风机控制系统

风机控制系统第一页，共三十六页，2022年，8月28日第一部分大型风电机组控制系统介绍设计原则控制系统组成主控系统网络结构安全系统控制软件风电场管理及远程监控第二页，共三十六页，2022年，8月28日控制系统设计原则高安全性高可靠性最大电能输出（叶片和最大风能捕获）降低动载荷(优化设计）易于扩展（不同需要之间的灵活选择）便于维护（远程诊断，故障追忆）第三页，共三十六页，2022年，8月28日控制系统组成控制系统涉及的范围：主控系统软硬件设计；变距系统软硬件设计；变流系统设计；通讯链路设计（本机和风场）；防雷及布线设计；安全系统设计（安全链及故障处理）；外围传感设计控制系统的组成：塔底控制柜机舱控制柜变距控制柜变流器多路滑环传感器第四页，共三十六页，2022年，8月28日塔底柜690V主电源接入、分配传感器接入电网测量执行部件控制变压器数字电源人机界面数字、模拟IO主控制器安全链系统UPS电源变距系统通讯风场通讯变压器塔底数据采集人机界面当机舱柜与塔底柜执行相同功能时，机舱柜优先级高于塔底柜机舱柜第五页，共三十六页，2022年，8月28日变距系统辅助电源：控制电源，动力电源安全链及其它硬件连接：安全链输出：变流器急停安全链节点：变流器断开安全链通讯接口：主控制器和变距系统

采用现场总线第六页，共三十六页，2022年，8月28日变流器接口辅助电源：控制电源，UPS，风扇加热器电源安全链及其它硬件连接急停输入：干节点并网柜与变流器：电网测量：电网侧电压，定子侧电压，定子侧电流并网接触器控制：合，断，就绪等通讯接口：主控制器和变流器采用现场总线进行通讯第七页，共三十六页，2022年，8月28日滑环和传感器滑环信号列表：变距系统电源、通讯、控制信号、轮毂内照明、轴承润滑等耐压、电流冲击电气性能等防护等级：IP54环境要求：是否需要加热设计寿命：7000万转维护安装：接线、查线、观察、更换刷丝传感器：风速、风向、加速度、偏航、电能质量第八页，共三十六页，2022年，8月28日安全保护系统安全链保护：独立于控制系统之外的由硬件实现的安全保护系统一级安全链：紧急停机、切断辅助电源二级安全链：紧急停机软件故障处理：故障动作：降功率运行、自由转动、刹车故障级别：自复位、手动复位、本地复位关键点：保护点的设定：过载、过速、振动、扭缆等保护措施关键部件性能安全系统对刹车系统的控制及影响锁定装置：风轮、偏航紧急停机按钮备用电源第九页，共三十六页，2022年，8月28日主控制器要求处理能力：主频400M实时多任务操作系统开放性、可扩展能力：支持分布式远程I/O嵌入式WebServer,FTPServer,EmailClient等多通讯接口支持：RS485、Profibus，Canopen，Ethernet存储能力：日志（访问、故障、事件）、临时数据高可靠性及恶劣环境的适应能力第十页，共三十六页，2022年，8月28日状态控制：启动、停机、偏航、液压、温控、故障处理等发电控制：变距、功率闭环控制第十一页，共三十六页，2022年，8月28日状态控制工作状态：运行、暂停、停机、紧急停机每种状态是一个活动层次，运行状态层级最高，急停状态最低，四种工作状态的主要特征如下:(1)运行状态：机械闸松开，允许机组并网发电，机组自动偏航调向，桨距控制系统选择优化工作模式，根据风速状况选择优化的桨距角，液压系统保持工作压力，冷却系统自动状态，操作面板显示“运行”状态(2)暂停状态：机械闸松开，液压系统保持工作压力，机组自动偏航调向，叶片桨距角调到接近全翼展状态，叶轮空转或停止，冷却系统自动状态，操作面板显示“暂停”状态，这个状态在调试时很有用，主要用来调试时测试整个系统的功能是否正常(3)停机状态：机械闸松开，叶片处于全翼展状态，液压系统保持工作压力，机组自动偏航调向停止，冷却系统非自动状态，操作面板显示“停机”状态(4)紧急停机状态：机械闸抱闸，紧急电路（安全链）开启，控制器所有输出信号无效，控制器所有输出信号无效，控制器仍在运行和测量所有输入信号，操作面板显示“紧急停机”状态第十二页，共三十六页，2022年，8月28日状态控制可将状态划分的更为详细，并分配代码，对每一个状态、工况建立状态表，把所有基本状态的程序编好，再通过切换控制，在不同状态下控制。状态码及其条件部件动作状态改变条件及操作权限灵活的IO点定义方便的通讯接口：配置文件，无需编程机组状态、故障处理方式用户自定义

第十三页，共三十六页，2022年，8月28日发电控制及控制策略额定风速以下：最大功率跟踪，避免变距频繁动作，通过转矩进行最佳叶尖速比控制，达到最大功率输出额定风速以上：恒功率控制保持功率恒定，通过变距控制转速稳定运行第十四页，共三十六页，2022年，8月28日控制策略（二）阻尼变距控制：避开谐振点（区）共振点跳跃：通过变距控制，跳过低转速点（非工作区）易振点振动预测与干预：通过传感器采集加速度信号，对振动进行预测和防振动处理。塔筒前后载荷的变化第十五页，共三十六页，2022年，8月28日风电场管理功能需求SCADA系统：监测控制及数据采集系统风电机组监控远程控制：启停、复位等运行数据监测：机组状态、风数据、转速、功率、温度、各部件状态故障追忆：故障触发日志参数设置备份数据统计：最大值、最小值、平均值的统计动作次数统计各状态时间统计

第十六页，共三十六页，2022年，8月28日风电场管理功能需求（二）风电场的管理风场机组管理风场的集群操作：启动、停机发电功率因数调节发电功率调配电网和气候监测数据统计：年报表、月报表、日报表等，故障信息统计分析，风场风数据的统计第十七页，共三十六页，2022年，8月28日国际标准国际标准IEC-61400-25系列标准定义了风电场监测与控制的通讯方式，即定义了风电场内智能电子设备信息交换模型的服务。信息交换模型包括：所有能够访问信息的类的层次模型；对于这些类的信息交换服务；与每项信息交换服务相关的参数。但是，该系列标准只涉及风电场构成之间的通讯，比如风机与操作人员之间的SCADA系统，而各部分内部的通讯不在标准涉及范围之内。第十八页，共三十六页，2022年，8月28日第二部分巴合曼（BACHMANN）控制器巴合曼是世界上最大的风机控制器制造商之一，目前在全球的风电市场上已超过二万台的配套数量（占全球市场份额的40%），在1.5MW—5MW机组上广泛应用，可以为全球风电制造商提供完备的控制系统解决方案。总部在奥地利，上海设有技术支持和销售中心。巴合曼风电控制系统具有高可靠性、高兼容性的特点：1.

-20度-+90度的宽温度工作范围；2.

集成互联网技术的开放式系统平台；3.

99.96%以上无故障运行；4.

完全集成的Matlab/Simulink系统环境可以节约编程时间；5.

接入Ethernet灵活可靠的网络化和互联网平台的可视化；6.风力应用箱（M-WABWindApplicationBox)第十九页，共三十六页，2022年，8月28日巴合曼的风力解决方案第二十页，共三十六页，2022年，8月28日第二十一页，共三十六页，2022年，8月28日硬件和软件方案第二十二页，共三十六页，2022年，8月28日特点系统开放性：系统可以使用符合IEC61131标准的的PLC、C/C++或者JAVA进行编程。对扩展的控制任务可以使用MATLAB/Simulink建模，并可以在系统中在线测试和执行。支持所有通用网络和总线协议，如TCP/IP,Profinet,CAN-Bus,ModBus，并开发了实时光纤总线（LWL-Bus)实现机舱和塔底之间的网络通信。远程控制则通过SSL加密技术进行访问保护。模块化：不管是硬件还是软件均模块化，不同的控制和调节程序都以模块化形式并行运行在有优先级的多任务环境中。均可随意扩展和组合标准化：硬件符合通行的工业标准（CE,IEC，GL，UL等）并且建立在标准的软件和IT环境基础上。第二十三页，共三十六页，2022年，8月28日硬件部分第二十四页，共三十六页，2022年，8月28日硬件模块处理器模块数字/模拟输入、输出、输入/输出模块温度记录模块计数器模块编码器接口模块轴控制模块脉宽调制模块安全模块环境监测模块总线扩展模块串口模块供电模块网络终端第二十五页，共三十六页，2022年，8月28日控制器系统编程和调试特点：非单一的程序文件，而是一个或多个软件模块，每个模块都可以用不同的程序语言来编写，模块之间通过SVI(StandardVariableInterface)进行模块间的通讯。第二十六页，共三十六页，2022年，8月28日现场总线系统总线系统概览第二十七页，共三十六页，2022年，8月28日各种总线扩展模块第二十八页，共三十六页，2022年，8月28日例子第二十九页