风力发电机组控制系统

双馈机运行原理图

要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态

•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。

•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。

•第一：低于切入风速区域。一旦满足切入条件，控制启动风机。

•第二：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。

•第三：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。叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp（最大值是0.593）。通常可取6-8。

•温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等；

•位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等；

•转速传感器：叶轮、发电机等；

•压力传感器：液压油压力，润滑油压力等；•特殊传感器：叶片角度、电量变送器等；•⑴控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电送入电网。•⑵控制系统采用计算机控制技术实现对风力发电机组的运行参数、状态监控显示及故障处理，完成机组的最佳运行状态管理和控制。

•⑶利用计算机智能控制实现机组的功率优化控制，定桨距恒速机组主要进行软切入、软切出及功率因数补偿控制，对变桨距风力发电机组主要进行最佳叶尖速比和额定风速以上的恒功率控制。

•⑷大于开机风速并且转速达到并网转速的条件下，风力发电机组能软切入自动并网，保证电流冲击小于额定电流。

•举一个例子：制动系统的偏航刹车在运行时是利用液压系统的高压油保持叶片迎风角度的；同时保持风机停机时候的转子刹车压力，一旦发生液压系统失灵或电网停电，偏航系统将偏航，叶片将顺浆，并且到达一定条件后转子刹车将启动，此时风轮被制动停止旋转。

•根据风电机组的结构载荷状态、风况、变桨变速风电机组的特点及其它外部条件，将风电机组的运行情况主要分为以下几类：待机状态、发电状态、大风停机方式、故障停机方式、人工停机方式和紧急停机方式。

•待机状态：风轮自由转动，没有发电（风速为0～3m／s），刹车释放；

•发电状态：发电状态Ⅰ：启动后，到额定风速前，刹车释放；发电状态Ⅱ：额定风速到切出风速（12～25m／s），刹车释放；•故障停机方式：故障停机方式划分为：可自启动故障和不可自启动故障。停机方式为正常刹车程序：即先叶片顺桨，当发电机转速降至设定值后，启动机械刹车。

•人工停机方式：这一方式下的刹车为正常刹车，即先叶片顺桨，当发电机转速降至设定值后启动机械刹车。这一停机方式不能自启动，需要人工启动。

•紧急停机方式：紧急停机方式适应于安全保护系统，安全保护系统包括：电网掉电，发电机超速、转子过速、机舱过震动、紧急按钮动作等。这种状态下风电机组叶片顺桨和机械刹车同时动作，这种状态需要人工进行恢复。

•一、风电机组控制系统结构•二、控制系统组成

•三、控制系统硬件组成•四、重要卡件介绍

•五、通讯及安全链系统•六、控制模式介绍

风电机组控制系统结构

控制站（主站）光电转换器塔底从站温控开关

24V 开关UPS

超速模块机舱柜机舱从站光电转换器机舱从站（22）

PLC主站

CX1500CX1020CX1100KL9210KL6940 KL9010塔底从站

从左到右

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

从左到右：BK3150,KL9210,KL1104（17片）,KL2134（8片）,KL1904（2片）2904（1片）,KL2134（2片）,KL9010机舱从站（22）：模拟量

从左到右：BK3150,KL9210,KL3404（4片）,KL5001(两片)，KL3204（6片）,KL9010•PROFIBUS 现场总线主站接口：CX1500-M310 •CPU：CX1020

•电源模块：CX1100-0002

•Profibus总线耦合器：BK3150

•端子供电模块：KL9210

•数字输入输出模块：KL1104、KL2134

•模拟输入模块：KL3204

•电网检测模块：KL3403

•安全链模块：KL1904、KL2904、KL6904 •差分模拟量输入模块：KL3404

•SSI编码器接口端子：KL5001

CX1500-M310

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

CX1100-00XX主要功能为：

1）、为CPU供电

2）、实现端子与CPU间的数据交换

+24V口接外接电源的24V

0V接外接电源的0V

PE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。

“0”信号电压-3 V ……5 V

“1”信号电压15V (30V)

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。

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。

值、频率

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。

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。

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。

KL5001只有一个输入通

道LED灯。正常时，LED 灯亮，为绿色。

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。

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