，并且KL9210具有诊断功能，还可以添加熔断器,3.3.6KL1104、KL2134（KL2114）、KL3204,1）1104、2134：

4通道数字输入/输出模块“0”信号电压-3V5V“1”信号电压15V30V每一个数字量输入/输出通道都有一个对应的LED灯。

如果该通道有输入/输出，则该LED灯变为绿色。

没有输入/输出的时候，LED灯不亮。

2）3204：

4通道模拟量输入端子每一个输入通道都有一个对应的故障LED灯。

正常时，LED灯不亮，如果LED灯为红色，则表示该通道的传感器线路短路或者断路,3.3.7KL3403,输入：

三相电压、电流计算：

电压电流有效值，有功功率、视在功率、电流峰值、频率,3.3.8KL1904,1）安全链输入端子,诊断功能-Dia1（绿色）,诊断功能-Dia2（红色）Dia2红灯点亮表明有外部供电或者线路错误，当故障消除时红灯灭。

诊断功能-Dia3（红色）和Dia4（红色）Dia3和Dia4灯表明端子内部错误，需要返回倍福公司。

3.3.9KL2904,安全链输出端子,诊断功能-Dia1（绿色）,这些故障可以通过TwinSAFE组输入信号ERR_ACK的下降沿复位,诊断功能-Dia3（红色）和Dia4（红色）Dia3和Dia4灯表明端子内部错误，需要返回倍福公司。

诊断功能-Dia2（红色）,该故障只能通过TwinSAFE端子断电复位,3.3.10KL6904,1）安全链逻辑运算模块,诊断功能-Dia1（绿色）,这些故障可以通过TwinSAFE组输入信号ERR_ACK的下降沿复位,诊断功能-Dia3（红色）和Dia4（红色）Dia3和Dia4灯表明端子内部错误，需要返回倍福公司。

诊断功能-Dia2（红色）,该故障只能通过TwinSAFE端子断电复位,3.3.11KL3404,1）4点差分模拟量输入2）-10V+10V3）每一个输入通道都有一个对应的故障LED灯。

正常时，LED灯亮，为绿色。

4）当控制器和总线耦合器之间在大于100ms的时间内没有过程数据通讯传输的话，绿灯会灭掉，这时就出现了一个看门狗计时器溢出现象。

1）SSI编码器接口端子2）KL5001只有一个输入通道LED灯。

正常时，LED灯亮，为绿色。

3）当控制器和总线耦合器之间在大于100ms的时间内没有过程数据通讯传输的话，绿灯会灭掉，这时就出现了一个看门狗计时器溢出现象。

3.3.11KL5001,4.重要设备软硬件4.1齿轮箱及冷却系统4.2发电机4.3液压站4.4偏航系统4.5滑环4.6加速振动传感器4.7超速模块4.8风向标、风速仪,机舱内基本结构,4.1齿轮箱及冷却系统4.1.1风力发电机组中的齿轮箱的主要功用是将叶轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。

通常叶轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，我公司齿轮箱的增速比例是1:

100。

4.1.2我公司风力发电机组采用的齿轮箱为两级行星一级圆柱结构，主轴通过齿轮箱将能量传送到发电机.。

该齿轮箱的特点是结构紧凑，在同样增速比的条件下比传统齿轮箱占用空间小，有效节省了风机内的空间。

同时采用了新型号的轴承以及较高的齿轮精度，保证了齿轮箱在整个工作范围内都有较高的效率，性能先进。

齿轮箱结构图,油泵和风扇电机控制回路,压力表和散热风扇,4.1.3基本控制原理1）油温5时3分钟之后，加热器停止；2）低速轴转速1.2rpm或风机进入运行、发电、停机状态且油温5-低速；3）低速轴转速10.5rpm或油温40-高速；4）油温50，水泵启动，直到60，水空风扇启动,直到60或轴温70，空冷风扇（高速）启动，直到油温80，风机进入正常停机模式；8）高速轴温（叶轮、发电机侧）90，风机为正常停机模式。

发电机结构图,4.2发电机,4.2.1基本原理风力发电机组采用双馈恒频异步发电机，可以使风力机在比较宽的风轮转子转速变化范围内运转,以获取更多的电能。

高效率的4极双馈式发电机在运行时，既可超同步转速运行，也可亚同步转速运行，变速运行在10002017rmp之间，定子输出电压和频率可以维持不变，既可调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。

这种采用双馈异步发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制、减小变频器的容量外，还可以实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。

1）双馈发电机特点由于定子直接与电网连接，转子采用变频器供电，因此，系统中的变频器容量仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机的最大转差率为25%-35%，因而变频器的最大容量仅为发电机额定容量的1/4-1/3。

这样，系统的总体配置费用就比较低。

具有变速恒频的特性。

可以实现有功功率和无功功率的调节。

2）基本控制原理发电机绕组温度80，空冷风扇启动，直到10或发电机绕组温度机舱温度10分钟后停止加热；,给偏航刹车及高速轴刹车提供压力,液压站结构图,4.3液压站,4.3.1控制方式1）系统压力低于135bar启泵，高于150bar停泵。

2）偏航和解缆状态：

偏航解缆和迎风分别对应的阀置位，系统压力P4为150ba左右，偏航压力P1维持在25bar左右3）高速轴刹车状态：

两阀同时复位/置位。

系统进入停机模式并且为紧急停机模式（故障等级三安全链动作），保证叶轮速度降为小于5rpm，抱闸动作；,4.3.2油位油温开关1）油位开关：

常开触点，达到指定高度开关闭合，402DI4.1-1输入高电平（一通道亮）2）油温开关：

常闭触点，未达到警戒温度70度时，402DI4-8输入高电平（四通道亮）3）液压加热器：

温控开关控制主回路通断,4.4偏航系统4.4.1偏航系统：

偏航系统主要有两个功能，一是使机舱轴线跟踪变化稳定的风向，二是自动进行解缆操作。

4.4.2结构原理介绍1）我公司偏航系统是由偏航轴承和四台偏航电机驱动的齿轮传动机构组成的。

偏航轴承为内摩擦的滑动轴承系统，为内齿圈设计。

四台偏航驱动对称布置，由电机驱动小齿轮带动整个机舱