SL1500电控系统说明书.docx
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SL1500电控系统说明书
SL1500系列风力发电机组
电控系统说明书
华锐风电科技有限公司
2007年6月第2版
目录
前言4
第一章SL1500风机电控系统简介9
1.1SL1500风力发电机组电控系统的组成9
1.2SL1500风力发电机组电控系统的主要特点9
第二章SL1500风机电源系统10
2.1箱式变压器参数10
2.2辅助变压器的参数10
2.3箱式变电站的系统图11
第三章SL1500变速恒频控制系统12
3.1双馈异步发电机12
3.1.1介绍12
3.1.2风机电能的模型12
3.1.3技术条件15
3.2变频器16
3.2.1整套的转换器系统组成16
3.2.2特征电气参数16
3.2.3变频器系统的连接图17
3.3传感器19
3.4其他功能19
第四章SL1500偏航控制系统20
4.1介绍20
4.1.1偏航驱动系统20
4.1.2制动器是盘式制动器20
4.1.3限位保护20
4.2电机参数20
4.3制动器参数21
4.4偏航变频器21
第五章SL1500变桨控制系统22
5.1变桨系统介绍22
5.2变桨齿轮箱22
5.3变桨电气系统23
5.3.1变桨电动机23
5.3.2变桨变频器23
5.3.3电池系统23
5.3.4传感器24
5.4雷电保护24
5.5控制接口24
5.5.1软件接口24
5.5.2硬连线信号24
5.5.3软件25
第六章SL1500PLC控制系统26
6.1PLC控制系统描述26
6.2PLC程序结构26
第七章SL1500风机的保护27
7.1防雷保护系统27
7.2接地系统保护27
7.3电路及控制保护系统28
第八章SL1500风机主要配件29
8.1轮毂滑环简介29
8.1.2电气性能29
8.1.3加热29
8.2WT502操作屏30
8.2.1说明30
8.2.2正视图30
8.2.3按钮描述30
附件1主要控制柜的主要内容及功能介绍32
附件2电气原理图纸33
附件3互连接线表33
附件4电气故障清单33
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前言
SL1500风力发电机组采用变桨矩、变速恒频等技术，是当今世界风力发电最先进的技术代表，具有发电量大、发电品质高、结构紧凑等优点。
为了更好的理解风力发电机组，编写了本电控系统说明书，在使用过程中应遵守本说明书的内容，如与技术人员指导出现矛盾，以华锐风电技术人员的指导为准。
本手册是SL1500系列手册之一，详细的介绍SL1500机型电控方面的相关知识。
安全要求
1、安全基本要求
华锐风电科技有限公司始终坚持“安全第一、预防为主”原则，将利于安全生产作为宗旨之一贯穿于产品设计生产、运行的全部过程。
风电机组的设计是在安全、可靠、高效的前提下进行的，因此，风力发电机组的安装、维护及运行必须遵照华锐风电的相关手册的要求进行。
在针对风电机组的工作过程中必须正确地使用工作设备和所有防护性设备，存在危险隐患时不允许进行操作。
如果出现安全事故必须及时报告相关部门。
人员进入风电机组工作前，必须在设备周围设置警告标志，避免在不知情的情况下启动设备造成人员伤亡。
所有在风力发电机组中进行工作的人员都必须遵守《风力发电场安全规程》及《SL1500风电机组安全手册》，避免产生对人身和设备的伤害。
2、人员要求
在风力发电机组中进行有关工作的人员必须符合《风力发电场安全规程》中风电场工作人员基本要求，并得到切实可行的保护。
只有读过并理解说明书要求，并且由制造商指定、经过培训的专业人员，才可以进行风力发电机组的安装运行及维护工作。
专业人员是指基于其接受的技术培训、知识和经验以及对有关规定的了解，能够完成交给他的工作并能意识到可能发生的危险的人员。
高于地面的工作必须由经过塔筒攀爬训练的人员进行。
正在接受培训的人员对风力发电机组进行任何工作，必须由一位有经验的人员持续监督。
只有年满18周岁的人员才允许在风力发电机组上独立工作。
原则上，必须至少有两人同时进入风力发电机组工作。
工作人员除了对机组设备了解外，还必须具备下列知识：
●了解可能存在的危险、危险的后果及预防措施
●在危险情况下对风力发电机组采取何种安全措施
●能够正确使用防护设备
●能够正确使用安全设备
●熟知风电机组操作步骤及要求
●熟知与风力发电机组相关的故障及其处理方法
●熟悉正确使用工具的方法
●熟知急救知识和技巧
不具备以上知识的人员不得操作风力发电机组。
3、防护要求
在对风力发电机组进行工作之前，每个工作人员必须理解如下设备的使用说明。
攀登塔筒的工作人员必须使用合格的安全带、攀登用的安全辅助设备或者适合的安全设施。
如果风力发电机组位于近水地点，应穿救生衣。
攀登塔筒并进入机组时应穿戴下列用品：
1.
安全带及相关装备，如安全钢丝绳、快速挂钩、两个脚踏套环；
安全带用肩带、胸带，肚带和腿带系在人员的身体和两条腿上；
2.
在风力发电机组内部工作时，要戴上有锁紧带的安全帽
3.
防护服可以防止受伤和油污；
4.
手套可以防止手受伤和油污；
5.
橡胶底防护鞋；
6.
耳塞，防止大风和设备噪声的影响；
7
手电筒，应急时使用
8
护目镜，特殊工作时需要
9.
在室外低温条件下，要穿保暖衣服。
除了上面指出的设备外，还必须具备如下物件：
紧急逃生装置
灭火器（塔筒底平台及上层平台各存放一个）
移动电话或对讲通讯设备
如果要完成的工作是对正在运行的风力发电机组的检查和维护，建议人员在攀爬塔筒过程中准备手电筒、安全眼镜和保护性耳塞。
操作者必须正确使用安全设备并在使用之前和之后都对安全设备进行检查。
对安全设备的检查，必须由经授权的维修公司进行，并且必须记录在设备的维护记录中。
不要使用任何有磨损或撕裂痕迹的设备或者超过制造商建议的使用寿命的设备。
防护设备必须具备期望的功能，符合现行法律和标准，且具有CE标识（如下图所示），符合声明和使用说明。
在风力发电机组内部以及外部周围工作时都要穿戴下列用品：
1.
戴上有锁紧带的安全帽，以防止下落物品砸伤；
2.
橡胶底防护鞋
所有将要对风力发电机组进行特殊或者未预见过的操作，都必须经过华锐风电相关人员同意，华锐风电将决定是否需要用到特殊的设备及这些设备的使用条件。
4、紧急逃生装置
当正在风力发电机组上工作时，操作人员周围必须有逃生设备，以使得他们可以快速撤离到安全环境下。
在需要撤离的紧急情况下，操作人员必须对设备及其使用说明非常熟悉。
在任何时候，紧急下降设备的使用说明书都必须与设备放在一起，且必须在不打开设备的情况下可以查看说明书。
在机舱紧急出口框架上方有逃生支架，可用于紧急下降设备的悬挂。
第一章SL1500风机电控系统简介
1.1SL1500风力发电机组电控系统的组成
SL1500风力发电机组的电控系统主要分为五个部分：
电源系统、变速恒频控制系统、偏航控制系统、变桨控制系统和PLC控制系统。
1.2SL1500风力发电机组电控系统的主要特点
☆第三代并网型风机，世界主流技术；
☆双馈异步发电机，更灵活的馈电方案，更低的成本，更高的效率；
☆一拖四的电动偏航，效率更高，维护量更小；
☆冗余的独立电动变桨系统，高精度伺服机构，更安全的系统保障；
☆双PWM变频器，集高精度矢量控制、完美无谐波、效率因数校正、最大风能跟踪诸多功能于一身；
☆SCADA系统，灵活高效的中央控制及远程监控功能；
☆高性能、分时多任务处理功能的中央控制器性能强大；
☆无冲击的并网、解列技术；
☆长寿命的膜电容大幅度提高系统可靠性；
第二章SL1500风机电源系统
2.1箱式变压器参数
全密闭免维护三相油浸升压变压器
额定容量：
1600kVA
高压侧额定电压：
35kV（可根据当地电网情况决定）
低压侧额定电压：
690V
额定频率：
50Hz
调压方式：
无载调压
调压范围：
±2*2.5%
联结组别：
D，yn11
阻抗电压：
6%
冷却方式：
空冷
带有温度指示，高温报警与分断保护信号，并与变压器保护功能连锁。
3*5*150mm2的电源进线和1*150mm2PEN进线。
主断路器额定电流（在最高操作温度时）大于等于2000A
2.2辅助变压器的参数
容量为60KVA的辅助变压器690VAC/400VAC。
机舱控制电源：
400VAC3+PEN出线。
机舱加热电源：
400VAC3+N+PE出线。
维修插座电源：
400VAC3+N+PE出线。
TBC100控制柜电源：
230VACL+N+PE出线。
照明电源：
230VACL+N+PE出线。
辅助变压器进线侧熔断器额定电流63A
2.3箱式变电站的系统图
第三章SL1500变速恒频控制系统
3.1双馈异步发电机
3.1.1介绍
风机（WEC）把旋转的机械能转换为电能。
在风机中采用了双馈异步发电机的形式。
双馈异步发电机是指将定、转子三相绕组分别接入独立的三相对称电源，定子绕组直接和电网连接，转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变频器相连。
变频器采用交-直-交的形式与电网连接，控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态并随着风速的变化调节发电机的转速，进行能量交换。
发电机的转速范围是1000rpm到2000rpm，同步转速是1500rpm。
电压频率和转子电流与转速差（实际和同步发电机的转速）相对应。
在正常情况下，异步发电机的转子转速总是略高于旋转磁场的转速（同步转速ns），因此称为“异步电机”。
转子转速n与旋转磁场的转速ns之差称为转差，转差△n与同步转速ns的比值称为转差率，即
，转差率是表征异步发电机运行状态的一个基本变量。
定子电压等于电网电压。
转子电压与转差率及堵转电压成正比，堵转电压取决于定转子的匝数比。
当发电机以同步转速转动时，转差率为零，这就意味着转子的电压为零。
集电环系统用了4个集电环，其中3个是转子的U、V、W相集电环，第4个集电环是用于泄放轴电流的集电环。
集电环系统有磨损电刷和监控电刷寿命的微电子开关。
3.1.2风机电能的模型
双馈发电机系统主要曲线见如下几个图形，此时电网电压690V，cosϕ=1
Ø图3-1给出了电网电压、定子和转子功率与发电机转速的曲线图。
Ø图3-2给出了视在、有功和无功功率与发电机转速之间的曲线图。
Ø图3-3给出了转子、定子电流、功率变频器电网侧电流和电网总电流与发电机转速之间的曲线图。
Ø图3-4给出了发电机损耗和发电机转速之间的曲线图。
1500kW发电机模型
发电机速度（转/分）
电网功率
定子功率
转子功率
图3-1计算功率与发电机转速的曲线图
表3-1速度输出功率特性
速度（rpm）
功率输出（kW）
1070
197
1200
278
1300
353
1400
441
1500
543
1600
659
1700
790
1810
1520
1500kW发电机模型
发电机转速（转/分）
转子视在功率
转子有功功率
转子无功功率
图3-2转子功率和发电机转速的曲线图形
如果以上的图形和正文的详细资料有任何矛盾，以正文为准。
1500kW发电机模型
发电机转速（转/分）
定子电流
转子电流
变频器电网侧电流
电网总电流
图3-3电流与发电机转速之间的曲线图形
如果以上的图形和正文的详细资料有任何矛盾，以正文为准。
1500kW发电机模型
发电机转速（转/分）
发电机损耗
图3-4发电机损耗与发电机转速之间的曲线图形
如果以上的图形和正文的详细资料有任何矛盾，以正文为准。
3.1.3技术条件
3.1.3.1发电机的技术参数
表3-2电机技术参数
额定输出
1520kW
功率因数
容性0.95~感性0.9
定子电压
690VAC±10%
最高定子电流
1300A（转子短接）
定子连接
D
转子连接
Y
频率
50Hz±10%
效率
≥97%
冷却
水冷
水压
≤5bar
入口水温度
≤+50°C
保护等级
≥IP54
旋转的方向
从驱动轴方向往电机侧看是逆时针转
发电机重量
大约5300kg
操作方式
S1：
适合于亚同步和超同步串级操作
制造标准
EN60034/95
绝缘等级
H等级
3.1.3.2异步发电机单相等效电路图
图3-5等效电路图
3.2变频器
变频器是双馈感应发电机（DFIG）系统的一部分，与DFIG兼容。
它是使用IGBT作为功率器件和适合四象限运行的PWM调制的电压源变频器。
3.2.1整套的变频器系统包括下列部件
表3-3转换器系统部件表
数量
部件名称
说明
1
PM1000
发电机侧变频器（GSC）
1
PM1000
网侧变频器（LSC）
1
复合光纤电缆2m
Crowbar与变频器的连接
1
光纤电缆
LSC和GSC之间的连接
6
压接头
连接水管的接头
1
软件
DFIG系统的适用软件
3.2.2特征电气参数
表3-4特征电气参数
系统功率
1500kW
转子侧变频器功率
500kVA
额定电压
690VAC，±10%
电源频率
50Hz，±2Hz
功率因数
c0.95–i0.9
滑差范围
±30%
3.2.3变频器系统的连接图
变频器系统的连接图
变频器系统
图3-6变频器系统的连接图
✧供电接地系统
采用TN系统供电。
电源出口有接地故障断路器保护。
✧供电质量要求
变频器发电机系统符合供电要求，系统故障等级=50x系统功率或更高（颤动，谐波和浪涌电流）。
✧安全链特征
SL1500风机安全系统采用12级的安全链。
控制柜有一个组合式紧急停止按钮/安全继电器。
当按下紧急停止按钮时，所有相关的接触器和断路器立即断开。
安全继电器可以通过一个只能手动操作的按钮复位。
变频器控制器控制一个超速继电器，当超过可调节的超速参数时动作。
PLC监控所有的控制元器件，并将故障信息报告给控制系统和监视系统。
12级安全链：
1）急停按钮
2）转子过速
3）3个变桨叶片驱动故障
4）制动器故障
5）发电机过速
6）振动开关动作
7）轮毂过速
8）看门狗
9）制动器工作位置
10）叶片工作位置
11）轮毂驱动故障（轮毂部分急停）
12）存储继电器故障
自动复位方法：
由紧急停止开关触发安全链时，只能手动复位。
由其他方式触发安全链可以通过操作系统复位。
✧操作方式
变频器可以通过控制柜上的操作面板、PC机或者自动控制系统来操作。
当发出启动信号时，变频器控制器可以在设定的速度范围内自动运行或者由PLC控制系统根据输入参数控制变频器自动运行。
✧PLC接口
接口包括一个CS31总线接口、Ethernet接口和Can总线接口。
✧效率
变频器具有以下效率：
整个系统的功率[%]
50
75
100
变频器效率[%]
96.9
97.3
97.3
3.3传感器
变频器和发电机具有内部传感器，确保安全运行。
3.4其他功能
变频器控制器软件能够由PLC设置以下模式和功能：
-DFIG在设定的扭矩或设定的功率下运行
-有源滤波器
-驱动列滤波器
-ASM电机操作（例如安装，叶片平衡或者维护）
-并行和独立操作
可以利用内部特性或者PLC输入一个设置点，以控制扭矩或功率。
上升时间最高可以设置到15ms。
变频器控制器对其测量的温度、电压、电流、功率及供电系统（例如断相、不对称、电压误差、频率误差）进行自动监控，可实现功率因数可调。
数据可以记录在变频器控制器中。
记录由系统事件启动（例如故障），数据能够读取并以图形显示。
变频器有一个诊断系统，可以方便地查明故障。
软件可以在现场修改。
可以以文件传递的方式加载参数集并备份。
修改参数有口令保护。
可以通过版本号清楚得知软件/用户版本和日期。
第四章SL1500偏航控制系统
4.1介绍
SL1500风机具有有效的偏航系统，主要根据风向风速检测装置反馈信号来实现机舱的对风功能。
它采用一台变频器同时驱动四台变频电机的驱动方式。
在变频器的输出端接入输出电抗器。
变频器配有制动单元和制动电阻。
4.1.1偏航驱动系统
采用感应电动机，带有温度开关。
电动机可以双向旋转
控制方式采用一台变频器拖动四台变频电机的方式，开环控制。
变频器的上升斜坡为3秒（可调整）。
4.1.2制动器
制动器内置于电机内，电压230VAC/50Hz/0.5A。
它带有一个24VDC的限位开关。
在启动偏航电动机前，制动器打开，得到制动器打开信号后，启动偏航驱动。
4.1.3限位保护
在偏航齿圈上设有一个凸轮开关，检测机舱的左/右偏信号、机舱当前位置信号、解缆信号、左偏报警、右偏报警信号。
机舱位置检测装置是一个24VDC增量型的编码器，通过该编码器可以检测到机舱的当前位置。
通过与风向检测装置的风向信号进行比较，实现偏航系统的准确对风。
4.2电机参数
表4-1电机参数表
电机形式
感应异步电机
额定功率
2.2kW
极数
4极
电压
∆-3相400VAC
频率
50Hz
同步速度
1500rpm
旋转方向
双向，平均分布
防护等级
≥IP54
绝缘等级
F
冷却
IC411自通风，空气来自机舱
4.3制动器参数
表4-2制动器参数表
供电电压
230VAC
频率
50Hz
额定电流
≤0.5A
电气冷却系统控制
外部
4.4偏航变频器
偏航变频器含有高频滤波器
变频器输入电压：
400VDC±10%
变频器控制类型：
矢量PWM电压型
变频器与控制器通讯方式：
CAN总线
变频器有制动断路器在制动状态时避免过高电压。
变频器留有与PLC的通讯接口
第五章SL1500变桨控制系统
5.1变桨系统介绍
变桨系统可单独对每个叶片的变桨角度进行调整，在其中一个变桨系统出现故障时可保证安全的停机。
变桨系统完成的功能如下：
✧当风速超过额定风速时，通过控制叶片角度来控制风机的速度和功率。
✧当安全链被打开时，叶片作为空气动力制动装置安全停机（安全运行）。
✧当风速低于额定风速时，通过调整叶片角度最大可能的从风中吸收更多的功率。
✧通过衰减风旋转交互作用引起的振动使风机上的机械载荷极小化。
3个叶片受三个独立的变桨系统控制，其中每个叶片通过变桨电机驱动变速箱、小齿轮、变桨轴承内齿圈转动。
变桨变频器控制变桨电机的速度，使每个叶片在顺桨位置、工作位置之间持续的自动的变桨。
PLC根据功率控制给叶片角度的参考值，然后变桨变频器控制叶片向参考位置变桨。
当安全链打开的情况下，叶片回到顺桨位置以减慢轮毂的转动速度。
安全锁保护叶片只能往顺桨位置方向旋转，不能反转，保证风机的安全停机。
控制系统配备了电池柜，当电网掉电的情况下由电池供电给变桨变频器，使风机安全停机。
变桨电机、带有变桨变频器的变桨控制柜位于轮毂内，而电池柜、供电电源在机舱内。
利用滑环起到旋转信号和固定信号之间的连接。
利用顺桨位置的接近开关检测顺桨位置、工作位置的接近开关检测工作位置。
检测叶片是否在工作区域之内、是否超过了工作位置。
5.2变桨齿轮箱
齿轮箱是紧凑的，具有高的过载能力。
为了调制变桨，使叶片能够达到顺桨位置、工作位置，变频器和变桨电机瞬时超载，大约以2倍的额定转矩驱动齿轮箱，这种情况一天中可能会发生几次。
5.3变桨电气系统
5.3.1变桨电动机
变桨电动机是含有位置反馈和电热调节器的伺服电动机。
电动机由变频器连接到直流母线。
电机形式
伺服电机
额定功率
4.5kW
额定转速
2000rpm
电压
∆-3相400VAC
频率
可变化的
扭矩限制
最大扭矩限制到70Nm
额定转矩
23Nm
5.3.2变桨变频器
变频器输入电压：
3～400VAC±10％
变频器控制类型：
交直流性变频器
变频器与控制器通讯方式：
CAN总线
变频器有制动断路器在制动状态时避免过高电压。
变频器留有与PLC的通讯接口。
5.3.3电池系统
设置电池系统的目的是保证变桨系统在外部电源中断时可以安全操作。
电池是整流桥通过dc母线给变频器供电，在外部电源中断时由电池供应电力保证变桨系统的安全工作。
电池数据：
额定电压/容量：
360V（30x12V）/5Ah
瞬时电流：
50A/5s
电池柜的温度信号给PLC，当温度降到0度以下时，PLC控制给电池柜进行加热。
电池充电过程是由PLC来控制。
根据电压和温度来对电池充电，周全的电池管理系统保证电池电压不会过饱和。
PLC定期检查电池的容量，电池容量不足时报警。
5.3.4传感器
变桨系统装备了以下传感器：
●变桨电机位置反馈的3个位置传感器。
●内置在变桨发动机中的3个PTC。
●用来探测叶片顺桨位置的3个感应传感器。
●用来探测叶片工作位置的3个开关传感器。
●用来测量变桨柜温度的3个传感器。
●用来测量变频器温度的3个PTC传感器。
●用来测量直流电压的传感器。
●用来测量电池电压的传感器。
●用来测量电池箱里的温度的传感器。
5.4雷电保护
雷电保护装置可以有效的将作用在轮毂和叶片上的电流通过集电爪导到地面，避免雷击使风机线路损坏。
碳纤维刷是为了补偿静电的不平衡，雷击通过风机的金属部分传导。
在旋转和非旋转部分的过渡处采用火花放电器。
额外的电刷保护轴承和提供静电平衡。
5.5控制接口
5.5.1软件接口
PLC和变频器之间控制与数据交换通过CANopen总线。
5.5.2硬连线信号
变桨系统和机舱控制系统的信号通过滑环连接。
主要有以下连接线：
●安全链接触器
每个变桨变频器有一个可控的接触器，当变桨变频器准备就绪时接触器关闭。
3个变频器的3个接触器检测叶片工作位置，串联后经滑环反馈给PLC。
●触发叶片制动器的接触器
安全链中的3个接触器控制制动器的控制接触器，当3个接触器都闭合时，制动器的控制接触器关闭，触发叶片的制动器。
制动器的
升级会员 