W安全与控制策略

1、上海电气风电设备有限公司 技术部n安全与控制策略的概念n2MW的控制策略运行流程控制变桨控制转矩控制并网过程监控程序n2MW的安全策略刹车系统故障与停机安全链内容提要 控制与安全策略是在风机系统的总体框架设计阶段确定，以保证风机系统最佳运行，并在发生故障时使风机保持在安全状态。 安全与控制策略的概念 控制策略是保证风机能够安全地、高效地、轻载荷地、尽可能保证无故障地运行。程序逻辑通常存入可编程控制器中，是整个控制系统的核心部分。 安全与控制策略的概念 安全策略是系统策略的一部分，是保证在发生故障时使风机保持在安全状态。 安全与控制策略的概念安全与控制策略的概念 控制系统主要是控制和监测风机状态

2、，以保证风机在正常、安全的范围内运行。 安全系统是当发生故障或超出风机的正常运行范围，使风机进入安全状态，并能够维持在安全状态。安全系统在逻辑上应该高于控制系统。安全与控制策略的概念 安全系统与控制系统的关系安全与控制策略的概念n对安全与控制策略的理解： 根据GL标准对安全与控制的要求，对控制系统主干的概念设计。n安全与控制策略的作用： 满足GL要求认证 概念设计供载荷计算验证可行性 概念设计控制软件详细设计、 系统硬件设计与选型安全与控制策略的概念2MW控制策略1、运行流程控制 2MW风机分为9种运行状态： 1）初始化模式 2）停机状态 3）待机状态 4）自检模式 5）空转状态 6）升速状态

3、 7）并网切入 8）发电状态 9）维护模式运行流程框图2MW控制策略2MW控制策略2、变桨控制 变桨控制采用PID控制器 控制器的输入为：风轮实际转速 风轮额定转速 一些控制参数 控制器的输出为：时间步长的桨距角变化（变桨速度），然后计算出给定的桨距角位置。 变桨控制器逻辑框图2MW控制策略G() =桨距角与非线性增益系数的对应表O(V) =风速与最小桨距角的对应表2MW控制策略2MW控制策略3、转矩控制 输出转矩由转速-转矩曲线来控制。采用转速-转矩曲线是为了保证风机在最佳叶尖速比的状态下运行。当发电机转速超过额定转速，输出功率保持恒定。 2MW控制策略转矩控制器逻辑框图2MW控制策略1）控

4、制风轮转速在切入转速0.5rpm范围之内。2）控制器向变流器发出开始励磁指令。3）变流器收到开始励磁指令之后对发电机进行励磁，励磁完成后，发回给控制器已准备好并网的信号。4）控制器收到已准备好并网的信号后，发给变流器并网指令。5）变流器收到并网指令后，检查接触器两端电压的幅值、相角和频率，确认满足并网条件后。接触器吸合并网，并且将并网完成信号反馈给控制器。6）控制器收到变频器发出的并网完成信号后，进入发电状态。如果在励磁信号发出之后，120s内未收到变频器发出的并网完成信号，则置出状态代码“并网故障”。2MW控制策略4、并网过程 2MW控制策略5、监控程序 n测风仪监测 风机采用两个测风仪，在

5、正常运行的过程中，风速计监测程序不停的检查两个测量值（风速/风向）之间的同步性。 A）两个都正常： 如果两个测量值（风速/风向）之间的偏差小于限制值，则两个测量值都正常，两个测量值的平均值供控制使用。 B）一个有故障： 如果两个测量值（风速/风向）之间的偏差大于限制值，则判断一个测风仪有故障。最可能的原因是信号太弱，所以较大值用于控制。同时，控制系统发出报警。 如果风速测量值的变化小于0.05m/s2超过120s，则判断该测风仪有故障。 如果风向测量值的变化小于0.2/s超过2.5min，则可判断一个风向标有故障。 只要有一个风向标提供可靠的信号，风机就可以运行在发电状态或待机状态。如果两个风

6、向标都有故障，控制系统报出2级故障。 2MW控制策略5、监控程序 n功率监测 系统不停地测量并计算风机的输出功率，并与变流器内部的测算值进行比较。 如果偏差值大于设定值，控制系统报出2级故障。 如果输出功率超过限定值，控制系统报出2级故障。2MW控制策略5、监控程序 n转速监测 转速在不同的位置通过不同传感器测量：rotor_speed_1(低速侧增量式旋转编码器的脉冲输出通道a来计算)rotor_speed_2(低速侧增量式旋转编码器的脉冲输出通道b来计算)convertor_com.convertor_motor_speed(根据变频器信号计算)rotor_position_rotor_s

7、peed (低速侧增量式旋转编码器的SSI输出通道来计算) A）所有转速传感器都正常： 所有测量值之间的偏差都小于偏差限制值，则判断所有转速传感器都正常。最大值用于控制。 B）一个转速传感器有故障： 如果风轮转速和发电机转速（风轮转速信号转换到高速侧）之间的偏差高于限制值，则控制系统报出2级故障 2MW控制策略5、监控程序 n桨距角监测 每个叶片角度通过一个增量式编码器和一个冗余编码器测量。 A）所有桨距角传感器正常工作： 每个叶片上所有测量两个桨距位置值的偏差（增量编码器和冗余编码器得测量值的偏差）小于限制值，两个测量值的平均值用于控制系统。 B）如果偏差值大于限制值，则控制系统报出3级故障

8、。 （桨距角的检测由变桨系统来实现）2MW安全策略1、刹车系统 2MW风电机组具有两套独立的刹车系统： 1）气动刹车 变桨系统是风机的主刹车系统，每个叶片具有独立的电变桨控制，各自备有蓄电池来保障失电安全。 当需要停机时，顺桨到90度左右，通过气动阻力使风轮停下来。 2） 机械刹车 机械刹车是风机的二级刹车系统，安装在驱动链的高速轴侧。 当气动刹车失效时，通过机械刹车动作使风轮停止，保障风机安全。 当控制系统由于3级故障导致紧急停机时，当转速小于5rpm时，机械刹车动作，加快停机速度。 当安全链断开时，机械刹车立即动作。2MW安全策略2、故障与停机 2MW风电机组将故障分为30个故障类别（详见

9、控制器用户手册），按故障对风机的影响分为不同的故障等级。 分为0、1、2、3共四个故障等级 0级故障：报警不停机。 1级故障：正常停机。 2级故障：快速停机。 3级故障：紧急停机。2MW安全策略正常停机流程 2MW安全策略快速停机流程 2MW安全策略紧急停机流程 2MW安全策略3、安全链 2MW风电机组的安全链采用失效-安全的原则，是独立于控制系统的硬线保护系统。它优先于控制系统，即使控制系统失效，也不会影响安全链的正常动作。 在正常的情况下，所有串入安全链的信号都是常闭信号（为“1”），当任意一个输入信号断开，则安全链断开，触发安全链急停，使风机能够快速的进入安全状态。 当安全链断开后，仅可以通过安全链复位按钮，来复位安全链。2MW安全策略3、安全链 2MW风电机组串入安全链的信号有：n塔底急停按钮n塔底400V主电源监测信号n机舱急停按钮n机舱远程急停按钮n风轮超速1n风轮超速2n机舱振动开关n变桨系统急停信号n扭缆限位开关n变流器急停按钮n变流器并网断路器故障信号2MW安全策略3、安全链 安全链动作后的输出信号：n发出安全链急停信号给变桨系统，变桨系统切到电池供电以最快的速度驱动叶片至顺桨位置。n机械刹车动作n偏航刹车抱死（不能偏航）2MW安全策略3、安全链 2MW风电机组安全链的控制功能通过Becho