兆瓦级风力发电机组电控系统设计
兆瓦级风力发电机组电控系统设计
Ｍ Ｗ ｖ ｌＷ ｉ ｄ Ｐｏ ｒ Ｇｅ ｒ ｔｏ Ｌｅ ｅ ｎ ｗｅ ｎｅ ａ ｉ ｎ Ｕｎｉ ｅ ｔ ｉａ ｎｔ ｏ ｙ ｔｍ ｓｇ ｔＥｌｃ ｒｃ ｌＣｏ ｒ ｌＳ ｓ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ
ＣＨＥＮ ｉｇ ｗｅ Ｊｎ — ｎ
一
本 风力 发 电机 主 要 电 气 参 数有 ： 步 发 电 机 同 参数 为 电机 转 速 １０ ０ １８ ０ｒｍｉ ， ０ ～ ０ ／ ｎ 电压 等 级
ＡＣ ６ ０Ｖ， 定 功 率 １５ ０ｋ ； 率 特 征 为启 动 ９ 额 ０ Ｗ 功 风 速 ３ｍ／ ， 定 风 速 １ ｓ 停 机 风 速 ２ ｓ ｓ额 ２ｍ／ ， ５ｍ／ ， 抗最 大 风速 ５ ｓ 风 轮 参 数 为 直 径 ７ ， ６ｍ／ ； ０ｉ ３片 ｎ
ｓ ｆ ｔ ｎ ｅｌ ｂｌ ｓｇｎ ａ ｅ ｙ ａ ｄ ｒ ｉ ｅｄｅ ｉ ａ
１ 引 言
伴 随世 界经 济 和 国 际 工业 化 发 展 进 程 ， 界 世 各 国对 能源 的需 求 越 来 越 大 ， 类 正 面 临 着 能 源 人
３向电网提供优质的电能。 ）
２ 电 气控 制 系统 基 本 结 构 及 功 能
摘 要 ： 变 速 恒 频 风 力 发 电系 统 的运 行 状 态 进 行 了 研 究 ， 析 了 系 统 从 启 动 到 停 止 过 程 中 ， 个 工 作 状 态 对 分 各 下 的 控 制 要 求 和控 制 方 法 。 根 据 电 控 系 统 的控 制 要 求 ， 系 统 的输 入 输 出信 号 和 控 制 单 元 进 行 了分 析 。在 此 对 基 础 上 确 定 了控 制 系统 的硬 件 配 置 ， 基 于模 块 化 的 编 程 思 想 ， 计 了 控 制 程 序 ， 并 设 最后 就 系 统 安 全 运 行 及 可 靠 性 问 题 作 了详 细 的讨 论 。 关 键 词 ： 力 发 电 ； 速 恒 频 ； 制 系统 ； 全 可 靠 设 计 风 变 控 安
MW级风力发电系统偏航控制器的硬件设计
MW级风力发电系统偏航控制器的硬件设计关 开(华北电力大学,河北石家庄 050000) 摘 要:本文中利用PLC 作为偏航控制器,单片机为主的外围电路作为P LC 的信号转换和处理单元。
通过对各种信号的转换、处理,匹配成PLC 能够接受的信号,再通过P LC 实现的偏航控制程序,输出相应的控制信号控制执行机构,来达到自动对风的目的。
关键词:风能;偏航控制器;单片机 中图分类号:T K83 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)12—0074—02 风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。
其蕴量巨大,全球的风能约为2×107MW,其中可利用的风能为2.74×109MW 。
如何有效、高效的利用风能就是偏航控制系统所要解决的问题。
偏航控制器是偏航控制系统的控制机构,在偏航控制系统的信号下,做相应的动作。
由于风力机所处的工作环境比较特殊,一般情况下都是些恶劣的自然气候如大风,冰雹等,所以对控制器的抗扰动要求就比较严格。
在恶劣环境中不受影响的或能把影响限制在最小范围是偏航控制器最基本要求。
1 偏航控制系统简介偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。
偏航系统的主要作用有两个:其一是与风力发电机组的控制系统相互配合,使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态,充分利用风能,提高风力发电机组的发电效率;其二是提供必要的锁紧力矩,以保障风力发电机组的安全运行。
偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压回路等几个部分组成。
偏航控制系统主要具备以下几个功能:风向标控制的自动偏航;风向标控制的90°侧风;自动解缆;人工偏航,按其优先级别由高到低依次为:顶部机舱控制偏航、面板控制偏航、远程控制偏航。
图1 偏航控制系统框图偏航控制系统是一个随动系统,是风力发电机组电控系统的重要组成部分。
偏航控制系统可实现在规定风速范围内自动准确对风,在非可用风速范围内能够90°侧风,在连续跟踪风向可能造成电缆缠绕的情况下自动解缆,从而使风力发电机能够平稳可靠的运转,高效地利用风能,节约了大量能源,进一步降低发电成本并且有效地保护风力发电机。
兆瓦级风力发电机组核心控制器设计
兆瓦级风力发电机组核心控制器设计作者：瞿龙祥来源：《上海海事大学学报》2008年第04期摘要：为实现风力发电设备核心控制器国产化, 通过分析风力发电机核心控制器所要解决的主要问题、硬件选型方法和软件控制流程，对兆瓦级变桨变速风力发电机组核心控制器提出基于叶轮转速、加速度和角度PID控制的变桨控制算法解决方案.该算法保证风机在实现较高发电效率、最大功率限制的同时，跟踪并补偿风速变化带来的负荷突变，避免给风机传动链造成冲击和给电网带来谐波、闪变危害，提高风机运行的安全可靠性和发电上网的电能质量.数值仿真计算和动态模拟实验证实了该方法的有效性.关键词：风力发电机；变桨控制；控制器；安全中图分类号：TM303；TM315 文献标志码：ADesign of MW wind turbine generator controllerQU Longxiang(School of Electric Engineering，Shanghai Dianji Univ.,Shanghai 200240，China )Abstract： In order to produce domestic controllers of wind turbine generators, by analyzing core problems, hardware type-choosing methods and software control processing, a solution to the pitch control algorithm of the MW wind turbine generator controller is proposed, based on the PID control of blade’s rotate speed, accelerated speed and pitch angle. This algorithm can ensure the windmill to implement high efficiency of wind power generator, maximum output limitation, and compensate the sudden load changes caused by wind speed fluctuation to avoid the impact on windmill driving-chain and harms, such as harmonic and flickers on power grid, and improve the safe running reliabilities of the generators and the power quality connected to the grid. Numerical simulation calculations and dynamic simulation tests show the effectiveness of this method.Key words： wind turbine generator；pitch control；controller;safety0 引言随着国家能源政策的完善和对环境保护要求的日益提高，风力发电受到国内各大电力公司和电力生产企业的关注.国内风资源较好的地区纷纷开始建立风电场，对风力发电整机设备的需求迅速增加.［1］国内许多大型机电设备生产企业、原风电设备零部件生产厂和许多投资公司开始建立风电设备厂，进军风电产业.国内新兴风电设备厂进军风电产业的模式主要有：（1）引进全套设备图纸、生产装配工艺和产品许可证，在国内采购生产零部件进行组装，实现整机的国产化目标；（2）委托国外风机设计公司与国内有经验的零部件设计生产厂进行联合设计生产.通过以上2种方式，风机总装企业掌握风机生产和总装的主要技术资料，如设备零部件图纸、加工工艺和总装工艺等.风机核心控制器和变流器往往由国外第3方直接提供，风机的主要控制、运行工艺、现场运行调试和故障诊断维护等功能都集中在核心控制器中，而国外的控制器生产厂出于技术保密等原因提供的技术资料较少，仅限于使用说明书和维护手册等，给控制器国产化带来很大难度，同时使风机整机的控制、运行工艺成为技术盲区，给风机调试和维护带来极大障碍，很多厂家的现场调试和故障诊断维护必须依靠外国技术人员.目前风电技术的发展方向以单机容量的大型化为主［2］，老牌风电国家以发展海上风电为主要目标［3］，大容量单机机型有利于提高系统运行的性价比.机型方面，国内老机型以600 kW 和750 kW机型为主，采用定桨距、失速型叶片，双速异步发电机.进口机型中除上述定桨双速型风机之外，还有部分Vestas变桨变速型风机，采用可变滑差控制的绕线式异步电机，有一定技术先进性，但故障率较高.兆瓦级风机机型以变桨、变速机型为主，传动和电机部分采用双馈技术和永磁直驱技术的机型为主，2种机型都需要有大功率的变流器完成调速及电能转换工作,其中变桨机构又可分为电动变桨和液压变桨2种驱动方式.其他非主流机型还有主动失速型、半直驱型、电励磁直驱型、多电机型和液力耦合器驱动型等多种机型.［4］目前国产化的兆瓦级风机以引进全套技术图纸和生产许可证的生产方式为主，部分新机型采用委托国外设计公司设计、国内部件厂家生产零部件、国内总装厂安装调试的生产方式.当前我国尚未掌握大型风电机组的总体设计技术，大多数国内风电企业自主创新能力很弱，不具备设计能力和完整的风能产业体系，缺乏具有自主知识产权的风电技术，关键零部件如电控系统主要依赖进口.［5］国内许多风机总装厂都意识到，要打破这一被动局面必须实现核心控制器国产化.由于风机核心控制器在风机整机生产成本中所占比重非常低，总装厂自己投入大量人力进行国产化设计生产并不经济，需要借助国内高校和科研院所的技术力量共同分析、研究，摸清风机的控制、运行工艺，进行国产化设计生产.1 风机控制器设计过程和原则1.1 风机控制器设计流程图1 风机控制器设计流程对于最底层的风机控制器设计，风机整机设计过程按照图1所示的5个步骤进行.前4个步骤主要由整机设计制造商完成，最后1步由控制器供应商完成.控制器设计总则是：严格按照整机工艺流程需要，忠实执行整机工艺要求，同时还须满足安全性、稳定性和精确性的要求.1.2 风机控制器与整机的关系风机控制器对风机整机各部件进行监控，按照不同安全级别（或者故障状态）给出各部件的相应运行模式并监控其运行.风机控制器与整机的关系可以简单理解为图2所示的结构，与逆变器之间只有状态的逻辑关联，没有真正意义上的控制连接.图2 风机控制器与整机的关系2 风机控制器变桨控制设计基本原理风能转化为机械能Pm输出的公式［2］为Pm=0.5ρACpv3(1)式中：ρ为空气密度;A为风力机扫掠面积;Cp为风能利用率;v为迎风速度.在一定风速条件下，Cp值越高，机械能Pm的效率越高.Cp与叶尖速比λ的关系接近1个正态分布曲线，对应最大的Cp值有最佳的λ，λ的公式［6］为式中：ωm为风力机机械转速;R为叶片半径;v为迎风速度.当v变化时，通过调整风力机转子的ωm，保持最佳的λ，就可以保持最大的Cp值，既能最大限度地利用风能，又能保持叶轮输入功率的相对稳定.3 风机控制器实现3.1 风机控制器硬件选择任何符合以下条件的控制器无论成熟产品还是自主研发产品均可作为风机控制器的硬件：（1）基于实时多任务控制的硬件平台；（2）具有丰富的I/O模块.国内外风机控制器采用的常见解决方案有：（1)基于3片以上16位或32位微处理器组成的多CPU实时控制系统，采用多CPU方式实现实时多任务的硬件平台，优点是硬件成本较低，缺点是初次研发周期较长，可靠性需要长时间的实验验证.（2)基于标准工业控制计算机、工业控制总线、工业控制板卡加外围通信模块组成基本硬件平台，采用标准实时操作系统组成软件开发平台，优点是开发速度快，采用高级语言开发，软件模块调试及功能测试验证方便，人机操作界面可视性好，缺点是硬件成本较高，对运行环境有一定要求.（3)基于高性能标准PLC的硬件平台，采用嵌入式实时操作系统作为开发的软件平台.这种组成方式硬件可靠性高、成本适中、开发难度低.目前，国内外大多数风电企业自主研发的控制器都采用这种方式.3.2 风机控制器软件工作流程控制器软件按照整机工艺流程要求，结合成熟算法、严密逻辑控制，有效体现整机的工艺设计要求（或结果）.完整的控制软件分为安全控制流程、变桨控制流程、数据记录流程和通信控制流程，见图3.图3 风机控制器软件3.3 风机控制器安全控制流程在整个控制流程中，安全控制按照主控链模式、辅助链模式和变桨模式分别执行相应的程序流程.安全控制的目标是：生成故障代码表，建立故障模式，按故障级别分配不同的故障执行程序和运行执行程序.安全控制的要求是：快速正确找出当前最高故障级别，建立当前正确的安全及程序服务模式.安全控制策略总体上由相对统一固定的安全链模块组成.根据整机工艺要求，进行不同的模块组合，设计形成不同型号的风机.主控链安全程序和辅助链安全程序见图4，每个制动模式都代表1种级别的故障处理程序，0号制动表示正常运行.辅助模式中比较常用的有手动和自动等模式，包括对液压、偏航和温度等主控制模式以外的控制.图4 安全程序3.4 风机控制器变桨控制流程变桨控制流程在兆瓦级风机控制中必不可少，而且相对独立，可以用各种成熟算法实现，其关键是如何按照空气动力学原理在不同工作模式下合理运行变桨控制，达到合理的角度和速度.变桨控制算法见图5，采用经过优化改进的PID调节算法［7］，设定的目标是角度、速度和加速度，调整的目标是角度.图5 变桨控制算法3.5 风机控制器数据采集与处理数据记录流程包括数据采集、处理和记录等3个过程.采集的参数分为发电参数、机组参数和风能参数等3个部分.需要对采集到的数据进行瞬时值、平均值和最大最小限幅判别等处理，并且考虑冗余.风机控制器作为1台高速现场实时控制器，其数据采集、处理和记录量比大多数现场工业控制器要大得多.大多数现场工业控制器以数据采集和实时控制为主，数据处理和存储记录都在上位机完成.在现场实时控制器上建立数据库进行数据处理、存储和统计会增加系统任务开销，使系统实时性降低.尤其是采用PLC硬件平台的控制系统，系统的数据处理存储能力较弱，合理处理好实时控制与数据处理和通信之间的矛盾是控制系统成败的关键.4 动态模拟实验仿真和数值计算4.1 风力发电机组及风机控制系统建模对于控制器的设计制造，过程仿真是既缩短时间，又降低成本的手段.但现有的专业风机设计软件和通用的设计仿真软件只能显示模型的执行结果，无法描述控制的动态过程，尤其是风机在各种工况下的运行过程，而这对控制器设计极其关键.因此，必须采用与控制器相对应的硬件平台［8］建立仿真体系.风机仿真系统由各独立的仿真模型组合而成，包括叶轮、齿箱、发电机、液压和变频器等模型.［9］每个模型都从模型对象分析、设备性能时间常数和信号输出方式等3个方面确立.模型要对应相应仿真对象的机械特性，如叶轮模型需要完全符合空气动力学原理.对于风速的模拟需要建立风速模型库［10］，其中包括按正态分布规律建立的带扰动的随机风速库.所有模型仿真只有与风机控制器实物或软件控制器相联才能验证整机工艺的设计结果.4.2 设计仿真运行结果数值分析采用Mita 3100控制器的1 250 kW变速恒频风机变桨调节控制仿真运行结果见图6.（a）风速（b）叶轮转速（c）桨叶角度（d）发电功率（e）叶尖速比（f）风能利用率（g）叶轮输入功率（h）机械功率损耗（i）发电功率损耗图6 风机变桨控制仿真结果仿真试验表明，该算法稳定性良好、控制精度较高，无论风机工作风速大于还是小于额定风速，桨矩调节都能使风机输出功率达到相对平稳的最优值.风力发电机从风中捕获的瞬时机械功率计算方法为：利用第2节式（1）计算，其中空气密度ρ=1.225 kg/m3，风速v=10.73 m/s，叶轮转速约20 r/min，叶尖速比λ为5.85~6.44,桨矩角在0~1°之间，仿真瞬时值为0.57，风能利用率Cp=0.419 0，叶轮直径R=64 m,叶轮面积A=3 215.36 m2，理论计算得叶轮输入功率P=1 094 kW.仿真结果输入机械功率为1 025 kW，与理论计算相符.风速负荷突减时采用本控制算法的风力发电机仿真运行结果见图7.突变前风速的稳定平均值v=14.79 m/s，大于风机的额定风速.若风机不变桨，在理论角度为0°的情况下, 根据机械数据得Cp的最大值为0.487, 理论计算可知叶轮理论转速为40.63 r/min，齿轮箱增速比为1∶53.1，按系统设计，电机的理论转速40.63×53.1=2 157>1 250(6级),远大于风机的额定转速和可变速度范围，电机功率将达到3 100 kW.此理论计算得到的功率远大于发电机的额定功率,发电机不可能在此速度下运行.因此，可知角度为0°不可能,需变桨.按叶轮输入功率1 600 kW 计算, 可得理论的λ=5.330，计算可知Cp理论值在0.251 1左右.根据叶片设计数据可知,λ在4.95~5.36之间,角度在5~10°之间,Cp值基本在0.313~0.292之间,绝对角度理论值在7.56°左右,此范围的控制是正确的.（a）风速（b）叶轮转速（c）桨叶角度（d）发电功率（e）叶尖速比（f）风能利用率（g）叶轮输入功率（h）机械功率损耗（i）发电功率损耗图7 风速负荷突减时风机变桨控制仿真结果由此可见仿真结果为:λ=5.294,Cp=0.248, 桨叶角度为7.66°.风速突变减小到 6 m/s左右时，风机叶轮迅速变桨，桨矩角调节到0°左右，风能吸收率Cp值增大到0.477.从发电机功率变化情况可见调节快速、平滑、无超调、无振荡，确保风机能够在最大效率利用风能的同时，发动机不会出现过载情况.同理，对风速突增的情况进行仿真实验和数值分析，基本调节情况相似，区别在于风速快速突增时，加速度比例环（Acceleration Error）将起作用，以减小对风机齿轮箱的机械载荷冲击,降低发电机功率波动和电流闪变，提高发电电能质量.风力发电机长时间仿真运行后生成的仿真运行结果散点见图8，可以看出该控制算法对风机的功率控制较好，在风速低于额定风速12 m/s时，以最大功率为控制目标，达到和超过额定风速后以额定功率为控制目标，尽量减小功率波动和过功率超发现象.对比发现仿真结果与该风机的设计理论功率曲线和现场运行风速-功率曲线非常接近.图8 仿真系统运行160 h后生成的风速-输出功率曲线5 结论从仿真系统的运行情况和数据分析来看，本文提出的核心控制器设计方法，技术路线可行，对整机控制、运行工艺的理解、设计有较大帮助.本文提出的变桨控制算法符合风机的功率控制目标，提高了发电电能质量.仿真实验证明，控制器达到预期的控制目标.参考文献：［1］王超, 张怀宇, 王辛慧, 等. 风力发电技术及其发展方向［J］. 电站系统工程, 2006,22(2): 11-13.［2］战培国. 国外大型风力发电机研究［J］. 电力设备, 2007, 8(5): 80-83.［3］刘琦, 许移庆. 我国海上风电发展的若干问题初探［J］. 上海电力, 2007, 20(2): 144-148.［4］陈雷, 邢作霞, 潘建, 等. 大型风力发电机组技术发展趋势［J］. 可再生能源, 2003(1): 27-30.［5］许洪华, 郭金东, 鄂春良. 世界风电技术发展趋势和我国未来风电发展探讨［J］.电力设备, 2005, 6(10): 106-108.［6］王志华, 李亚西, 赵栋利, 等.变速恒频风力发电机最大功率跟踪控制策略的研究［J］.可再生能源, 2005(2): 16-19.［7］郑天府, 肖健梅, 王锡淮. 同步发电机线性多变量与PID结合的励磁控制［J］. 上海海事大学学报, 2006, 27(2): 37-41.［8］解蕾, 张延迟, 解大. 风力发电试验台的设计和研究［J］. 电机与控制应用, 2007,34(11): 6-10.［9］林立, 梁岗. 基于Simulink的交流变频调速系统建模与仿真［J］. 上海海事大学学报, 2007, 28(3): 33-37.［10］张新房, 徐大平, 柳亦兵, 等. 大型变速风力发电机组的风速软测量［J］. 太阳能学报, 2006, 27(4): 321-325.(编辑于杰)注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
兆瓦级直驱永磁风力发电机组变桨距控制系统设计的开题报告
兆瓦级直驱永磁风力发电机组变桨距控制系统设计的开题报告一、选题背景与意义随着风能开发利用的不断推广，风力发电已经成为可再生能源中最为成熟的领域之一。
而直驱永磁发电机组由于结构简单、转动稳定、效率高等优点，逐渐成为了风力发电机组的主流形式。
其中，变桨距控制系统是直接影响风力发电机组效率和发电能力的重要组成部分。
本选题旨在探索兆瓦级直驱永磁风力发电机组变桨距控制系统设计，以提高风力发电的发电能力和稳定性，进一步推广可再生能源的应用。
二、选题内容本课题主要内容是兆瓦级直驱永磁风力发电机组变桨距控制系统的设计。
具体研究内容包括：1. 直驱永磁风力发电机组的基本原理和结构特点；2. 变桨距控制系统的基本原理和设计思路；3. 针对现有变桨距控制系统的不足，设计一种适合兆瓦级直驱永磁风力发电机组的变桨距控制系统，以提高风力发电的发电能力和稳定性。
三、研究方法和步骤本选题采用综合研究方法，包括文献研究、理论分析和实验验证等；具体研究步骤：1. 文献调研和资料收集，了解直驱永磁风力发电机组和变桨距控制系统的基本知识；2. 分析现有变桨距控制系统的不足，确定设计目标和设计思路；3. 设计兆瓦级直驱永磁风力发电机组变桨距控制系统的整体方案，并进行仿真验证；4. 搭建实验平台，进行实验验证和系统优化。
四、预期成果通过对兆瓦级直驱永磁风力发电机组变桨距控制系统的研究和设计，预计能够得到以下成果：1. 完整的兆瓦级直驱永磁风力发电机组变桨距控制系统设计方案；2. 实验验证数据，包括发电能力和稳定性的提升比较分析；3. 相关技术问题的解决和优化建议。
五、可行性分析本选题的可行性主要源于：1. 新能源发电技术的快速发展，对直驱永磁风力发电机组变桨距控制系统的设计提出了更高的要求；2. 目前该领域研究成果有限，本研究充分考虑到了国内外发展情况，具有较强的前瞻性和可行性；3. 研究团队成员具有相关领域的专业知识和实践经验，具有完成该课题的能力和条件。
800MW风力发电机组控制系统设计一版
沈阳工程学院毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)题目：800MW风力发电机组控制系统设计系别自控系班级电自091学生姓名王太勇学号 2009333113指导教师王森职称助教毕业设计(论文)进行地点：图书馆 F-520任务下达时间： 2012年 2 月28 日起止日期：2012 年 2 月28 日起—至 2012年 6 月 17 日止教研室主任年月日批准一、设计任务发展和利用风能是国际的大趋势，风力发电产业已成为一个朝阳产业。
风力发电机组控制系统是实现风力发电系统有效经济运行的关键部分，很大程度上决定了风力发电机组的性能。
近年来，国家采用三叶片、定桨距、失速型、双速发电机的风力发电机组进行研究并掌握了总装技术和关键部件叶片、电控、发电机、齿轮箱等的设计制造技术，并初步掌握了总体的设计技术。
本课题的主要任务是对800kw 风力发电机组的变速恒频控制单元的设计来实现发电机组大范围内调节运行转速，来适应风速变化而引起的风力机功率的变化，从而最大限度的吸收风能，提高效率。
具体有如下要求:1.风力发电机组的并网时必须与电网相序一致，电压标称值相等，三相电压平衡。
2.风力发电机组应具有宽广的调速运行范围，来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化，进而最大限度的吸收风能，从而提高效率。
控制要灵活，可以较好的调节有功功率和无功功率。
3.风力发电机组应在整个运行范围内，具有高的效率，更好的提供电能。
另外还要求风力发电机组可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单可大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等。
4.具体指标如下表风速（ms\s）转速(r\min)功率（kw）温度（。
C）电压（V）频率（Hz）压力（MPa）3-25 >40 8000 0-30 380 50 >100二、设计（论文）主要内容及要求本课题主要任务是完成风力发电机组的控制系统的设计，并且详细的介绍风力发电机组各个控制部分原理，功能及其在整个风力发电控制系统中的作用。
高原型兆瓦级风电机组控制系统的设计
有重 要的指 导意义 。
关键词 ：风 电机组 ；控制 系统 ；高海拔 ；兆 瓦级
Ｔｈ ｓｇ ｆ ｇ — ｔｔ ｄ ｅ ａ ｔ ｉ ｄ Ｔｕ ｂ ｎ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ ｅＤｅ ｉ ｎ ｏ ｈ Ａｌｉ ｅＭ ｇ ｗａ ｔ Ｈｉ ｕ Ｗ ｎ ｒ ｉ ｅＣｏ ｔ ｏ ｓｅ Ｓ
Ｗａ ｇ Ｄｏ ｇ Ｌ ｕ Ｇｕ ｎ ｄ ｎ Ｚ ａ ｈ ａ ｇ ｉ Ｓ ｉ ｉ ｎ ｉ Ｈａ ｕ ｘ ａ ｎ ｎ ｉ ａ ｇ ｏ ｇ ｈ ｏＳ ｕ ｎ ｘ ｈ ａ ｂ ｎ Ｌ ｏ Ｃｈ ｎ ｉ
（ ｏ ｉｇＴｉｎ ｉ ｉｄＰ ｗｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙＣｏ， ｔ ， ｏ ｉｇ Ｈｅ ｅ ７ ０ １） Ｂａ ｄｎ ａ ｗｅ ｎ ｏ ｒ ｃ ｎ ｌｇ ．Ｌ ｄ Ｂａ ｄｎ ， ｂ ｉ １ ５ Ｗ Ｔ ０
节。 是机组 安全运行 的保证 和有 功功率 调节 的基 础 。
与变 流器 系统 接 口实现对 有功功 率 以及无 功功率 的
自动 调 节 。作 为风 电机 组“ 大脑 ” 的主控 系统对 保 证 机 组的 发 电量 、提 高机组 的运行 寿命 、保 证机组 安 全可 靠运 行起着 至关重 要 的作 用【。 ”
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｗ ｉ ｄｐ ｗｅ ｅ ｅ ａｏ ｓＬ ｒ ｏ ｔ ｌ ｙ ｔｍ， ｓ ｈ ｏ ｅ ｏ ｎ ｅ ｅ ａ ｏ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ， ｓｒ ｃ ｎ ｏ ｒ ｎ ｒｔ ｒ ｏ ｄ ｃ ｎ ｒ ｓｅ ｉ ｔ ｅｃ ｒ ｆ ｇ ｏ ｓ ｗｉ ｄ ｇ ｎ ｒｔ ｒ ｎ ｒ ｌ ｓ ｃ ｓ ｅ
１ 控制 系统 基本组成
风 电机组 控制 系统主 要 由三 部分 组成 ：轮毂 变
兆瓦级风力发电电伺服独立变桨控制系统的设计
Ｉ ｅ ｅ ｅ ｅ ｔ ｉ ｔ ｈ Ｃｏ ｒ ｌＳ ｓｅ ｓｇ ｆＭ Ｗ ｔｄ Ｗ ｉ ｄ Ｔｕ ｂ ｎｅ ｎｄ ｐ ｎｄ ｎｔＥｌ ｃ ｒｃ Ｐｉｃ ｎｔ ｏ ｙ ｔｍ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ Ｒａ ｅ ｎ ｒ ｉ
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风力发电机组控制系统设计与实现
风力发电机组控制系统设计与实现风力发电机组是一种常见的可再生能源装置，它是利用风能驱动转子旋转，通过机械转换和电气转换等过程，将风能转化为电能，并输送到用电设备上。
为了确保风力发电机组能够正常、高效的工作，需要一个控制系统来监测和控制其运行状态。
因此本文将详细探讨风力发电机组的控制系统设计与实现。
一、风力发电机组的工作原理风力发电机组主要由塔架、轮毂、叶轮、机舱、发电机和电器设备等组成。
其工作原理是通过叶轮转动带动轮毂带动发电机旋转，利用发电机机械能转化为电能，并将电能输送到电网上。
二、风力发电机组控制系统的组成风力发电机组的控制系统主要由控制器、传感器、执行器等组成。
控制器负责采集各种传感器检测到的参数，如风速、转速、温度等，根据这些参数计算出当前的运行状态，并控制执行器调整叶片角度、转速等。
传感器是控制系统的重要组成部分。
它能够实时采集风速、转速、温度等各种参数，并且通过信号传输将这些参数传递给控制器，控制器依据这些参数做出相应的调节，以达到最优化的发电效果。
执行器是控制系统的另外一个重要组成部分，它通常包括电机、阀门、开关等等。
执行器与控制器通过控制信号进行通讯，以实现对发电机组的控制，例如调整叶片角度、控制发电机的电压、转速等等，以保持风力发电机组的稳定性和高效性。
三、风力发电机组控制系统的设计过程在风力发电机组控制系统的设计过程中，需要考虑几个关键因素：1、控制策略的制定控制策略是控制系统设计中最重要的因素之一。
控制策略的核心是确定发电机组的运行状态，并自动调整叶片角度、转速等参数，以实现最佳发电效果。
在制定控制策略时，需要考虑多种参数，如风速、载荷、温度等，以保证发电量和稳定性。
2、选择合适的传感器和执行器传感器和执行器是控制系统中必不可少的组成部分。
要选择合适的传感器和执行器，以保证控制系统的准确性和可靠性。
3、结构设计在结构设计中，需要考虑特定的环境条件，如温度、湿度、风速等，以保证控制器和电器设备的稳定性和可靠性。
兆瓦级直驱式风力发电机组控制系统设计
送入 电网。该机组控制 系统 由机组主控制器 、 复合励磁控制 器 、 变器控制单元 、 逆 变桨距机构 、 偏航 机构等构成。对机 组控
制 系统 中各个部件的功能和结构进行 了分析和设计 ， 并通过 Ｐ ｆ ｕ 现场总线将这些部件构成 了一个集散控 制 系统。 ｏ ｂ ｒｉ ｓ
关 键 词 ： 力 发 电 ； 组 主控 制 器 ； 风 机 复合 励 磁 ； 变器 ； 桨距 机 构 ； 逆 变 偏航 机 构 中圈 分 类 号 ：Ｐ ７ Ｔ ２３ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０— ８９ ２０ ）６— ０ ０— ４ １０ ８ ２ （０ ８ ０ ０ ４ ０
维普资讯
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《 测控技 术） ０ ８年第 ２ ２０ ７卷第 ６期
兆 瓦 级 直驱 式 风 力发 电机 组 控 制 系统设 计
宋文娟 ，王 辉， 刘红燕
４０８ ） １０ ２ （ 南 大 学 电气 与信 息 工 程 学 院 ， 南 长沙 湖 湖
并网运行 的风力发 电技术是 ２ ０世纪 ８ ０年代兴 起的一项新
出端并 上电容进行稳 压 ， 小直 流脉动 。通 过调节复 合励 磁 同 减 步发 电机 的励磁绕组 ， 可以控制发 电机输 出的 电压大小 ， 从而稳 定 直流 部分 的 电压 。逆 变 环节 ， 过 两个 并联 的 Ｓ ＷＭ 逆变 通 Ｐ 桥， 将直流电变为与电网相位和频率相同的交流 电， 输入交流 电
Ｄｅ ｉｎ ｎ Ｃｏ ｔ ｏ ｓ ｅ ｆＭ Ｗ — ｖ ｌＤｉｅ ｔＤｒｖ ｎ ｉ ｅ ｇ ｎｅ ａ ｏ ｓｇ ｏ ｎ ｒ ｌＳｙ ｔｍ ｏ Ｌｅ ｅ ｒ ｃ － ｉｅ Ｗ ｎｄ Ｅｎ ｒ ｙ Ｇｅ ｒ ｔ ｒ
Ｓ Ｎ ｎｊａ ，ＷＡ Ｇ Ｈ ｉ Ｉ ｏ ｇｙ ｎ Ｏ Ｇ Ｗｅ － ｎ ｕ Ｎ ｕ，Ｌ Ｕ Ｈ ｎ —ａ
风力发电机组控制系统设计及运行优化
风力发电机组控制系统设计及运行优化一、介绍随着对可再生能源的重视和需求增加，风力发电成为了广泛应用的环境友好型发电方式之一。
而风力发电机组控制系统的设计及运行优化是提高风力发电机组效率和可靠性的关键因素之一。
本文将探讨风力发电机组控制系统的设计原理、相关技术和运行优化方法。
二、风力发电机组控制系统设计原理1. 控制系统结构风力发电机组控制系统主要由控制器、传感器、执行器和通信系统等组成。
控制器作为控制系统的核心，负责从传感器中获取风速、转速等数据，并通过控制算法对发电机组的转速、转矩和叶片角度等进行控制。
执行器则根据控制器的指令调整叶片角度和发电机转速，以实现最佳的发电效果。
2. 控制策略风力发电机组控制系统的核心任务是在不同风速和环境条件下实现最佳的发电效率。
常见的控制策略包括最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）、风速控制和故障检测与保护等。
MPPT控制策略通过实时跟踪风力发电机组的最大功率点，调整发电机组的工作状态以最大程度地提高发电效率。
风速控制策略则通过调整叶片角度和转速来使风力发电机组在不同风速下保持稳定的工作状态。
故障检测与保护策略负责监测风力发电机组的各个部件状态，并在发现异常情况时执行相应的保护措施，以防止损坏和延长发电机组的寿命。
三、风力发电机组控制系统相关技术1. 传感器技术风力发电机组控制系统中的传感器主要用于实时采集环境参数和机组状态参数。
常见的传感器包括风速传感器、温度传感器、转速传感器和振动传感器等。
传感器的准确性和响应速度对控制系统的稳定性和效率至关重要。
2. 控制算法控制算法是风力发电机组控制系统的智能核心，直接影响着风力发电机组的发电效率和运行稳定性。
常见的控制算法包括PID调节算法、模型预测控制算法和模糊控制算法等。
PID调节算法通过调整控制器的比例、积分和微分系数，使得系统输出信号与期望值尽可能接近。
模型预测控制算法则通过建立发电机组的数学模型，预测未来一段时间内的发电功率，并根据预测结果调整控制器的输出量。
兆瓦级风力发电机组模糊控制系统设计
訇 似
兆 瓦级风 力发 电机组 模 糊控 制 系统 设 计
Ｄｅｓｉ ｕｚ ｙ ｇｎ ｏｆｆ ｚ ｃｏｎｔ ｏｌｓ ｔ ｒ ｙｓ ｅｍ ｏｒＭ Ｗ ａｔ ｄ ｗ ｉ ｕｒ ｎｅ ｐｏ ｅｒｇｅｎ ａｔ ｆ ｒ ｅ ｎｄ ｔ ｂｉ ｗ ｅｒ ｏｒ
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在分析 风场 风速变 化及变 化率 的基 础上 ，决 定 在该 设计 中 ，在有 效风 速范 围 内（ｒ ｓ ２ ｍ ｓ ，将 ３ｒ ～ ０ ／） ｄ
Ｕ， Ｅ ｃ ） Ｒ ｆ ＝（ ｉ Ｅ ｊ 。 Ｘ
式 中 ： “ ”表 示 集 合 的 笛 卡 儿积 ； “ × ｏ” 表示 集合 的合 成 。
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工 控 机 将 检 测 系统 采 集 的数 据 以及 工 控 机 对 被 控 对 象 的 处理 结 果 上 传 上 位 机 ，以 备控 制 中心
进 一 步 分 析 处理 ， 同时 上 位 机 将 矩 阵 运算 后 得 出
选兆瓦级变速恒频风力发电机组控制系统
（ ３ ）变 速 恒 频 风 力 发 电 机 组 系 统 具 有 更 好的柔性 ，其控制系统拥有 更加完善 的保护 功 能 装 置 。 兆 瓦 级 变 速 恒 频 风 力 发 电机 组控 制 系 统 所 具 备 的 这 些 优 势 和 特 点 ， 既对 我 国 的新 能 源 资 源 开 发 、 利 用 技 术 进 行 了 大力 的传 承 、 发 扬 ，同时又为我 国清洁能源一一风 能的开 发提 供 了性能更优的技术 、设备支撑 ，有 力的促 进 了我 国 经 济 、 社 会 、环 境 的生 态化 、 和谐 化 、
… ，
图２ ：控制 系统组成示意 图
’ 电 机 并 入 电 网 一 ’ 。 ’
３ ． １ 变速 恒频 风 力发 电机 组 系统 的控 制 原 理 依 随着 科学 技 术、经 济、社 会 的进 一步发 据 分 析 展，我国的各大产业都进 行了结构上 的调 整， 我 国 政 策 也 明确 的 要 求 要 大力 发 展 环 保 经 济 ， 在 兆 瓦 级 变 速 恒 频 风 力 发 电机 组 系 统 控 构建资源节约型和环境友好型社 会。科学技术 制 中 ， 其 原 理 的 主 要 依 据 是 贝 兹 证 明 ： 的飞速发展 ，国家经济实 力的提 升，为我 国新 Ｐ ｒ ： Ｏ ． ５ ６ⅡＲ Ｃ 。（ １ ， ， ｐ ） Ｖ 能 源 一 一 风 能 的 开 发 提 供 了技 术 支撑 和 雄 厚 的 在 这 一 公 式 中 ，６ ： 空 气 的 密度 ； 物 质 保 障 众 所 周 知 ，风 能 资 源 是 大 自然 馈 赠 Ｖ：风 的速度 ； 于 人 类 丰 厚 的 礼 物 ，这 种 资源 取 之 不 尽 、用 之 Ｒ：风轮的半径； 不竭，是人类社会发展 中一大绿色能源 资源 。 ｃ 。 （ ， Ｄ ） ：风力机的功率系数； 为 了有效地促进风能资源 的开发 、利用 ，降低 ： 叶尖 速 比 ； 其使用成本 ，加大对兆瓦级变速恒频风 力发 电 ６ ：桨叶节距 角； 机组控制系统进行深入 的研 究力度是有效地方 ３ ． ２ 对 兆 瓦级 变速 恒 频 风 力 发 电机 组 系统 的控 法之一。 制 过程 分析
兆瓦级风电变流器控制系统的设计
2021.14(1)上海电气技术7兆瓦级风电变流器控制系统的设计杨军亮李春毛琼一上海电气输配电集团技术中心上海200042摘要：介绍了风电变流器控制系统的发展现状，在此基础上设计了兆瓦级风电变流器控制系统。
分析了这一兆瓦级风电变流器控制系统的硬件组成和软件功能。
关键词：风电变流器；控制系统；设计中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：1674-540X(2021)01-007-04Abstract:The development status of control system for the wind power converter was introduced,and the control system for the megawatt wind power converter was designed on this basis.The hardware composition and software functions of this control system for the megawatt wind power converter were analyzed.Keywords:Wind Power Converter;Control System;Design1设计背景随着新能源技术的不断提高，新能源利用效率越来越高，控制系统越来越智能化。
在过去的30多年中，风力发电装机容量持续增长.风力发电机额定容量由50kW提高至7.5MW O基于风电变流器控制系统发展现状，陆地兆瓦级风电变流器主要采用印制电路板控制器.这一控制系统响应速度快、成本低，能够满足陆地风力发电机的控制需求。
但是，印制电路板控制器需要从底层硬件开始设计，开发难度大、周期长。
海上环境较为恶劣，若将印制电路板控制器应用于海上兆瓦级风电变流器，则印制电路板的底层元器件会成为不稳定因素。
海上风电变流器控制系统稳定性和安全性的要求高于陆上风电变流器控制系统，加之海上风力发电机维护成本较高，应尽量减少出海次数，控制系统设计为冗余系统。
mw风力发电机组设计-总体设计
输电系统设计
根据风力发电机组的分布 和电力需求，设计合理的 输电系统，确保电力的高 效传输。
控制系统设计
建立完善的控制系统，实 现对风力发电机组的远程 监控和自动控制，提高运 行效率。
维护设施设计
合理规划维护设施，如机 道路、维修车间等，确保 风力发电机组的维护和检 修方便快捷。
05
总体设计的优化与改进建议
采用传感器和远程监控技术，实时监测机组运行状态， 及时发现并处理故障，提高机组可靠性。
感谢观看
THANKS
总体设计是MW风力发电机组设计的关键环节，它决定了整个机组的性能、可 靠性、成本和生产周期。一个优秀的总体设计方案能够提高风能利用率、降低 机组重量、减少维护成本，从而提升机组的整体经济效益。
总体设计的原则与目标
原则
总体设计应遵循结构简单、性能稳定、成本低廉、易于维护等原则。同时，要充 分考虑风能资源的特性、环境条件、载荷条件等因素，确保机组的安全性和可靠 性。
MW风力发电机组设 计-总体设计
• 风力发电机组概述 • 总体设计概述 • 风能资源评估 • 风力发电机组选型与布置 • 总体设计的优化与改进建议
目录
01
风力发电机组概述
风力发电机组简介
01
风力发电机组是一种将风能转化 为电能的装置，主要由风轮、发 电机、塔筒等部分组成。
02
风能是一种清洁、可再生的能源 ，风力发电机组在实现能源转换 的同时，也有助于减少对化石能 源的依赖和环境污染。
模块化设计
将机组划分为多个模块，便于生产 和维护，降低制造成本。
优化维护策略
制定合理的维护计划，延长机组使 用寿命，降低维修成本。
提高机组可靠性的设计优化
增强结构强度
兆瓦级风力发电机组中控制系统的电磁兼容设计与研究
收稿日期:2008—03—20作者简介:刘莉莉(1977-),女,江苏兴化市人,讲师,主要从事电机控制方面研究.【应用研究】兆瓦级风力发电机组中控制系统的电磁兼容设计与研究刘莉莉(苏州职业大学,江苏苏州215000) 摘 要:介绍电磁兼容的重要性和设计的基本原则,并就兆瓦级风力发电机组控制系统的设计中,对整体布局、布线、电磁屏蔽及接地等几个方面如何进行电磁兼容设计做详细的介绍.关键词:电磁兼容;电磁干扰;电磁屏蔽;接地中图分类号:TM315;TN03 文献标识码:A 文章编号:1008-5688(2008)03-0081-030 引言EMC (Electromagnetic Compatibility )即电磁兼容,它是研究电磁干扰的一门技术.随着电子技术的发展和人们对环境、设备意识的提高,电磁兼容问题被越来越多的人重视,尤其是在强电与弱电相结合的控制系统中显得更为突出.由于电磁兼容技术涉及了电力、电子、通信技术、自动控制等多行业的正常生产和运行,因此EMC 的合理设计变得非常重要[1].在兆瓦级风力发电机控制系统中,有大量大功率电气设备与低功率微型控制器及其他电气装置,这类装置更易受电磁干扰的影响,因此电磁兼容性对于兆瓦级风力发电机组控制系统的设计显得尤为重要.1 磁兼容设计的基本原则在兆瓦级风力发电机组中的电控系统设计的研究与实验过程中发现,要想合理地进行电磁兼容设计就必须彻底了解电磁干扰(EM I )的问题.只有对电磁干扰进行很好地抑制,才能使电控系统获得良好的电磁兼容性.形成电磁干扰要具备三个要素:干扰源、传播途径、受扰设备,它们之间的关系如图1所示.其中干扰源是向外发出电磁干扰的源,传播途径是干扰源到接受设备的耦合通道,受扰设备是承受电磁干扰的客体.要解决电磁兼容问题首先要从这三个要素着手,在设计阶段可以对这三方面采取抑制措施:(1)抑制干扰源,直接消除干扰原因;(2)切断传播途径,消除干扰源与受扰设备之间的噪声、电磁耦合和辐射,或者提高传输途径对电磁干扰的衰减作用;(3)加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力,降低对电磁干扰、噪声的灵敏度,这就是电磁干扰和电磁兼容设计的基本原则.但实际上这三个条件都不可能完全消除,它们之间还相互制约.所以在实际的电磁兼容设计中要根据实际要求对三方面进行合理地抑制,使系统能正常工作,而且不会污染环境.2 兆瓦级风力发电机组控制系统中的电磁兼容设计在兆瓦级风力发电机组控制系统中有高电压、大电流存在,能产生强大的磁场,同时也有几十毫安的小电流信号存在,并且控制系统工作环境是在海边,对潮湿并具有腐蚀性的气体也不能忽视.因此需要对恶劣的运行环境进行充分地估计,采用多种抗干扰的方法来保证控制系统正常和持久地工作.211 整体布局、走线正确布置系统中的器件与走线,不仅可以减少各种寄生耦合干扰,而且可以使结构简化、调试方便、成本降低.在进行控制系统的整体设计与布局时,按照尽量减少电磁干扰的三个要素为基本前提.首先,采取将强电与弱电分开的原则,即根据电源电压等级将系统的交流690V 、220V 及直流24V 三种等级电第10卷第3期2008年9月 辽宁师专学报Journal of Liaoning T eachers College V ol 110N o 13Sep 12008压分开走线,避免彼此间的干扰影响.其次,采取不同的电源分别供给数字信号和模拟信号,以确保彼此信号不会因为电源而彼此影响.第三,将发热量大的元件安装在两侧向上位置[2],离敏感元件尽量远些,同时给发热量大的元件安装散热片、风扇或冷却系统.走线时,控制系统尽量按图2～4所示进行配线.212 电磁屏蔽在该系统中存在并网接触器,它在工作时有很大的电压电流,对整个控制系统的安全可靠性造成了致命的影响.为了减少并网接触器工作时对系统的影响,本设计对其采用了电磁屏蔽的方法.根据Schelkunoff 理论[3],电磁屏蔽可以采取三种损失合成的处理方法,即金属屏蔽体被电磁入射时,屏蔽效果总合S 可用S =A +R +M 表示,其中A :吸收损失———在金属内的传输衰减;R :反射损失———金属表面和空气之间的反射损失;M :多重反射损失———金属板两面反复反射的损失.以上公式中各项单位均为dB.21211 吸收损失吸收损失A 可表示为:A =13114f μr Gt ,其中f ———频率(Hz );μr ———相对磁导率;G ———相对电导率;t ———金属屏蔽体的厚度.根据上式可知,吸收损失与板厚度成正比例,与f 、μr 和G 的乘积平方根成正比例.因此对屏蔽材料来说μr 、G 值越大,屏蔽效果越好.同时屏蔽材料越厚,屏蔽效果也越好.21212 反射损失反射损失为电磁波由于屏蔽体作用造成反射而衰减的损失,与空间阻抗、金属阻抗、反射系数有关,关系复杂.根据实验可以得出反射损失的效果与G /μr 有关,G /μr 越大的材料屏蔽效果越好.21213 多重反射在金属屏蔽中由于导体的吸收损失很大,相应的反射损失已经很小了,多重反射M 值就更小,可以忽略,故不考虑.因此在采取电磁屏蔽时,主要考虑屏蔽体的吸收损失,在价格和效果综合考虑下,选用铁材料进行屏蔽比较合理.在重量允许的条件下,尽量选用厚点的铁板,这样屏蔽效果更佳.同时在本系统中,有些信号至关重要,例如位移传感器的反馈信号等,这些信号的准确与否直接关系到控制系统的成败.对这些重要的信号,本系统采用双屏蔽线,在电线外面采用钢材料的蛇皮管再进行屏蔽,确保信号准确.213 接地接地问题在系统抗干扰中占有重要的地位,是提高电磁兼容性的重要手段之一.好的接地不仅可以抑制系统干扰的影响,同时也能保证系统安全和操作人员工作安全,减少雷击损坏的概率.在控制系统中有很多部分需要接地,由于回路的性质和接地的目的不同,一般将接地子系统分为三种[4]:(1)接地保护线:设备金属外壳等的接地线;(2)系统接地线:信号回路基准导体或基准零位的导体接地连接线;(3)屏蔽接地线:电缆、变压器等屏蔽层的接地线.以上三种接地线最终都与大地相连,从而彼此相通.但如果连接不当,它们之间可能通过多种途径(交流电源的中性线、公共接地线的阻抗、接点环路、接地导线的电容耦合等等)引起强烈的干扰.为了避免上述问题,接地设计应遵循以下三种原则:(1)以尽可能短的接地路径建立一个对有关装置等电位的82 辽宁师专学报2008年第3期接地导线系统;(2)不构成接地环路;(3)避免电源零线引入干扰.在该系统中,保护接地线采用打入接地棒的方法,将多根金属接地棒埋入地下,并将其并联,以减少接地电阻,保证系统和人身的安全.系统接地线一般有三种连接方式:(1)浮地方式;(2)直接接地方式;(3)电容接地方式.更好地保证系统安全,本文采用直接接地方式,为对于系统对大地的分布电容,采取合理位置接地就可以避免.对于屏蔽线,不同场合的屏蔽线应采取不同的接线,有以下几种情况:(1)信号电缆屏蔽层:应在信号源或接受器一侧接地;(2)交流电源进线屏蔽层接地:将其屏蔽层接到保护地上;(3)电源变压器屏蔽层:屏蔽层直接接到保护地.由于系统工作频率小于10MHz [5],根据接地原则应该采用一点接地,如图5所示.在接地中,对避雷针的接地极重要性绝对不能轻视.关于避雷针接地极,J ISA4201对此作了如下规定:(1)厚度为114mm以上,面积为0135m 2(单面)以上的铜板.(2)厚度为3mm 以上,面积为0135m 2(单面)以上镀锌铁板.(3)也可使用同等效果的金属体,如棒状、管状、带状、板状或螺旋金属体等.但不得使用铝或类似易腐蚀的金属.避雷针接地电阻应尽量小,一般要求小于4Ω.在此基础上,在该控制系统中还采取了滤波技术、软件的冗余技术进行抗干扰.3 结语电磁兼容设计在当今强电、弱电相结合的控制系统中成为必不可少的一环,在兆瓦级风力发电机组控制系统设计中,应充分意识到这一点,采用多种软、硬件抗干扰措施对系统的电磁兼容性进行设计,对现场工作环境进行模拟,注意观察控制系统的工作情况,使电磁兼容设计在整个控制系统中起到重要作用.参考文献:[1]许家群,等.变频传动系统的电磁兼容问题[J ].电气传动,2002,(2):14-18.[2]戴广平.电动机变频器与电力拖动[M ].北京:中国石化出版社,1999.[3]荒木庸.电磁干扰和防止措施[M ].宋永林译.北京:计量出版社,1985.[4]张松春.电子控制设备抗干扰技术及其应用[M ].北京:机械工业出版社,1989.[5]董光天.电磁干扰测量与控制1000问[M ].北京:电子工业出版社,2003.(责任编辑 胡 坤,王 巍)(上接39页) if [-r ″＄file ″-a -w ″＄file ″]thencat ＄HOME Πmyfile ＄file >Πtmp Π＄＄.＄scriptcp Πtmp Π＄＄.＄script ＄fileecho ″＄script :myfile added to ＄file ″1>&2else echo ″＄script :need read and write permission for ＄file ″1>&2fi done 脚本中的两条trap 命令实现当脚本异常终止时删除临时文件.3 结论通过以上实例分析可以看到,在Shell 脚本中,适当地运用trap 命令可以实现一些有用的功能.在脚本调试过程中,如果在适当位置使用trap 命令输出关键性调试信息,则可使Shell 脚本的调试工作变得轻松许多.总之,适当运用trap 命令可收到事半功倍的效果.参考文献:[1]S obell M G.Linux 命令、编辑器与Shell 编程[M ].杨明军,王凤芹,译.北京:清华大学出版社,2007. 3.(责任编辑 李树东,朱成杰)刘莉莉兆瓦级风力发电机组中控制系统的电磁兼容设计与研究83 。
MW级风力发电机组偏航控制系统的设计
ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ７ Ｓ
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ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗｏｒｋｓ ｗｅｌｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｏｐｅｒａｔｅ ｓｔｅａｄｉｌｙ ｓｉｎｃｅ
ｉｎｔｏ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ＳＯ ｉｔ ｈａｓ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｃｏｍｐｅｌｅｔｅｌｙ．
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ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｂｅｔｔｅｒｌｙ，ＭＷ ｗｉｎｄ－ｍｉｌｌ
ａｌｌ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｙａｗ
万方数据
第４期
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・７９・ 。！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！ ｃｏｎｔｒ０１．Ｔｈｅ ｙａｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｈｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓ—
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ
ｄｏｎｇ Ｃｈａｎｇｘｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｉｎｚｈｏｕ
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ
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兆瓦级风电变流器控制系统的设计
兆瓦级风电变流器控制系统的设计发布时间：2023-02-20T01:48:23.266Z 来源：《科学与技术》2022年19期作者：郭凯旋臧璐[导读] 随着新能源技术的不断提高，新能源利用效率越来越高，控制系统越来越智能化。
郭凯旋臧璐河南乐盈机电设备科技有限公司河南许昌 461000摘要：随着新能源技术的不断提高，新能源利用效率越来越高，控制系统越来越智能化。
在过去的３０多年中，风力发电装机容量持续增长，风力发电机额定容量由５０ｋＷ提高至７．５ＭＷ。
基于风电变流器控制系统发展现状，陆地兆瓦级风电变流器主要采用印制电路板控制器，这一控制系统响应速度快、成本低，能够满足陆地风力发电机的控制需求。
关键词：风电变流器；控制系统；设计 1概述目前国内风电场运行风机的单机容量达兆瓦级，陆上主流风机容量为1.5MW~4MW，海上主流风机是单机容量为5MW~8MW等更大容量风机。
国内兆瓦级风力发电机组大多采用的是690V系统，且直驱型变速恒频风电系统采用的是全功率风电变流器，因此要求变流器并网输出电流很大，而目前功率开关器件的功率电流等级很难满足要求[1-2]。
为解决全功率变流器并网大电流问题，变流器一般采用多个功率模块单元并联方式来满足变流器的低电压、大电流[3-4]要求。
功率模块单元并联可以平均分担系统功率，同时降低功率模块单元中IGBT功率器件的电流应力，便于IGBT器件的选型；另外，多个功率模块单元并联可以灵活组成各种功率等级的风电变流器系统，用模块化的设计替代系列化，以提高风电变流器功率模块的标准化程度，减少物料种类的维护，从而缩短开发研制和生产周期，降低成本，提高系统的可维护性和互换性。
２控制系统概况笔者设计的兆瓦级风电变流器控制系统采用倍福ＣＸ２０３０系列可编程序控制器，配置数字量输入输出模块和模拟量输入模块。
可编程序控制器与数据采集板之间采用以太网控制自动化技术通信，具备数据处理、逻辑判断、故障诊断、历史数据记录等功能。
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兆瓦级风力发电机组电控系统设计陈景文(陕西科技大学电气与信息工程学院,陕西西安710021) 摘要:对变速恒频风力发电系统的运行状态进行了研究,分析了系统从启动到停止过程中,各个工作状态下的控制要求和控制方法。
根据电控系统的控制要求,对系统的输入输出信号和控制单元进行了分析。
在此基础上确定了控制系统的硬件配置,并基于模块化的编程思想,设计了控制程序,最后就系统安全运行及可靠性问题作了详细的讨论。
关键词:风力发电;变速恒频;控制系统;安全可靠设计中图分类号:TP273 文献标识码:AMW Level Wind Pow er G eneration U nit Electrical Control System DesignCH EN Jing 2wen(Electrical and Inf ormation Engineering Institute ,S haanxi University ofScience and T echnology ,Xi ’an 710021,S haanxi ,China )Abstract :The operating conditions of VSCF wind turbine generator system ,the control requirements and strategies in different running states in the all process f rom to start till halt were analyzed.According to the e 2lectrical control system control request ,carried on the analysis to the system input output signal and the control unit.In this foundation ,determined the control system hardware disposition ,and based on the modular pro 2gramming thought ,designed the control procedure ,finally made the detailed discussion on the system safety movement and the reliable question.K ey w ords :wind power generation ;variable speed constant f renquency (VSCF );controlled system ;the safety and reliable design 作者简介:陈景文(1978-),男,硕士,讲师,Email :chenjw @1 引言伴随世界经济和国际工业化发展进程,世界各国对能源的需求越来越大,人类正面临着能源短缺和环境保护两方面的压力。
风能作为一种清洁的绿色能源,是近期内具有大规模开发利用前景的可再生能源,开发利用可再生能源已成为21世纪能源发展战略的必然选择。
一般变速恒频风力发电机组电气控制系统,均包含以下3方面的要求:1)保证发电机组稳定可靠的运行。
要保证机组可以在不同的风速下自动调整控制目标和控制策略,实现机组的正常开机、运行、并脱网和安全停机;2)保证机组以最佳叶尖速比运行,实现最大风能追踪。
从频繁变化的风力资源中如何在最大程度上吸收风能、提高发电效率;3)向电网提供优质的电能。
2 电气控制系统基本结构及功能2.1 电气控制系统基本结构本风力发电机主要电气参数有:同步发电机参数为电机转速1000～1800r/min ,电压等级AC 690V ,额定功率1500kW ;功率特征为启动风速3m/s ,额定风速12m/s ,停机风速25m/s ,抗最大风速56m/s ;风轮参数为直径70m ,3片叶片,扫风面积3848m 2,通过变桨距调节功率。
机组控制系统的主控制器安装在现场的模块上,对电网、风况及风力发电机组运行参数进行监控,并与其他功能模块保持通信,对各方面的情况做出综合分析后,发出各种控制指令。
发电机组电气控制系统图如图1所示,图1中主控制器是电控系统的核心,通过各类传感器对电网、气象及风电机组运行参数进行监控,并发94EL ECTRIC DRIV E 2010 Vol.40 No.2电气传动 2010年 第40卷 第2期出各种控制指令,实现机组的自动启动/停机、手自动无扰动切换、发电机在转速范围内无扰动并网、自动偏航控制(不偏离风向±10°)、机舱扭缆和自动解绕控制、自动变桨距控制、变速控制、风电机组自动除湿、加热、冷却控制、液压系统自动运行控制和运行故障监控等。
电控系统首先必须确保风力发电机组本身安全可靠的运行,并实现机组的变速恒频控制,此外对故障的判断处理要及时、准确。
图1 系统电气控制总图Fig.1 System electricity control assembly chart 控制器首先完成系统监控需要的气象、电网、、参数监控和记录,以开机→并网→发电控制→脱网→安全停机为主线,分别按要求进行开机准备、偏航调整、故障处理、优化参数计算、速度和功率控制给定及系统运行管理。
控制器的核心是以DSP 为内部控制器的大功率变流器,它与主控制器组成主-从控制,控制器将根据PL C 给定的参数和控制信息独立地进行其运行管理。
2.2 控制系统的具体功能1)启动前的准备。
风机在运行之前要确定风机安全链、偏航系统、刹车系统、齿轮箱系统及并网系统无故障。
持续检测10min 内风速的平均值达到启动风速,电网电压和频率持续10min 检测正常。
当风速在3m/s 以下的低风速区时,根据控制策略变桨距系统将使叶片转动到保证转轮具有最大启动力矩的位置;当风速超过3m/s 时,此时发电机叶轮慢慢转动,处于待风状态,当风速在5m/s 以上时,风力机由待风状态进入低风速启动。
2)启动/停机。
风电机组的启动主要有2种情况:①正常的风速大于切入风速后自启动;②高于切入风速时的启动并网,通常发生在紧急故障恢复后的重新开机,此时桨距角应复位置于0°,当风轮转动起来后,根据功率优化策略再重新调整桨距角,当满足并网条件后再重新进行并网。
3)手/自动切换。
机组维修时,需手动调节,要求在停机方式下可任意手动操作。
4)自动偏航控制。
5)机舱扭缆和自动解绕控制。
由于自动偏航单元的工作,机组有可能朝一个方向进行多次对风。
当机舱连续朝一个方向旋转数圈后,就有可能造成机组内电缆的缠绕甚至发生断裂,因此必须应有机舱扭缆检测功能。
6)变桨距控制。
这是机组在高风速区主要的功率调节方式,它在保证机组恒功率输出目标的同时,也是保证机组安全运行的一项重要措施,并且在机组正常或紧急停机时也将发挥重要作用。
7)变速优化控制。
额定风速以前,采用最佳叶尖速比控制,以获得最大风能为控制目标。
达到额定风速以后,按机组转速-风速工作特性曲线进行控制,将变速控制与变桨距相结合,以保持输出功率恒定在额定功率附近。
8)并网控制。
调节控制绕组励磁电流,使功率绕组的输出频率、幅值、相位与电网同步后,发出并网指令,以保证发电机在转速范围内无扰动并网。
9)脱网关机。
机组的脱网关机分3种方式。
①手动停机和发生普通故障时的脱网停机,当机组接到停机命令,首先顺桨使发电机功率接近零,然后脱网,使能机械闸直到转速降为零。
②为保证机组安全运行,当风速大于切出风速时脱网停机,与第1种方式的顺序基本一样。
③紧急故障的安全停机,当机组发生超速、振动、发电机短路等紧急故障时,顺桨闸、机械闸将辅助脱网,使机组在最短时间内安全停机。
10)风电机组自动除湿、加热、冷却控制。
3 控制系统设计实现3.1 主控设备选型硬件选择依据系统的控制精度、通讯速度、响应时间、高性价比、高可靠性的原则,选用SIE 2M ENS S731522DP 大型PL C ,作为系统主控单元,它具有抗振动性、抗冲击性、高的电磁兼容性及允许使用的最高环境温度达55℃的适应性。
系统的所有输出/输入信号分别由不同功能的接5电气传动 2010年 第40卷 第2期陈景文:兆瓦级风力发电机组电控系统设计口电路(温度信号输入处理、电量传感信号放大处理、频率信号光电隔离保护、开关数字信号接口保护处理、变速控制器信号交换接口)处理后,送入主控制器进行采集和监控处理,完成系统的自动运行控制、速度和功率优化控制、变距控制等。
由SIEM ENS的O P27彩色操作屏实现对系统的操作控制和状态显示。
上位机采用D ELL 工控机,配置为“PIV2.0G/25”,用于系统状态监控。
控制系统的其他元器件采用进口产品,如编码器选OMRON E6B22CWZ6C1024P/R型,温度传感器选进口铂电阻,空气开关选施耐德公司的等。
提高系统稳定性、可靠性。
3.2 电气控制系统的相关参数控制点1)主要输入开关变量信号。
①手动/自动;②紧急停车;③扭缆到位;④刹车片磨损;⑤散热器电机状态;⑥油泵电机状态;⑦蓄电池电量;⑧并网状态;⑨叶轮失速;⑩加热丝运行状态。
2)主要输出开关变量信号。
①机舱散热器接触器;②偏航电机接触器;③机舱加热器接触器;④并网许可;⑤高速制动闸松闸;⑥低速制动闸松闸;⑦叶片1电机接触器;⑧叶片2电机接触器;⑨叶片3电机接触器;⑩齿轮箱加热;λϖ齿轮箱散热;λω偏航故障。
3)主要模拟量输入。
①机舱温度;②环境温度;③电机绕组温度A;④电机绕组温度B;⑤电机绕组温度C;⑥发电机前轴承温度;⑦发电机后轴承温度;⑧整流管温度;⑨齿轮箱温度;⑩发电机输出冷却水温;λϖ风速信号;λω风向信号;λξX 轴震动信号;λψY轴震动信号;λζ液压油压力信号;λ{励磁绕组温度1;λ|励磁绕组温度2;λ}励磁绕组温度3;λ∼IG B T温度;µυ电网A相电流;µϖ电网B相电流;µω电网C相电流;µξ电网A相电压;µψ电网B相电压;µζ电网C相电压。
4)脉冲计数量。
①偏航编码器;②变桨编码器1;③变桨编码器2;④变桨编码器3;⑤叶轮转速编码器;⑥发电机速度。
3.3 控制系统软件设计按照上面对风电机组运行状态的分析,对系统软件实现程序模块化结构设计,各种功能以子程序结构适时调用实现;程序采用循环扫描方式对主程序进行处理,提高程序执行效率;程序设计通用性强,并具有全面的保护功能和一定的智能性;人机界面友好、方便操作。
主程序的流程图如图2所示。
图2 主程序的流程图Fig.2 Master program flow chart 由于篇幅所限,其它分布的流程图这里不再一一列举。