風(fēng)機控制系統(tǒng)

風(fēng)機控制系統(tǒng)第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四第一部分大型風(fēng)電機組控制系統(tǒng)介紹設(shè)計原則控制系統(tǒng)組成主控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)安全系統(tǒng)控制軟件風(fēng)電場管理及遠程監(jiān)控第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四控制系統(tǒng)設(shè)計原則高安全性高可靠性最大電能輸出（葉片和最大風(fēng)能捕獲）降低動載荷(優(yōu)化設(shè)計）易于擴展（不同需要之間的靈活選擇）便于維護（遠程診斷，故障追憶）第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)涉及的范圍：主控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計；變距系統(tǒng)軟硬件設(shè)計；變流系統(tǒng)設(shè)計；通訊鏈路設(shè)計（本機和風(fēng)場）；防雷及布線設(shè)計；安全系統(tǒng)設(shè)計（安全鏈及故障處理）；外圍傳感設(shè)計控制系統(tǒng)的組成：塔底控制柜機艙控制柜變距控制柜變流器多路滑環(huán)傳感器第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四塔底柜690V主電源接入、分配傳感器接入電網(wǎng)測量執(zhí)行部件控制變壓器數(shù)字電源人機界面數(shù)字、模擬IO主控制器安全鏈系統(tǒng)UPS電源變距系統(tǒng)通訊風(fēng)場通訊變壓器塔底數(shù)據(jù)采集人機界面當(dāng)機艙柜與塔底柜執(zhí)行相同功能時，機艙柜優(yōu)先級高于塔底柜機艙柜第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四變距系統(tǒng)輔助電源：控制電源，動力電源安全鏈及其它硬件連接：安全鏈輸出：變流器急停安全鏈節(jié)點：變流器斷開安全鏈通訊接口：主控制器和變距系統(tǒng)

采用現(xiàn)場總線第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四變流器接口輔助電源：控制電源，UPS，風(fēng)扇加熱器電源安全鏈及其它硬件連接急停輸入：干節(jié)點并網(wǎng)柜與變流器：電網(wǎng)測量：電網(wǎng)側(cè)電壓，定子側(cè)電壓，定子側(cè)電流并網(wǎng)接觸器控制：合，斷，就緒等通訊接口：主控制器和變流器采用現(xiàn)場總線進行通訊第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四滑環(huán)和傳感器滑環(huán)信號列表：變距系統(tǒng)電源、通訊、控制信號、輪轂內(nèi)照明、軸承潤滑等耐壓、電流沖擊電氣性能等防護等級：IP54環(huán)境要求：是否需要加熱設(shè)計壽命：7000萬轉(zhuǎn)維護安裝：接線、查線、觀察、更換刷絲傳感器：風(fēng)速、風(fēng)向、加速度、偏航、電能質(zhì)量第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四安全保護系統(tǒng)安全鏈保護：獨立于控制系統(tǒng)之外的由硬件實現(xiàn)的安全保護系統(tǒng)一級安全鏈：緊急停機、切斷輔助電源二級安全鏈：緊急停機軟件故障處理：故障動作：降功率運行、自由轉(zhuǎn)動、剎車故障級別：自復(fù)位、手動復(fù)位、本地復(fù)位關(guān)鍵點：保護點的設(shè)定：過載、過速、振動、扭纜等保護措施關(guān)鍵部件性能安全系統(tǒng)對剎車系統(tǒng)的控制及影響鎖定裝置：風(fēng)輪、偏航緊急停機按鈕備用電源第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四主控制器要求處理能力：主頻400M實時多任務(wù)操作系統(tǒng)開放性、可擴展能力：支持分布式遠程I/O嵌入式WebServer,FTPServer,EmailClient等多通訊接口支持：RS485、Profibus，Canopen，Ethernet存儲能力：日志（訪問、故障、事件）、臨時數(shù)據(jù)高可靠性及惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四狀態(tài)控制：啟動、停機、偏航、液壓、溫控、故障處理等發(fā)電控制：變距、功率閉環(huán)控制第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四狀態(tài)控制工作狀態(tài)：運行、暫停、停機、緊急停機每種狀態(tài)是一個活動層次，運行狀態(tài)層級最高，急停狀態(tài)最低，四種工作狀態(tài)的主要特征如下:(1)運行狀態(tài)：機械閘松開，允許機組并網(wǎng)發(fā)電，機組自動偏航調(diào)向，槳距控制系統(tǒng)選擇優(yōu)化工作模式，根據(jù)風(fēng)速狀況選擇優(yōu)化的槳距角，液壓系統(tǒng)保持工作壓力，冷卻系統(tǒng)自動狀態(tài)，操作面板顯示“運行”狀態(tài)(2)暫停狀態(tài)：機械閘松開，液壓系統(tǒng)保持工作壓力，機組自動偏航調(diào)向，葉片槳距角調(diào)到接近全翼展?fàn)顟B(tài)，葉輪空轉(zhuǎn)或停止，冷卻系統(tǒng)自動狀態(tài)，操作面板顯示“暫?！睜顟B(tài)，這個狀態(tài)在調(diào)試時很有用，主要用來調(diào)試時測試整個系統(tǒng)的功能是否正常(3)停機狀態(tài)：機械閘松開，葉片處于全翼展?fàn)顟B(tài)，液壓系統(tǒng)保持工作壓力，機組自動偏航調(diào)向停止，冷卻系統(tǒng)非自動狀態(tài)，操作面板顯示“停機”狀態(tài)(4)緊急停機狀態(tài)：機械閘抱閘，緊急電路（安全鏈）開啟，控制器所有輸出信號無效，控制器所有輸出信號無效，控制器仍在運行和測量所有輸入信號，操作面板顯示“緊急停機”狀態(tài)第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四狀態(tài)控制可將狀態(tài)劃分的更為詳細，并分配代碼，對每一個狀態(tài)、工況建立狀態(tài)表，把所有基本狀態(tài)的程序編好，再通過切換控制，在不同狀態(tài)下控制。狀態(tài)碼及其條件部件動作狀態(tài)改變條件及操作權(quán)限靈活的IO點定義方便的通訊接口：配置文件，無需編程機組狀態(tài)、故障處理方式用戶自定義

第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四發(fā)電控制及控制策略額定風(fēng)速以下：最大功率跟蹤，避免變距頻繁動作，通過轉(zhuǎn)矩進行最佳葉尖速比控制，達到最大功率輸出額定風(fēng)速以上：恒功率控制保持功率恒定，通過變距控制轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四控制策略（二）阻尼變距控制：避開諧振點（區(qū)）共振點跳躍：通過變距控制，跳過低轉(zhuǎn)速點（非工作區(qū)）易振點振動預(yù)測與干預(yù)：通過傳感器采集加速度信號，對振動進行預(yù)測和防振動處理。塔筒前后載荷的變化第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四風(fēng)電場管理功能需求SCADA系統(tǒng)：監(jiān)測控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)風(fēng)電機組監(jiān)控遠程控制：啟停、復(fù)位等運行數(shù)據(jù)監(jiān)測：機組狀態(tài)、風(fēng)數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)速、功率、溫度、各部件狀態(tài)故障追憶：故障觸發(fā)日志參數(shù)設(shè)置備份數(shù)據(jù)統(tǒng)計：最大值、最小值、平均值的統(tǒng)計動作次數(shù)統(tǒng)計各狀態(tài)時間統(tǒng)計

第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四風(fēng)電場管理功能需求（二）風(fēng)電場的管理風(fēng)場機組管理風(fēng)場的集群操作：啟動、停機發(fā)電功率因數(shù)調(diào)節(jié)發(fā)電功率調(diào)配電網(wǎng)和氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計：年報表、月報表、日報表等，故障信息統(tǒng)計分析，風(fēng)場風(fēng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC-61400-25系列標(biāo)準(zhǔn)定義了風(fēng)電場監(jiān)測與控制的通訊方式，即定義了風(fēng)電場內(nèi)智能電子設(shè)備信息交換模型的服務(wù)。信息交換模型包括：所有能夠訪問信息的類的層次模型；對于這些類的信息交換服務(wù)；與每項信息交換服務(wù)相關(guān)的參數(shù)。但是，該系列標(biāo)準(zhǔn)只涉及風(fēng)電場構(gòu)成之間的通訊，比如風(fēng)機與操作人員之間的SCADA系統(tǒng)，而各部分內(nèi)部的通訊不在標(biāo)準(zhǔn)涉及范圍之內(nèi)。第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四第二部分巴合曼（BACHMANN）控制器巴合曼是世界上最大的風(fēng)機控制器制造商之一，目前在全球的風(fēng)電市場上已超過二萬臺的配套數(shù)量（占全球市場份額的40%），在1.5MW—5MW機組上廣泛應(yīng)用，可以為全球風(fēng)電制造商提供完備的控制系統(tǒng)解決方案?？偛吭趭W地利，上海設(shè)有技術(shù)支持和銷售中心。巴合曼風(fēng)電控制系統(tǒng)具有高可靠性、高兼容性的特點：1.

-20度-+90度的寬溫度工作范圍；2.

集成互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開放式系統(tǒng)平臺；3.

99.96%以上無故障運行；4.

完全集成的Matlab/Simulink系統(tǒng)環(huán)境可以節(jié)約編程時間；5.

接入Ethernet靈活可靠的網(wǎng)絡(luò)化和互聯(lián)網(wǎng)平臺的可視化；6.風(fēng)力應(yīng)用箱（M-WABWindApplicationBox)第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四巴合曼的風(fēng)力解決方案第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四硬件和軟件方案第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四特點系統(tǒng)開放性：系統(tǒng)可以使用符合IEC61131標(biāo)準(zhǔn)的的PLC、C/C++或者JAVA進行編程。對擴展的控制任務(wù)可以使用MATLAB/Simulink建模，并可以在系統(tǒng)中在線測試和執(zhí)行。支持所有通用網(wǎng)絡(luò)和總線協(xié)議，如TCP/IP,Profinet,CAN-Bus,ModBus，并開發(fā)了實時光纖總線（LWL-Bus)實現(xiàn)機艙和塔底之間的網(wǎng)絡(luò)通信。遠程控制則通過SSL加密技術(shù)進行訪問保護。模塊化：不管是硬件還是軟件均模塊化，不同的控制和調(diào)節(jié)程序都以模塊化形式并行運行在有優(yōu)先級的多任務(wù)環(huán)境中。均可隨意擴展和組合標(biāo)準(zhǔn)化：硬件符合通行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（CE,IEC，GL，UL等）并且建立在標(biāo)準(zhǔn)的軟件和IT環(huán)境基礎(chǔ)上。第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四硬件部分第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四硬件模塊處理器模塊數(shù)字/模擬輸入、輸出、輸入/輸出模塊溫度記錄模塊計數(shù)器模塊編碼器接口模塊軸控制模塊脈寬調(diào)制模塊安全模塊環(huán)境監(jiān)測模塊總線擴展模塊串口模塊供電模塊網(wǎng)絡(luò)終端第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四控制器系統(tǒng)編程和調(diào)試特點：非單一的程序文件，而是一個或多個軟件模塊，每個模塊都可以用不同的程序語言來編寫，模塊之間通過SVI(StandardVariableInterface)進行模塊間的通訊。第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四現(xiàn)場總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)概覽第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四各種總線擴展模塊第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四例子第29頁，共36頁，2023年，2