1.5MW风机主控及电气回路.pptx

1.5mw风机主控及电气回路,讲师：马立楠,学习实践分享study.practice.share,主要内容,一、双馈机组技术介绍二、控制系统介绍三、通讯及安全链系统四、重要设备软硬件五、控制模式介绍结合课本1.5mw双馈风力发电机组（陆上型）图纸绘图编号s-70.1-el.cn.00.00-a-e,一、双馈机组技术介绍,1、双馈机组运行原理2、发电原理介绍亚同步运行超同步运行3、控制策略介绍,1、双馈机组运行原理,双馈机组的运行原理,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。,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）,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。,3、控制策略介绍,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。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。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。,3、控制策略介绍,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。通常可取6-8。,二、控制系统介绍,1、控制系统结构塔底柜机舱柜2、控制系统硬件组成plc主站塔底从站机舱从站（20）：数字量机舱从站（22）：模拟量3、重要卡件介绍,1、控制系统结构,风电机组控制系统的组成,塔底柜,ups控制器（主站）光电转换器,电源模块,分配器,蓄电池,塔底从站温控开关,机舱柜,24v开关超速模块ups,机舱从站光电转换器机舱从站（22）,2、控制系统硬件组成plc主站,cx1500cx1020cx1100kl9210kl6904kl9010,塔底从站,从左至右：bk3150,kl9210,kl1104（4片）,kl2134（3片）,kl1904,kl3204,kl3403,kl9010,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,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、重要卡件介绍,profibus现场总线主站接口：cx1500-m310cpu：cx1020电源模块：cx1100-0002profibus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：kl3404ssi编码器接口端子：kl5001,cx1500-m310profibus现场总线主站接口,led诊断指示灯,cx1020cpu,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,电源模块cx1100-0002,cx1100-00xx主要功能为：为cpu供电实现端子与cpu间的数据交换为端子出现的故障提供诊断信息,bk3150,profibus总线耦合器,led诊断指示灯,dpstate,dpstate,kl9210,一、接线如图中所示：+24v口接外接电源的24v0v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,kl1104、kl2134（kl2114）、kl3204,1104、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。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,kl3403,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,kl1904,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。,kl2904,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,kl6904,安全链逻辑运算模块,-k2,-k4,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,kl3404,4点差分模拟量输入-10v+10v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,ssi编码器接口端子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。,二、通讯及安全链系统,1、profibus通讯结构profibus总线终端器2、安全链系统kl1904输入信号kl2904输出信号,1、profibus通讯结构,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,profibus总线终端器,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。kl1904：安全链输入模块超速模块、扭缆开关、急停按钮、复位信号等kl6904：逻辑运算模块接收到复位信号时，判断所有安全链回路都闭合后，整条安全链闭合。kl2904：安全链输出模块安全链闭合后给释放变桨、偏航禁止的控制指令,kl1904输入信号,以下几项会触发安全链动作：塔底的紧急停机按钮plc紧急停机信号机舱的紧急停机按钮叶轮速超扭缆开关安全链动作变桨安全链安全链复位信号：塔底复位按钮机舱复位按钮,2904模块及输出,kl2904输出信号,安全链控制逻辑,四、重要设备软硬件,1、齿轮箱及冷却系统2、发电机3、液压站4、偏航系统5、滑环6、加速振动传感器7、超速模块8、风向标、风速仪,机舱内基本结构,1、齿轮箱及冷却系统,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1：100.48。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。,齿轮箱冷却系统结构图,油泵和风扇电机控制回路,压力表和散热风扇,基本控制原理,油温5时3分钟之后，加热器停止；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；低速轴转速10.5rpm或油温40-高速；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；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,2、发电机,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。,双馈发电机特点,双馈发电机的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。,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,3、液压站,控制方式,系统压力低于145bar启泵，高于160bar停泵。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150bar左右，偏航压力p1维持在25bar左右高速轴刹车状态：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；,油位油温开关,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）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）液压加热器：温控开关控制主回路通断,4、偏航系统,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。,结构原理介绍,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沿偏航轴承转动，实现机舱的偏航。当风向与机舱轴线偏离一个角度时（风小时为8，风大时为15），控制系统经过一段时间的确认后，会控制偏航电机将机舱轴线调整到与风向一致的方位，实现机舱对风。,运行状态介绍,当偏航电机带动偏航轴承偏航时，偏航液压刹车系统处于半释放状态，从而设置足够大的阻尼，偏航时使机舱保持足够的稳定性。当偏航电机停止时，偏航液压系统处于刹车状态，将机舱固定到相应的位置上。当机舱偏航到某一角度，由机舱引入到塔底的发电机电缆将处于缠绕的状态，这时风力发电机组会进行解缆处理（偏航系统按缠绕的反方向偏航），使电缆解除缠绕的状态。由于解缆时希望能够快速偏航，这时偏航液压系统刹车处于完全释放状态。,偏航软起,ready:偏航启动准备信号ul：偏航软启的输入电压s3:softstarter信号；ut:偏航软启ds6的输出电压tor:偏航软启状态反馈信号,控制原理,在不同的风速条件下，偏航的动作方式不同，分为高风速偏航和低风速偏航。高风速下自动偏航：60秒平均风速大于等于9m/s，触发偏航程序的条件如下：偏航对风60秒平均偏差大于8，延时210s，风机偏航。偏航对风60秒平均偏差大于15，延时20s，风机偏航。低风速下自动偏航：60秒平均风速小于9m/s，触发偏航程序的条件如下：偏航对风60秒平均偏差大于10，延时250s，风机偏航。偏航对风60秒平均偏差大于18，延时25s，风机偏航。,禁止偏航的条件,在下列情况下，不允许自动偏航：产生偏航故障；偏航解缆动作；风机处于维护模式；30s平均风速2.5m/s；紧急停机过程；发生风向故障；发生液压故障；自动偏航不影响风机的当前状态,自动解缆,自动解缆条件1）风机处于待机状态和非维护模式，同时不出现偏航和液压故障2）判断当位置大于580或小于-580时，向右或向左解缆动作解缆停止条件情况1：偏航位置回到小于360度，对风角度(风向标数值与180度差值)小于30度；情况2：偏航位置小于40度偏航解缆后，风机处于待机状态。,扭缆开关接线图,扭揽开关四组触点中两组选用常开s1、s3连接输入io；s2、s4连接安全链输入；故障检测旋转26圈（约750度）安全链动作旋转30圈（约860度）28.69565度/圈,扭缆开关,5、滑环,用于连接机舱和轮毂的电缆，包括profibus通讯线，400v和230v供电线,24v供电线和安全链回路。,滑环电缆,6、加速振动传感器,accelerationx-axisv:-0,5g=0v0g=5v+0,5g=10vaccelerationy-axisv-0,5g=0v0g=5v+0,5g=10v,7、超速模块,转速信号rotor_speed1/2：0.10v0.35rpmconverter_motor_speed：减速比100.48,8、风向标、风速仪,风向标：0-360度0-10v风速仪：0-50m/s0-10v,五、控制模式介绍,1、初始化（状态代码0）2、待机（状态代码2）3、启动（状态代码3）4、运行（状态代码4）5、发电（状态代码5）6、停机（状态代码1）7、维护（状态代码9）8、几种模式间的转换9、停机条件10、维护条件,1、初始化（状态代码0）叶片角度设定值为89，变化范围8596；运行initweaprog.exe程序，根据ini.txt的内容对变量进行赋值，程序完成后，将“init_init_ok”信号及“init_reset_ok”信号置“1”；读取torquetable.txt；读取optipitchtable.txt；读取nlpitchtable.txt；,2、待机（状态代码2）风机经过初始化完成，延时20s后；或停机步骤完成后，转速83，就会进入待机模式叶片角度设定值为89自动偏航系统激活；允许进行偏航解缆允许进行故障复位。,3、启动（状态代码3）,启动允许条件满足，自启动程序发出启动指令或按下塔底柜启动按钮后，风机由待机模式转换到启动模式。进入启动模式时，控制程序对下列参数进行设定：如果检测到有风暴，则桨距角设定值为89，否则桨距角设定值为50；变桨控制器激活；逆桨速度限值为-2deg/s，顺桨速度限值为5deg/s；自动偏航系统激活。,4、运行（状态代码4）,当转速大于1.5rpm延时45s且风与机舱的位置偏差小于45延时20s后，风机由启动模式转换到运行模式。进入运行模式时，控制程序对下列参数进行设定：桨距角设定值为0；变桨控制器激活；逆桨速度限值为-2deg/s，顺桨速度限值为5deg/s；自动偏航系统激活；自动偏航系统激活；,5、发电（状态代码5）,当转速大于9.7rpm，风机由运行模式转换到发电模式。进入发电模式时，控制程序对下列参数进行设定：桨距角设定值为0；转矩控制器激活；变桨控制器激活；逆桨速度限值为-2deg/s，顺桨速度限值为5deg/s；转速限定值为17.4rpm；变频器启动。自动偏航系统激活；,6、停机（状态代码1）,风机处于启动、运行或发电模式，当系统发出停机信号（stopcontrolglobalstopsignal），或在维护模式下将维护开关关闭，风机转换到停机模式。进入停机模式时，控制程序对下列参数进行设定：桨距角设定值为89；逆桨速度限值为0d