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风力发电控制系统的现场控制站与基本功能介绍

一 风电节制系统简述

风力发电机节制系统风力发电机由多个部分组成,而节制系统贯穿到每个部分,相称于风电系统的神经。是以节制系统的短长直接关系到风力发电机的事情状态、发电量的若干以及设备的安然。今朝风力发电亟待钻研办理的的两个问题:发电效率和发电质量都和风电节制系统亲昵相关。对此国内外学者进行了大年夜量的钻研,取得了必然进展,跟着今世节制技巧和电力电子技巧的成长,为风电节制系统的钻研供给了技巧根基。节制系统的组成风力发电节制系统的基础目标分为三个层次:这便是包管风力发电机组安然靠得住运行,获取最大年夜能量,供给优越的电力质量。节制系统组成主要包括各类传感器、变距系统、运行主节制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网节制单元、安然保护单元、通讯接口电路监控单元。

能源与情况是当今人类生计和成长所要办理的紧迫问题。老例能源以煤、煤油、天然气为主的化石能源,它们不仅资本十分有限,而且会对大年夜气污染造成严重的污染,引起温室效应,酸雨等灾难。从举世能源耗损来看,能源耗损供给自老例能源化石燃料,能源耗损供给自核电,另外的供给自可再生能源(主如果水电和风力发电)。在我们进入21世纪的本日,天下能源布局也正在孕育着重大年夜的转变,即由矿物能源系统向以可再生能源为根基的可持续能源系统转变。所谓可再生能源便是取之不尽、用之不竭、与人类共存的能源。它包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等。在这浩繁的可再生能源中,今朝成长最快、商业化最广泛、经济上最适用的,当数风力发电。

风力发电机组节制单元(WPCU)是每台风机的节制核心,分散部署在机组的塔筒和机舱内。因为风电机组现场运行情况恶劣,对节制系统的靠得住性要求异常高,而风电节制系统是专门针对大年夜型风电场的运行需求而设计,应具有极高的情况适应性和抗电磁滋扰等能力,其系统布局如下:

风电节制系统的现场节制站包括:塔座主节制器机柜、机舱节制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网互换机、现场总线通讯收集、UPS电源、紧急停机后备系统等。 风电节制系统的收集布局如图1所示:

1、塔座节制站

节制器的组态采纳功能富厚、界面友好的组态软件,采纳相符IEC61131-3标准的组态要领,包括:功能图(FBD)、指令表(LD)、顺序功能块(SFC)、梯形图、布局化文本等组态要领。

2、机舱节制站

机舱节制站采集机组传感器丈量的温度、压力、转速以及情况参数等旌旗灯号,经由过程现场总线和机组主节制站通讯,主节制器经由过程机舱节制机架以实现机组的偏航、解缆等功能,此外还对机舱内种种帮助电机、油泵、风扇进行节制以使机组事情在最佳状态。

3、变桨距系统

大年夜型MW级以优势电机组平日采纳液压变桨系统或电动变桨系统。变桨系统由前端节制器对3个风机叶片的桨距驱动装配进行节制,其是主节制器的履行单元,采纳 CANOPEN与主节制器进行通讯,以调节3个叶片的桨距事情在最佳状态。变桨系统有后备电源系统和安然链保护,包管在危机工况下紧急停机。

4、变流器系统

大年夜型风力发电机组今朝普遍采纳大年夜功率的变流器以实现发电能源的变换,变流器系统经由过程现场总线与主节制器进行通讯,实现机组的转速、有功功率和无功功率的调节。

5、现场触摸屏站

现场触摸屏站是机组监控的就地操作站,实现风力机组的就地参数设置、设备调试、掩护等功能,是机组节制系统的现场上位机操作员站。

6、以太网互换机(HUB)

系统采纳工业级以太网互换机,以实现单台机组的节制器、现场触摸屏和远端节制中间收集的连接。现场机柜内采纳通俗双绞线连接,和远程节制室上位机采纳光缆连接。

7、现场通讯收集

主节制用具有CANOPEN、PROFIBUS、MODBUS、以太网等多种类型的现场总线接口,可根据项目的实际需求进行设置设置设备摆设摆设。

8、UPS电源

UPS电源用于包管系统在外部电源断电的环境下,机组节制系统、危机保护系统以及相关履行单元的供电。

9、 后备危机安然链系统

后备危机安然链系统自力于谋略机系统的硬件保护步伐,纵然节制系统发生非常,也不会影响安然链的正常动作。

所有风电机组经由过程光纤以太网连接至主控室的上位机操作员站,实现全部风场的远程监控,上位机监控软件应具有如下功能:

① 系统具有友好的节制界面。在体例监控软件时,充分斟酌到风电场运行治理的要求,应用汉语菜单,使操作简单,尽可能为风电场的治理供给方便。

② 系统显示各台机组的运行数据。

③ 系统显示各风电机组的运行状态,如开机、泊车、调向、手/自动节制以及大年夜/小发电机事情等环境,经由过程各风电机组的状态懂得全部风电场的运行环境。

④ 系统能够及时显示各机组运行历程中发生的故障。

⑤ 系统能够对风电机组实现集中节制。

⑥ 监控软件具有运行数据的准时打印和人工即时打印以及故障自动记录的功能,以便随时查看风电场运行状况的历史记录环境。

二 风电节制系统基础功能

(1)数据采集(DAS)功能:包括采集电网、景象、机组参数,实现节制、报警、记录、曲线功能等;

(2)机组节制功能:包括自动启念头组、并网节制、转速节制、功率节制、无功补偿节制、安然停机节制等;

(3)远程监控系统功能:包括机组参数、相关设备状态的监控,历史和实时曲线功能,机组运行状况的累计监测等。

1、数据采集(DAS)功能

机组运行历程中进行监测的相关参数包括:

(1)电网参数,包括电网三相电压、三相电流、电网频率、功率因数等。电压故障检测:电网电压闪变、过电压、低电压、电压跌落、相序故障、三相纰谬称等。

(2)景象参数,包括风速、风向、情况温度等。

2、机组启停、发电节制

(1)主控系统检测电网参数、景象参数、机组运行参数,当前提满意时,启动偏航系统履行自动解缆、对风节制,开释机组的刹车盘,调节桨距角度,风车开始自由迁移转变,进入待机状态。

(2)当外部景象系统监测的风速大年夜于某必然值时,主控系统启动变流器系统开始进行转子励磁,待发电机定子输出电能与电网同频、同相、同幅时,合闸出口断路器实现并网发电。

(3)风力机组功率、转速调节

根据风力机特点,当机组处于最佳叶尖速比λ运行时,风机机组将捕得到最大年夜的能量,虽理论上机组转速可在随意率性转速下运行,但受实际机组转速限定、系统功率限定,不得不将该阶段分为以下几个运行区域:即变速运行区域、恒速运行区域和恒功率运行区。额定功率内的运行状态包括:变速运行区(最佳的λ)和恒速运行区。

当风机并网后,转速小于极限转速、功率低于额定功率时,根据当前实际风速,调节风轮的转速,使机组事情在捕获最大年夜风能的状态。

当风速继承增添,使转速、功率都达到上限后,进入恒功率运行区运行,此状态下主控经由过程变流器,保持机组的功率恒定,主节制器一方面经由过程桨距系统的调节削减风力攻角,削减叶片对风能的捕获;另一方面经由过程变流器低削发电机转速节,使风力机组偏离最佳λ曲线运行,保持发电机的输出功率稳定。

3、风电节制系统帮助设备逻辑

(1)发电机系统

监控发电机运行参数,经由过程3台冷却风扇和4台电加热器,节制发电机线圈温度、轴承温度、滑环室温度在适当的范围内,相关逻辑如下:

当发电机温度升高至某设定值后,起动冷却风扇,当温度低落到某设定值时,竣事风扇运行;当发电机温度过高或过低并超限后,发出报警旌旗灯号,并履行安然停机法度榜样。

(2)液压系统

机组的液压系统用于偏航系统刹车、机器刹车盘驱动。机组正常时,需保持额定压力区间运行。

(3)景象系统

景象系统为智能景象丈量仪器,经由过程RS485口和节制器进行通讯,将机舱外的景象参数采集至节制系统。根据情况温度节制景象丈量系统的加热器以防止结冰。

(4)电动变桨距系统

变桨距系统包括每个叶片上的电机、驱动器、以及主节制PLC等部件,该PLC经由过程CAN总线和机组的主控系统通讯,是风电节制系统中桨距调节节制单元,变桨距系统有后备DO顺桨节制接口。 桨距系统和主节制器的通讯内容包括:

桨叶A位置反馈

桨叶B位置反馈

桨叶C位置反馈

桨叶节距给定指令

桨距系统综合故障状态

叶片在顺桨状态

顺桨敕令

(5)增速齿轮箱系统

当齿轮油压力低于设定值时,起动齿轮油泵;当压力高于设定值时,竣事齿轮油泵。当压力越限后,发出警报,并履行停机法度榜样。

齿轮油冷却器/加热器节制齿轮油温度:当温度低于设定值时,起动加热器,当温度高于设定值时竣事加热器;当温度高于某设定值时,起动齿轮油冷却器,当温度低落到设定值时竣事齿轮油冷却器。

润滑油泵节制,当润滑油压低于设定值时,起动润滑油泵,当油压高于某设定值时,竣事润滑油泵。

(6)偏航系统节制

根据当前的机舱角度和丈量的低频匀称风向旌旗灯号值,以及机组当前的运行状态、负荷旌旗灯号,调节CW(顺时针)和CCW(逆时针)电机,实现自动对风、电缆解缆节制。

自动对风:当机组处于运行状态或待机状态时,根据机舱角度和丈量风向的误差值调节CW、CCW电机,实现自动对风。(以设定的偏航转速进行偏航,同时必要对偏航电机的运行状态进行检测)

自动解缆节制:当机组处于停息状态时,如机舱向某个偏向旋转大年夜于720度时,启动自动解缆法度榜样,或者机组在运行状态时,假如旋转大年夜于1024度时,实现解缆法度榜样。

(7)大年夜功率变流器通讯

主节制器经由过程CANOPEN通讯总线和变流器通讯,变流器实现并网/脱网节制、发电机转速调节、有功功率节制、无功功率节制:

发电机转速调节:机组并网后在额定负荷以下阶段运行时,经由过程节制发电机转速实现机组在最佳λ曲线运行,经由过程将风轮机当做风速仪丈量实时转距值,调节机组至最佳状态运行。

功率节制:当机组进入恒定功率区后,经由过程和变频器的通讯指令,保持机组输出而定的功率。

无功功率节制:经由过程和变频器的通讯指令,实现无功功率节制或功率因数的调节。

(8)安然链回路

安然链回路自力于主控系统,并行履行紧急停机逻辑,所有相关的驱动回路有后备电池供电,包管系统在紧急状态靠得住履行。

三 今朝我厂技巧状态及对策

今朝我厂已拥有发电机技巧,变流系统正在研发中,已在2010年头?年月完成,其它技巧尚处于空缺之中,为快速进入市场斟酌,应采取两条腿走路的规划,即自立研发和技巧引进。

自立研发方面,鉴于风电节制系统的繁杂性,需与有实力的高校发合,研发中需设立多个分项目,由于该项目包孕谋略机硬件、电力电子、软件、通迅等项技巧,按功能也是分散在风电机组遍地。

四 停止语

今朝风力发电的主要偏向:

1、陆地风力发电机组采纳1。5/2M双馈异步发电机组。

2、离岸风力发电机组采纳4/5M永磁同步全馈发电机组。

3、扶植大年夜型或者超大年夜型的风力电场(有上百台风力机组组成)。

4、风力机组节制系统具有防电压穿透功能。

5、风力发电机组在在线发电时可调节功率因数,在不发电时也可以调节功率因数,进行无功补偿,净化电网。

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