控制设备 风电控制系统知识介绍.ppt

保定科诺伟业控制设备有限公司 内容简介 风力发电控制系统介绍科诺kn wtcs系列产品 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 风电机组类型 并网型失速型 恒速恒频 单速型双速型变速恒频双馈式直驱式混合式 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 失速型 恒速恒频 机组结构 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 失速型 恒速恒频 机组特点风力发电机组的转速不随风速的波动而变化 始终维持恒转速运转 从而输出恒定额定频率的交流电 系统目前普遍采用 简单可靠 但是对风能的利用不充分 因为风力机只有在一定的叶尖速比的数值下才能达到最高的风能利用率 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 变速恒频机组结构 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 变速恒频机组特点风力发电机组的转速随风速的波动作变速运行 但仍输出恒定频率的交流电 此方式提高了风能的利用率 增加了系统的柔动性 但将导致必须增加实现恒频输出的电力电子设备 增加系统复杂性 直驱式 双馈式 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 变速恒频机组特点双馈式的特点双馈电机定子直接与电网相连 转子侧通过功率变换器 一般为双pwm交 直 交型变换器 连接到电网 该功率变换器的容量仅为电机容量的1 4左右 并且能量可以双向流动 这是这种机型的优点 该种机型是利用发电机转子励磁频率 定子输出频率和转子机械频率的关系 通过改变转子的励磁频率而使机组完成变速恒频运行 进而实现最大风能捕获 对电网而言 该系统利用矢量控制实现了输出的有功和无功的解偶控制 可以为电网输出无功 保证了输出电能质量 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 变速恒频机组特点直驱式的特点风轮直接与低速 多极 励磁同步发电机 也有利用永磁同步发电的 相连 省去了故障多发部件 齿轮箱 电机全功率通过电力电子装置连接到电网 利用电力电子技术可以控制系统输出的有功和无功功率 同样也可以使机组捕获最大风能 齿轮传动不仅降低了风电转换效率和产生噪音 更是造成机械故障的主要原因 而且为减少机械磨损需要润滑清洗等定期维护 采用无齿轮箱的直驱方式虽然提高了电机的设计成本 但却有效的提高了系统的效率以及运行可靠性 其缺点是 直驱发电机体积大而笨重 电机设计成本较高 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 恒速运行与变速运行恒速运行风电机组一般采用异步发电机 恒速运行的风力机的好处是控制简单 可靠性好 一般单机容量为600kw 850kw的风电机组多采用恒速运行方式 恒速运行的缺点是由于转速基本恒定 而风速经常变化 因此风力机经常工作在风能利用系数 cp 较低的点上 风能得不到充分用 变速运行的风电机组一般采用双馈异步发电机或多极同步发电机 变速运行方式通过控制发电机的转速 能使风力机的叶尖速比接近最佳值 从而最大限度的利用风能 提高风力机的运行效率 趋势 变速运行取代恒速运行 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 风电机组的基本运行过程 一 开机自检 对于第一次上电需要该过程 机组自动检测电网 风况 环境温度 机组本身状态 如 各种温度 压力油位 控制电源 安全链 维护开关位置等在正常状态 待机 自检通过后 开始执行 制动解除 即松闸和 机舱对风 当风速达到对风风速 2 5m s 如风速低于启动风速3m s 则机组处于待机状态 启动与并网 风轮在风的升力作用下开始旋转 当转速达到并网转速时 执行并网过程 启动方式 自动启动 顶部机舱启动 塔底操作面板启动 远程启动 在中央监控室 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 风电机组的基本运行过程 二 液压系统的压力控制和温度控制 变速与变桨距调节 跟踪最佳运行曲线 最大捕获风能 有功功率和无功功率的解藕控制 提高输出电能品质 故障检测与复位 人工手动复位和自动复位 偏航与解缆 当风向改变时执行自动偏航 人工偏航包括 顶部机舱手动偏航 塔底操作面板手动偏航 远程偏航 当电缆缠绕时执行解缆操作 脱网 当机组运行自身和外部条件不满足时 机组执行脱网程序 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 控制系统的基本组成功率柜 风力发电机组的主配电系统 包括发电机与电网连接主回路 低压配电控制回路 电源变换 防雷保护回路等 变频器柜 主要是igbt等电力电子器件组成的整流 逆变电路 电容及预充电电路 变桨距系统 主要控制叶片改变桨距角 计算机柜 包括中心控制器及其接口电路 电量采集及其安全保护电路等 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 控制系统的功能结构 并网装置 并网控制 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 风电机组关键部件叶轮及叶片叶轮一般由2 3个叶片及轮毂组成 其功能是将风能转换为机械能 大型风力机的叶片多采用玻璃纤维或高强度复合材料制成 叶片要安装在轮毂上 轮毂的作用是链接叶片和传动系统 要求能承受较大的 复杂的载荷 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 风电机组关键部件齿轮箱将风机叶片捕获的机械能传递到发电机 使转速发生变化 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 风电机组关键部件发电机将传动系统输出的机械能转化成电能的装置 直驱式永磁发电机 双馈式异步发电机 2020 4 13 风力发电控制系统介绍 风电机组关键部件塔架支撑风力机的重量 同时承受风压以及风力机运行的动载荷 对其强度 刚度要求严格 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 风力发电机组控制系统是整个风力发电机组安全可靠运行的核心 其控制技术是风电机组的关键技术之一 控制系统与风力发电机组的其余各部分密切相关 是风电机组运行的大脑 是整个机组正常可靠运行以及实现最佳运行的可靠保证 风力发电机组控制系统的整体配置如图所示 其中控制柜是机组可靠运行的核心 主要完成数据采集及输入 输出信号处理 逻辑功能判定 对外围执行机构发出控制指令 与变桨系统 变流器以及中央监控系统通讯 交换信息 控制系统主要实现正常运行控制 参数监测及监控以及安全保护及处理等三大功能 正常的运行控制包括机组启动 关机控制 并网控制 加热与冷却控制 变速控制 恒功率运行控制 偏航控制以及解缆控制等 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 风力发电机组控制系统整体配置图 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 产品分类型号说明 kn 科诺伟业公司 wtcs 风力发电机组控制系统 1500 额定功率为1500kw df 双馈发电机组 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 功能特点 适合多种机型 双馈 直驱 半直驱 模块化 结构紧凑 可靠性好 可灵活扩展 操作界面友好 运行参数可以灵活设置 变速运行控制实现最大风能捕获 变速变桨距协调控制 实现风电机组柔性控制 完备的通信接口设计 mpi profibus profinet ethernet 完善的状态监控和冗余设计 有效保护机组安全 远程控制功能 完善的维护检修设计更加适合中国风电场 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 技术指标 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 电气与环境使用条件电网条件 电压 690v 10 频率 50hz 2 适用电机 三相异步电机冷却方式 柜内风扇冷却环境条件 1 环境温度在 20 40 之间 2 相对湿度不超过95 无凝露 3 无易燃 易爆 腐蚀性气体 无导电性尘埃 4 室内安装 通风良好 5 振动 0 5g 6 海拔 2000m时 应相应降低容量使用 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 控制系统的主要功能分为9个方面机组正常运行控制 并网控制 最大风能捕获控制 有功 无功解藕控制 变速控制 变桨距控制 偏航对风控制 自动解缆控制 刹车控制 温度控制 液压控制等 机组运行状态监测与显示机组运行统计机组故障监测与处理机组的安全保护远程通信维护功能机组运行参数设置人机接口 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 机组运行状态监测与显示电网参数 电网的电压 频率环境参数 风速 风向 环境温度发电机 三相电流 有功功率 无功功率 功率因数 发电机转速 发电机绕组温度 发电机前 后轴承温度叶轮 叶轮转速 叶轮过速液压系统 液压泵工作状态 液压油位 液压系统压力偏航系统 偏航电机工作状态 左 右偏航角度 偏航闸状态 刹车 释放 齿轮箱 齿轮油位 齿轮油压力 齿轮油过滤 齿轮油温度 齿轮油轴承温度制动系统 高速闸状态 刹车 释放 闸磨损机舱 机舱温度 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 菜单总体结构 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 执行标准本产品符合gb t14048 1 2000低压开关和控制设备总则gb t19568 2004风力发电机组装配和安装gb50171 92电气装置安装工程盘 柜二次回路接线施工及验收规范gb7251 1997低压成套开关设备和控制设备gb t4728 7 2000电气简图用图形符号第7部分 开关 控制和保护器件gb6995 3 1986电线电缆识别标志第3部分电线电缆识别标志gb t19069 2003风力发电机组控制器技术条件gb t19070 2003风力发电机组控制器试验条件dl400 1991继电保护和安全自动装置技术规程 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 检测能力为促进公司在变速恒频风电机组控制系统方面关键技术的研制 掌握自主核心技术与创新 缩短与世界先进技术的差距 同时加快公司风电机组控制系统系列产品的批量化生产 促进公司技术进步和产品升级 保障公司产品质量 公司建立了完善的风电机组控制系统生产流程与检测平台 2020 4 13 科诺kn wtcs系列产品 检测能力失速型 变速恒频风电机组控制系统检测平台本平台由配电系统 数字信号输入 输出系统 模拟信号输入系统 风电机组用传感器等组成 能够模拟失速型风电机组控制系统实际工作情况 将失速型 变速恒频风电机组需要检测各信号量进行模拟输入 将控制系统执行动作进行输出 本平台用于风电机组控制系统测试与出厂检验 可验证控制系统功能完整性 逻辑正确性与产品可