风力发电控制系统
风力发电机组的控制系统
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风力发电机组控制系统 的优化与改进
控制策略优化
优化控制策略是提高风力发电机组 效率的关键。
控制策略的优化主要涉及对风电机组 的启动、运行和停机阶段的控制逻辑 进行改进，以更好地适应风速的变化 ，提高发电效率和稳定性。
传感器优化
优化传感器是提高风力发电机组控制精度的必要步骤。
通过改进传感器的设计、提高其精度和可靠性，可以更准确地检测风速、风向、 温度、压力等参数，为控制系统提供更准确的数据，从而提高发电效率。
能源设备进行互联互通，实现能源的优化利用和节能减排。
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偏航控制
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偏航控制是风力发电机组控制系统中的另一项关键技术， 其目的是在风向变化时，自动调整机组的朝向，以保持最 佳的捕风角度。
02
偏航控制通过实时监测风向和发电机组的朝向，采用适当 的控制算法，自动调节机组的偏航机构，以实现最佳的捕 风效果。
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常用的偏航控制算法包括：基于风向标的偏航控制、基于 扭矩传感器的偏航控制和基于GPS的偏航控制等。这些算 法能够根据风向的变化情况，自动调整机组的朝向，使其 始终保持在最佳的捕风角度。
是整个控制系统的核心，负责接收传 感器数据、执行控制算法并驱动执行 机构。
I/O模块
用于接收和发送信号，实现与传感器 和执行机构之间的通信。
人机界面
提供操作员与控制系统之间的交互界 面，显示机组状态和参数。
数据存储器
用于存储运行数据，便于故障分析和 优化运行。
控制算法
最大功率跟踪算法
载荷限制算法
根据风速传感器数据，自动调整发电机转 速和桨距角，使机组始终在最佳效率下运 行。
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桨距调节机构
根据控制系统的指令，调整风轮桨 距角。
风力发电机组的控制系统设计与仿真
风力发电机组的控制系统设计与仿真一、引言风力发电作为可再生能源的一种重要形式，受到越来越多国家和地区的广泛关注和重视。
风力发电机组的控制系统对于提高发电效率和确保机组安全稳定运行具有至关重要的作用。
本文旨在介绍风力发电机组的控制系统设计和仿真，并探讨其在风力发电行业中的重要性和应用前景。
二、控制系统设计1. 控制系统架构风力发电机组的控制系统通常包括主控制器、传感器、执行器和通信模块等组成部分。
其中，主控制器负责整个系统的运行控制和监测；传感器用于采集风速、转矩、温度等参数；执行器控制叶片角度、转速等；通信模块用于与外部网络进行数据交互。
2. 控制策略风力发电机组的控制策略包括风轮转速控制、叶片角度控制和电网连接控制等。
其中，风轮转速控制可以通过调整叶片角度和变桨控制实现，以优化风轮在不同风速下的转速；叶片角度控制可以根据风速和转速等参数进行自适应调整，以达到最佳发电性能；电网连接控制包括对电力系统的稳定性和功率因数等进行监测和调整。
3. 仿真模型设计为了对风力发电机组的控制系统进行仿真验证，需要建立相应的仿真模型。
仿真模型应包括风速、转速、叶片角度和发电功率等参数，并结合风场条件和机组特性进行模拟。
在仿真过程中，可以通过改变参数和策略，评估不同控制系统设计对机组性能的影响，并找出最优解。
三、仿真应用与优化1. 性能评估通过仿真模型，可以对不同控制系统设计的风力发电机组进行性能评估。
包括发电效率、稳定性和可靠性等方面的指标。
根据评估结果，可以对控制系统进行优化设计，提高发电机组的整体性能。
2. 变桨控制优化变桨控制是风力发电机组中的重要环节，直接影响着叶片的角度和风轮的转速。
通过仿真模型，可以对不同变桨控制策略进行比较和优化。
例如，调整叶片角度的时机和角度范围，以提高风力发电机组的发电效率和稳定性。
3. 智能优化算法应用利用智能优化算法，可以对风力发电机组的控制系统进行优化设计。
例如，遗传算法、模糊控制和人工神经网络等算法可以结合仿真模型，寻求最佳的控制策略和参数配置，以提高机组的发电效率和适应性。
风力发电机组的控制与监测系统
风力发电机组的控制与监测系统引言：风力发电作为一种可再生能源的重要形式，正逐渐成为全球能源结构转型的重要组成部分。
风力发电机组的控制与监测系统在保证发电机组安全运行和优化发电性能方面起着至关重要的作用。
本文将从控制系统和监测系统两个方面，探讨风力发电机组的控制与监测技术的发展和应用。
一、控制系统的发展与应用1.1 控制系统的基本原理风力发电机组的控制系统主要包括风机控制系统和发电机控制系统。
风机控制系统通过调节叶片角度和转速，使风机在不同风速下保持最佳运行状态；发电机控制系统则负责调节发电机的输出功率和频率，以适应电网的要求。
1.2 控制系统的发展趋势随着风力发电技术的不断发展，控制系统也在不断升级。
目前，自适应控制、模型预测控制和智能控制等技术被广泛应用于风力发电机组的控制系统中。
这些技术能够根据实时的风速和发电机组状态，实现自动调节和优化控制，提高发电效率和可靠性。
1.3 控制系统的应用案例以某风力发电场为例，其控制系统采用了自适应控制技术。
该系统通过实时监测风速、风向和发电机组状态等参数，自动调节叶片角度和转速，以实现最佳的风力利用和发电效率。
通过该控制系统的应用，该风力发电场的发电效率提高了10%，并且减少了停机维护次数，降低了运维成本。
二、监测系统的发展与应用2.1 监测系统的基本原理风力发电机组的监测系统主要用于实时监测发电机组的运行状态和故障诊断。
该系统通过传感器实时采集风速、叶片转速、温度、振动等参数，并通过数据分析和算法判断发电机组的运行状态和故障情况。
2.2 监测系统的发展趋势随着物联网和大数据技术的发展，风力发电机组的监测系统也在不断升级。
目前，无线传感器网络、云计算和机器学习等技术被广泛应用于监测系统中。
这些技术能够实现远程监测和数据分析，提高故障诊断的准确性和效率。
2.3 监测系统的应用案例以某风力发电场为例，其监测系统采用了无线传感器网络和云计算技术。
该系统通过无线传感器实时采集发电机组的运行数据，并将数据上传至云端进行存储和分析。
风力发电机组控制系统
昝润鹏双馈机运行原理图•控制系统利用DSP或单片机，在正常运行状态下，主要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。
•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。
运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。
•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。
•第一：低于切入风速区域。
一旦满足切入条件，控制启动风机。
•第二：切入风速到额定风速区域。
控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。
•第三：超过额定风速区域。
通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。
叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。
叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp（最大值是0.593）。
通常可取6-8。
•风传感器：风速、风向；•温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等；•位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等；•转速传感器：叶轮、发电机等；•压力传感器：液压油压力，润滑油压力等；•特殊传感器：叶片角度、电量变送器等；•⑴控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电送入电网。
风力发电系统的控制原理
风力发电系统的控制原理风力涡轮机特性：1，风能利用系数Cp风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示：P---风力涡轮实际获得的轴功率r---空气密度S---风轮的扫风面积V---上游风速根据贝兹〔Betz〕理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。
2，叶尖速比l为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。
n---风轮的转速w---风轮叫角频率R---风轮半径V---上游风速在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。
从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。
如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。
涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。
图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。
在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。
每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段〔若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。
〕它是工作区段。
在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。
3，变速发电的控制变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确〔机组惯量大〕。
三段控制要求：低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。
联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ〔ｎ〕关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。
图３是风速变化时的调速过程示意图。
设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得与变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。
风力发电机控制系统介绍
风力发电机控制系统介绍控制系统概述第一部分•风力发电机组的控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。
各种传感器包括：风速传感器、风向传感器、转速传感器、位置传感器、各种电量变送器、温度传感器、振动传感器、限位开关、压力传感器以及各种操作开关和按钮等。
这些传感器信号将传送至控制器进行运算处理。
第一部分控制系统基础主控制器一般以PLC为核心，包括其硬件系统和软件系统。
上述传感器信号表征了风力发电机组目前的运行状态。
当机组的运行状态与设定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，将系统调整到设定运行状态，从而完成各种控制功能。
这些控制功能主要有：机组的启动和停机、变速恒频控制、变桨距控制、偏航控制等。
控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可采用液压执行机构等。
•目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或主动失速调节来实现功率控制。
后者采用“变速风力机+变速发电机”，在额定风速以下时，控制发电机的转矩，使系统转速跟踪风速变化，以保持最佳叶尖速比，最大限度地捕获风能；在额定风速以上时，采用变速与变桨距双重控制，以便限制风力机所获取的风能，保证风电机组恒功率（一般为额定功率）输出。
PLC的控制顺序主控制系统（PLC）•WP4051 WPL110 WP4000 WPL150 WPL351 WPL351•触摸屏电源(通信)模块CPU模块电量测量模块I/O模块I/O模块可给8个存储、处理数据实时DSP 2个RS-485接口模块供电2个串口、电量测量16个DO、26个DI、4个AO光纤通信1个以太网接口可测量三相：4个计数器输入、以太网接口编程环境C、电压电流8个PT100、IEC61131-3 有功无功4个AI（±10V）功率因数4个AI（0~20mA）2个热敏电阻输入•目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越得到人们的重视和使用。
而风力发电最核心的部分就是风力发电机组控制系统。
本文将深入探讨风力发电机组控制系统的相关知识。
一、风力发电机组的基本组成部分风力发电机组通常由3个主要部分组成：风力涡轮、变速器和发电机。
其中变速器是为了将风力涡轮的旋转速度转变成适合发电机的速度，同时保证风力涡轮在各种风速下都能正常转动。
而发电机则是将机械能转变为电能。
二、风力发电机组的控制系统的分类根据控制对象的不同，风力发电机组控制系统可以分为风力涡轮控制系统和整机控制系统。
1. 风力涡轮控制系统风力涡轮控制系统主要由风速测量仪、方向传感器、转矩信号传感器、角度传感器、变桨控制器等部分组成。
其主要作用是对风速和转矩进行检测和获取，然后根据这些数据控制机组桨叶的角度，调节风力涡轮的输出功率，以适应不同的风速和负载要求。
当遭遇大风或预期外部异常情况时，风力涡轮控制系统还可以自动停机。
2. 整机控制系统整机控制系统主要由仪表、控制器、通信模块、电动机传动机构、机械部分等部分组成。
整机控制系统起到了协调、控制各部分工作的作用，可以实现以最佳的效率输出电能。
其主要作用是监控发电机组的运转状态，通过检测各项参数实时调整变速器的转速，并及时进行告警和自动停机。
三、风力发电机组控制系统的关键技术1. 风力涡轮桨叶轴系统的控制风力涡轮桨叶轴系统的控制是风力发电机组控制系统的核心部分之一，也是解决风机输出功率波动和抖动问题的重要技术。
目前常见的调节方式包括机械调节和电动调节两种。
机械调节方式主要采用伺服驱动的伸缩臂与桨叶之间的连杆机构实现，而电动调节则利用变速器的电动油门、电子液压伺服系统或液压拉杆控制桨毂角度。
其中，电动调节方式更加智能化、精准化。
2. 整机控制系统的优化算法整机控制系统的优化算法是风力发电机组控制系统技术的另一个重要方向。
通过对风能、转速、功率、角度等数据进行分析，整机控制系统可通过智能算法，实现最大效率的输出电能。
风力发电机组控制技术
恒速定桨距风力发电机组存在低风速运行时风能转换效 率低的问题。在整个运行风速范围内由于气流的速度是不断 变化的，如果风力机的转速不能随风速而调整，必然要使风 轮在低风速时的效率最低。发电机本身也存在低负荷时的效 率低的问题。 变桨距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并 网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特 性都有显著的改善。风力发电机组的变桨距系统组成的闭环 控制系统，使控制系统的水平提高到一个新的阶段。
1.2.2 风力发电机组安全运行的基本条件 对安全运行起决定因素是风速变化引起的转速的变化，所以 转速的控制是机组安全运行的关键。风速的变化、转速的变化、 温度的变化、振动等都会直接威胁风力发电机组的安全的运行。 1.2.2.1 风力发电机组工作参数的安全运行范围 1风速 风速的规定工作范围3~25m/s，风速超过25m/s以上时，会 对机组的安全性产生威胁。 2转速 风力发电机组超速时，对机组的安全性将产生严重威胁。
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统
1 概述 2 定桨距风力发电机的控制 3 变桨距风力发电机的控制 4 变速风力发电机的控制 5 控制系统的执行机构 6 偏航系统
1 概述 风力发电机组控制系统是机组正常运行的核心，其控制技 术是风力发电机组的关键技术之一，其精确的控制、完善的功 能将直接影响机组的安全与效率。 1.1 风力发电机组控制系统的基本组成 控制系统关系到风力机的工作状态、发电量的多少以及设备 的安全。 发电机的结构和类型不同形成了多种结构和控制方案。风力 发电机组控制系统由传感器、执行机构和软/硬件处理器系统组 成。
（4）热继电器保护运行，设过热、过载保护控制装置。 （5）接地保护，设备所有零部件因绝缘破坏或其他原因可能引 起出现危险电压的金属部分，均应实现保护接地。
风电控制系统及SCADA系统
风机运行状态划分
►停机状态 1机械刹车松开 2偏航系统停止工作 3叶片收回至90°变桨系统停止工作 4发电机出口开关闭合,其余开关均断开
风机运行状态划分
► 紧急停机状态 1机械刹车与空气动力刹车同时快速动作 2计算机输出信号被旁路,使计算机没有可能去激活
任何机构 3计算机仍在运行和测量所有输入信号 4发电机出口开关和所有接触器断开 5叶片紧急收回至90°后变桨系统停止工作 6偏航系统停止工作 ► 风力发电机组进入紧急停机状态后,除非手动进
自动运行控制要求
► 9、软切入控制 由大功率晶闸管和有关 控制驱动电路组成.控制其目的就是通过不断监测机 组的三相电流和发电机的运行状态,限制软切入装置 通过控制主电路晶闸管的导通角,以控制发电机的端 电压,达到限制起动电流的目的.在电机转速接近同 步转速时,旁路接触器动作,将主电路晶闸管断开,软 切入过程结束,软并网成功.
4.AIO模块 .处理各种外部模拟量信号如：变频器冷却装置的入口、 出口水压、变压器温度等
5.空模块
机舱控制柜
►机舱控制柜组成
1.机舱PLC站 电源模块 FASTBUS从站模块 CANBUS主站模块 以太网模块本地PC维护接口 DIO AIO模块
2.塔基X-Y振动传感器单元PCH 3.紧急故障继电器 4.各种断路器、继电器、开关等
► 安装于柜体中,分3个部分,每个部分负责一个叶片 ► 轮毂PLC站
CAN SLAVE模块 轮毂转速编码器模块 叶片角度编码器模块 I/O模块DIO,AIO
► 伺服驱动单元 ► 紧急变桨蓄电池及监视单元 ► 紧急变桨模块 ► 超速保护继电器 ► 小型断路器,各种继电器及端子板 ► 各种按钮,指示灯及维护开关
风电控制系统发展现状及展望
风电控制系统发展现状及展望风电控制系统是风力发电站中至关重要的组成部分，它负责监控和控制风力发电机组的运行状态，调节风轮转速和叶片角度，以及保护风力发电机组的安全运行。
随着风力发电的快速发展，风电控制系统也在不断创新和发展，本文将从发展现状和展望两个方面进行介绍。
风电控制系统的发展现状：1. 技术成熟度提升：随着风力发电技术的发展和成熟，风电控制系统也不断改进和提升。
现代的风电控制系统采用了先进的传感器和数据处理技术，能够实时监测风力发电机组的状态，并根据实时数据进行运行调整，提高发电效率和可靠性。
2. 智能化和自动化：现代风电控制系统借助人工智能技术和自动化控制算法，能够自动调节风轮和叶片的角度，以及控制风力发电机组的转速。
这大大降低了人工干预的需求，提高了风力发电机组的运行效率和可靠性。
3. 远程监控和管理：随着通信技术的发展，现代风电控制系统可以实现远程监控和管理。
运维人员可以通过云平台或者手机应用实时监测风力发电机组的运行状态，并进行故障诊断和维修工作。
这极大地提升了风电发电站的运维效率和可靠性。
风电控制系统的展望：1. 多智能化集成技术：未来的风电控制系统将会更加智能化和集成化。
通过引入大数据和人工智能技术，实现风力发电机组的智能化运维和预测性维修，可根据历史数据和环境变化进行预测，提前进行故障诊断和维修，降低维修成本和风险。
2. 新能源互联网：随着新能源互联网的发展，风电控制系统将与其他能源系统相互连接，实现能源的智能优化调度和交易。
通过与智能电网和储能系统的联动，进一步提高风力发电的可靠性和灵活性。
3. 超级网联网：未来的风电控制系统将与其他的超级网联网相互连接，共同构建一个高效、可靠、低碳的能源系统。
通过实时数据的共享和互通，实现能源的智能分配和优化调度，进一步提高风能的利用效率和可靠性。
综上所述，风电控制系统在技术成熟度和智能化水平方面取得了显著进展，并且未来还有更多的发展空间和潜力。
第8章-风力发电机组控制系统-答案
第8章风力发电机组控制系统1、风力发电系统主要由风力发电机组和升压站变电站组成。
2、风力发电机组主要分为风轮（叶片和轮毂）、机舱、塔架和基础等部分；按照功能分，由传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机以及控制和安全系统等组成。
3、风力发电机组控制系统的作用是协调风轮、传动、偏航、制动等各主辅设备，确保风电机组的设备安全稳定运行。
4、风力发电机组控制系统通常是指接受风电机组及工作运行环境信息，调节机组使其按照预先设定的要求运行的系统。
5、风电机组控制系统是整机设计的关键技术，决定机组的性能与结构载荷大小与分布。
6、基于转子电流控制器（RCC）进行有限变速的全桨变距有限变速风力发电机组开始进入风力发电市场。
7、变速恒频风电机组的控制系统与定桨距失速风电机组的控制系统的根本区别在于：变速恒频风电机组叶轮转速被允许根据风速情况在相当宽的范围内变化，从而使机组获得最佳的功率输出变现和控制特性。
8、变速恒频风电机组的主要特点：低于额定风速时，它能最大限度跟踪最佳功率曲线使风电机组具有较高的风能转换效益；高于额定风速时，它增加了整机的控制柔性，使功率输出更加稳定。
9、水平轴风力发电机组按照风力发电机组功率调节方式分为：采用齿轮箱增速的普通异步风力发电机组、双馈异步风力发电机组、直驱式同步风力发电机组（含永磁发电机组和直流励磁发电机）以及混合式（半直驱）风力发电机组。
10、风力发电机组按控制方式主要分为定桨失速控制、变桨失速（全桨距有限变速）控制和变速恒频控制。
11、定桨失速型风电机组均采用三相鼠笼式感应发电机晶闸管移相软切入控制，以限制冲击电流的目的，通常要求并网冲击电流在2倍额定电流以下。
12、定桨距失速风电机组的软并网控制结构，主控制器的判断依据为电流有效值、当前的移相控制角、发电机转速、输出为移相控制角给定和旁路控制信号。
13、软切入控制的主要任务：一是判断软切入气动时刻；二是确定双向晶闸管的移相规律。
风力发电机组控制系统
风力发电机组控制系统摘要:主控系统是风力发电机组的核心，通过数字量和模拟量的输入来完成数据的采集，然后根据内部设定的程序，完成逻辑功能的判断，最后通过模拟量和数字量的输出达到控制机组和保障机组安全稳定运行的目的。
关键词：数据；逻辑；控制1主控系统工作内容⑴主控系统是机组可靠运行的核心，主要完成以下工作：⑵采集数据并处理输入、输出信号；判定逻辑功能；⑶对外围执行机构发出控制指令；⑷与机舱柜及变桨控制系统进行通讯，接收机舱柜及变桨控制系统的信号；⑸与中央监控系统通讯、传递信息。
2数字模拟⑴数字输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开关等。
数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。
输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点的抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输入电流一般为数毫安。
⑵数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机启动器等负载。
数字量输出模块将CPU内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放大的作用。
输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交流负载的双向晶闸管或固态继电器。
⑶模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，主要由A/D转换器组成。
⑷模拟量输出模块将CPU送给它的数字信号转换成电流信号或电压信号，对执行机构进行调节或控制，主要由D/A转换器组成。
⑸CX5020：金风2.0MW主控系统选用CX5020为主控系统的核心控制器CX5020带有两个独立的以太网端口(可定义两个独立的IP地址)和四个USB2.0接口。
一块位于盖板后面并可从外部拆装的可互换的CF卡作为CX5020的引导和存储介质，CX5020还内置了一个1秒钟UPS，可确保在CF卡上安全备份持久性应用数据，目前CX5020选用的操作系统是Windows CE，可以通过CERHOST软件进行访问。
风力发电控制系统简述
风力发电控制系统简述一、风电控制系统简述风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。
现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警，实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。
风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。
由于风电机组现场运行环境恶劣，对控制系统的可靠性要求非常高，而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力，其系统结构如下：风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。
风电控制系统的网络结构：1、塔座控制站塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O 模件等。
控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。
控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件，采用符合IEC61131-3标准的组态方式，包括：功能图（FBD）、指令表（LD）、顺序功能块（SFC）、梯形图、结构化文本等组态方式。
2、机舱控制站机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。
风力发电机组控制系统及智能化设计
风力发电机组控制系统及智能化设计一、风力发电机组控制系统概述风力发电是一种清洁、可再生的能源，已经被广泛应用。
风力发电机组控制系统是核心的控制部分，负责监测和控制风力发电机组的运行状态，确保其安全、高效地发电。
智能化设计使得风力发电机组控制系统更加智能和可靠，提高了发电效率和自动化程度。
二、风力发电机组控制系统的基本组成1. 控制器：风力发电机组的大脑，负责整个系统的控制和保护。
通过监测传感器获取各类数据，实现对风电场的风能、发电机组和传动系统的控制。
2. 传感器：用于收集环境和机组运行状态的各类数据，包括风速、风向、温度、湿度、转速、振动等。
传感器的数据是风力发电机组控制系统的重要输入。
3. 执行器：通过控制风机的旋转、倾斜角度、刹车等动作，实现风电场的运行和调节。
执行器包括驱动电机、转向齿轮、刹车系统等。
4. 通信模块：将风力发电机组控制系统与监控中心、其他风力发电机组进行数据交互和通信。
实现对整个风电场的集中控制和管理。
5. 数据存储：通过数据存储设备将风电场的历史数据和实时数据进行存储，为后续数据分析和系统优化提供支持。
三、风力发电机组控制系统的主要功能1. 监测和控制环境参数：通过传感器监测风速、风向、温度等环境参数，根据环境条件调整风力发电机组的运行状态和输出功率。
2. 系统保护：风力发电机组控制系统具备故障自检能力，能够监测和检测各个部件的工作状态，实时发现故障并采取相应的保护措施，避免发生事故。
3. 提高发电效率：通过智能化算法，对风力发电机组的转速、发电功率进行优化调节，提高发电效率，降低能源消耗。
4. 远程监控和管理：借助通信模块，风力发电机组控制系统可以实现对风电场的集中监控和管理，实时获取各个机组的状态，进行远程操作和故障处理。
5. 故障诊断和维护：通过数据存储和分析，风力发电机组控制系统可以进行故障诊断，根据故障类型提出相应的维护方案，减少停机时间和维护成本。
四、风力发电机组控制系统的智能化设计1. 引入人工智能技术：通过机器学习和深度学习算法，对风力发电机组控制系统的数据进行分析和处理，自动识别和判断运行状态，提出优化建议。
风力发电控制系统的小结
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变电站监视接入
风机本机监视接入
其它信号接入
DLS或类似接口接入
风力发电机组控制算法
本
系统诊断 历史及数 HMI
机
及报警 据存储
通讯 接口
逻辑实现平台
控
制
实时网络操作系统平台
I/O模块通讯
Profi BUS 通讯
A I/O 通讯模式
机执 构行
偏航、液压等
变桨等系统控制
变流器控制系统
风机控制系统
• 风机本机控制系统结构
SY ST EM
1
3
5
7
9
RPS
MODE ST AT
11
12
U T IL
8
10
SP EE D
控制系统功能试验平台
• 意义：
变频恒速风力发电融合了现代机械传动、电力 电子技术和现代控制理论，而由于我国1.5MW变 速恒频风力发电机产业多处于设计和试制阶段。 电气控制系统只有充分的工程化试验，得出较确 切的结论和数据，才能应用于大规模产业化生产。
建设风力发电系统及传动技术试验平台，提高 风电机组关键零部件的实验室测试能力，掌握风 电机组的关键测试技术，是保证产品质量的基 础，对提高风电机组的性能将起到重要作用。
• 风场控制系统远端访问
网络 安全
宽带接入互联网
设备
远
风机
控
现场
系
统
局域网
风场控制系统
风场控制系统
GPRS GSM
风场光纤环网
Internet
风电公司网络拓扑图
风机主控工作组 电力电子工作组
风场远程监控系统开发组
Internet
风力发电机组的控制系统
3.2风力发电机组的基本组成
•独立运行的风力发电机组
水平轴独立运行的风力发电机组由 风轮、尾舵、发电机、支架、电 缆、充电器、逆变器、蓄电池组成
3.2 风力发电机组的基本组成
•并网运行的风力发电机组
并网运行的发电机组由风轮（包括叶片和轮毂）、增速箱、发 电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成
1 2
具体的控制内容包括： 信号的数据采集、处理， 变桨控制、转速控制，实现最大功率点跟踪控制， 功率因数控制， 偏航控制， 自动解缆， 并网和解列控制， 停机制动控制， 安全保护系统， 就地监控、远程监控。
信号采集
在风力发电机组运行过程中，必须对相关物理量进行
测量，并根据测量结果发出相应信号，将信号传递到主控
风向标的测量信号滤波后如果超过15°，风力发电机 组即开始偏航对风。风向标输出信号为0，风向即为0°。
人机界面
人机界面是计算机与操作人员的交互窗口。其主要 功能是风力发电机组运行操作、状态显示、故障监测和 数据记录。 一、运行操作
1.机组起停及复位 2.手动操作 3.控制参数修改 二、状态显示 三、故障监测
8.偏航装置
•借助电动机转动机舱，以使风轮转子叶片正对着风。偏 航装置由电子控制器根据风向标感觉的风向来操作。
9.液压系统
•风力发电机的液压系统属于风力发电机的一种动力系统， 主要功能是为变桨控制装置、安全桨距控制装置、偏航驱 动和控制装置、停机制动装置提供液压驱动力。它是为风 力发电机上一切使用液压作为驱动力装置提供动力。 •在定桨距风力发电机组中，液压系统的主要任务是驱动 风力发电机的气动刹车和机械刹车； •在变桨距风力发电机组中，主要控制变距机构，实现风 力发电机组的转速控制、功率控制，同时也控制机械刹车 机构。
风力发电机组的系统控制
风力发电机组的系统控制随着环境保护意识的不断提高和能源危机的加剧，风力发电作为一种清洁、可再生的能源利用方式，逐渐受到人们的关注和推广。
而风力发电机组的系统控制是实现稳定、高效发电的重要保障。
一、风力发电机组的系统组成和工作原理风力发电机组由风轮、转速控制系统、发电机和电力转换器等组成。
当风轮受风的作用旋转时，转动产生动能被传给发电机，经过电力转换器转化成交流电并输出。
其中，转速控制系统对风轮的转动进行调节，保证发电机在最大效率下运转。
二、风力发电机组的系统控制策略1.转速调节：转速调节是风力发电机组的基本控制策略。
其目的是保证风轮叶片旋转的速度达到最优区间，从而提高发电机的输出功率。
转速调节主要分为机械、电子和混合控制等方式。
机械控制：传统的机械控制方式采用转向浆的机械设计，通过改变羽片的角度来控制风轮转速。
该方式简单、成本低但稳定性不够。
电子控制：通过控制发电机转子上的磁场来改变发电机的输出功率，进而实现转速控制。
该方式精度高、稳定性好但成本较高。
混合控制：将机械和电子控制方式的优点结合起来，增强控制系统的稳定性和可靠性。
混合控制方式是当前主流的转速调节方式。
2.偏航控制：偏航控制是风力发电机组的必要控制策略，用来控制风轮的方向。
在复杂的气象条件下，通过偏航控制将风轮转向风向，并在突发的气象变化中及时调整风轮方向，减小因系统失控导致的风力发电机组运行出现事故。
3.电网支撑和功率平衡控制：电网支撑和功率平衡控制是指将风力发电机组的输出能量与电网负荷之间建立反馈控制，保证电能质量和电力系统的稳定性。
在市场化环境，对接电网的风力发电机组还需要实现功率平衡控制，控制机组的风电功率与基础负荷之和保持稳定。
三、风力发电机组的系统控制优化随着风力发电行业的快速发展，风力发电机组的系统控制的优化已成为实现高效、稳定发电的重要途径。
通过优化转速调节、偏航控制、电网支撑和功率平衡控制等关键系统控制策略，可以实现以下目标：1.提高机组发电效率，降低运行成本；2.提高机组的响应速度，保证风场运行的稳定性；3.实现对风力资源与市场需求的动态调整，提高风力发电系统的灵活性；4.通过风力发电机组的智能化控制系统，实现设备状态监测、故障诊断等高端需求。
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贝加莱风力发电控制系统2009-05-18 09:241、蓬勃发展的风电技术 风力发电正在中国蓬勃发展，即使在金融危机的大形势下，风力发电行业仍然不断的加大投资。
在2008年，风力发电仍然保持着30%以上的强劲增长势头，包括Vestas、Gemsa、GE、国内的金风科技、华锐、运达工程等其订单交付已经到2011年后。
国内的风力发电控制技术起步较晚，目前的控制系统均是由欧洲专用控制方案提供商提供的专用系统，价格高昂且交货周期较长。
开发自主知识产权的控制系统必须要提上日程，一方面，由于缺乏差异化而使得未来竞争中的透明度过高，而造成陷入激烈的价格竞争，另一方面，寻找合适的平台开发自主的风电控制系统将使得制造商在未来激烈竞争中获得先手。
然而，风电控制系统必须满足风电行业特殊的需求和苛刻的指标要求，这一切都对风力发电的控制系统平台提出了要求，而B&R的控制系统，在软硬件上均提供了适应于风力发电行业需求的设计，在本文我们将介绍因何这些控制器能够满足风力发电的苛刻要求。
2、风力发电对控制系统的需求 2.1高级语言编程能力 由于功率控制涉及到风速变化、最佳叶尖速比的获取、机组输出功率、相位和功率因素，发电机组的转速等诸多因素的影响，因此，它包含了复杂的控制算法设计需求，而这些，对于控制器的高级语言编程能力有较高的要求，而B&R PCC产品提供了高级语言编程能力，不仅仅是这些，还包括了以下一些关键技术： 2.1.1复杂控制算法设计能力 传统的机器控制多为顺序逻辑控制，而随着传感器技术、数字技术和通信技术的发展，复杂控制将越来越多的应用于机器，而机器控制本身即是融合了逻辑、运动、传感器、高速计数、安全、液压等一系列复杂控制的应用，PCC的设计者们很早就注意到这个发展方向而设计了PCC 产品来满足这一未来的需求。
为了满足这种需求，PCC设计为基于Automation Runtime的实时操作系统（OS）上，支持高级语言编程，对于风力发电而言，变桨、主控逻辑、功率控制单元等的算法非常复杂，这需要一个强大的控制器来实现对其高效的程序设计，并且，代码安全必须事先考虑，以维护在研发领域的投资安全。
2.1.2功能块调用 PCC支持PLCopen Motion、PLCopen Safety和PLCopenHydraulic库的调用，这对于风电这一集合了变桨运动控制、安全逻辑设计、液压控制的综合系统来说是再好不过的选择.变桨控制将考虑多个伺服的定位和同步关系，而safety为机组提供了多种安全回路设计以保护机组的安全可靠运行，液压控制被极其容易的集成到系统中而无需购置专用的液压控制模块。
同时，PCC支持用户自定义库的封装设计，用户可以将其自身的核心算法封装为功能块来调用，这使得一方面代码的安全性得到了很好的保证，而另一方面，它也提供了针对不同机组的系统调用，大大简化了软件的重构，支持快速开发。
2.1.3All In One的设计理念- Automation Studio™ Automation Studio™设计初衷是建立在一种放眼整机控制而不是局部（只关心驱动或者逻辑，独立组件），30年的丰富OEM控制设计使得B&R深刻理解“整体”的意义，因此，其软件包设计为面向整个机器的各个对象（逻辑、运动、测量、通信、显示）和过程（配置、项目规划与管理、诊断、调试、维护）。
对于B&R Automation Studio而言，控制器的设计、变桨伺服、液压控制、Safety技术、通信均在一个”All In One”的工具包Automation Stduio中实现，对于风力发电这样的综合多种控制需求的系统而言，Automation Studio提供了一个完整的工程设计与应用的平台，它使得代码生成、仿真分析、远程诊断与维护集成为一体，难道还有什么需要不能满足吗? 抛开技术的因素，对于用户而言，一套软件即可实现所有的应用需求，这降低工程师的学习成本，也作为一个平台，为用户提供了长期持续创新的软件平台基础。
3、Matlab/Simulink自动风力发电控制器代码生成 这是一个令人振奋的设计-Matlab/SIMULINK被集成到Automation Studio中，提供了一种将MATLAB这一广泛应用于工程设计和仿真分析的工具。
2008年开始，B&R与Mathworks建立了深度的合作关系，采用MATLAB/SIMULINK工具，提供针对电力行业的模型构建、仿真分析与代码生成设计。
3.1基于建模的系统设计 控制系统设计是基于数学建模的，这是所有工程应用的目标和基础理论，而Matlab正是提供了建模设计架构上的系统仿真和分析。
通过SIMULINK，建立模型就如同装配物理系统本身一样，模型中的组件就像实际的物理线路连接一样方便，这些物理连接代表理想的传导路径，通过这个方法，可描述系统的物理结构，而无需推导和实现用于系统的方程，模型与原理图非常相似，从模型中，SIMULINK可自动构造描述系统运行的微分代数方程，这些方程可与其它方程集成在一起。
例如你可以定义线性和饱和变压器、避雷器和断路器以及输电线路的模型，励磁、液压和风力涡轮机组，以及电力电子单元的GTO、IGBT模型，对于控制和测量单元的电压、电流、阻抗测量，RMS测量，有功和无功功率的计算，以及abc-to dq0及dq0到abc的转换，三相单元的RPL 负载、同步或异步发电机，电动机分析和测量工具均可以被组件形式建立模型，并通过SIMULINK来连接。
利用SIMULINK可以为风力发电机组建立控制系统模型 3.2 SIMULINK的电力应用分析能力 SIMULINK里包含了柔性输电系统向量模型、风力涡轮的向量模型、电机的直接转矩控制和磁场定向控制模型等。
SIMULINK为电力系统网络提供了三种解决方案，以及一种理想的切换算法，可通过高频切换提升系统的仿真性能。
在 Simulink中使用变步积分算法来执行高度精确的电力系统模型仿真。
其中一些积分算法可处理在实际电力系统建模中常遇到的数值刚性系统。
SIMULINK提供的零点穿越检测功能，能以十分精确的机器精度检测并求解不连续过程。
离散仿真采用固定步长梯形积分法来仿真系统，特别适合带电力电子设备的电力系统模型。
该模式还有助于实现模型的实时执行。
向量仿真则采用一组固定频率代数。
3.3 代码自动生成 通过MATLAB/Simulink，系统建模的控制器代码可以被生成，并经过优化成为真正可用的程序，而这些强大的功能也被集成到了Automation Studio中，对于开发风电控制系统而言，这无疑是一种非常好的选择。
4、基于B&R系统的风力发电解决方案 B&R风力发电控制包含了软硬件方案，也包括上述所提及的仿真分析在内，应用于变桨、功率控制与电网检测和远程维护等。
4.1.变桨控制方案Pitch Control 变桨控制是在ACOPOSmulti伺服驱动器和X20CPU的设计上的，可以快速实现风力发电的变桨控制（Pitch Control）,通过光纤接口的实时通信技术Ethernet POWERLINK，可以将三个桨叶的伺服参数进行高速同步通信。
4.1.1SPT（Smart Process Technology）提供了快速的调桨过程。
智能过程技术是作为ACOPOSmulti内置的功能块运行的，它提供了一种智能化的位置控制方案，可以根据给定外界参数而快速的寻找最佳的路径来获得对桨叶的快速调整，满足在最大叶尖速比的获取，以及在安全逻辑下的快速复位保护桨叶。
4.1.2伺服直接控制 即使在控制器失效的情况下，变桨系统也能安全的对桨叶进行控制，这得益于ACOPOSmulti伺服驱动器内置的SPT设计，驱动器满足了极端情况下的控制需求。
4.1.3直流供电设计 ACOPOSmulti伺服驱动器为公共直流母线设计（Common DC-Bus Technology），可以通过直流母线来进行能量的均衡分配，而特别指出的是：通过与知名的电池制造商的合作，ACOPOSmulti伺服驱动器内提供一个备用电池的方案，这一方案对于电网没有交流供电时桨叶的安全保护控制和启动状态下的位置调整至关重要，或者这是极富竞争力的设计之一。
4.2.风力发电专家模块 4.2.1 X20CM0985-电网检测和并网同步 对于风力发电，专用的三相电网检测和并网同步模块X20CM0985无疑是极富竞争力的专家模块设计，它具有以下功能设计： 4.2.1.1测量 4.2.1.1.1常规测量功能：作为一般的电力测量模块使用，可多路测量线电压、相电压、频率。
4.2.1.1.2发电机侧测量：并网模式时用来测量发电机侧各项参数 ● 相电流 ● 电流均值 ● 动态电流均值 ● 中性线电流 ● 线电压 ● 相电压 ● 视在功率 ● 有功功率 ● 无功功率 ● 频率 4.2.1.1.3同步主网监测：发电机侧和电网侧同步端口参数测量相角差、电压差。
■ 热过流监测 ■ 不平衡负载监测 ■ 短路电流监测 ■ 电压不平衡监测 ■ 励磁监测 4.2.1.2同步并网功能 该模块最大的特点是具有同步并网功能，两路同步主网端口可同时监测网侧和发电机侧的电压、相位、频率等参数。
模块内部可比较判断同步条件是否具备，当网侧和机侧的电压幅值、相位差、频率差满足一定条件时，激活并网功能，输出脉冲信号触发并网开关，使发电机回路输出电能馈送到电网上。
X20CM0985电力测量与并网同步专家模块 4.2.1.3应用结构图X20CM0985电力测量模块应用结构图 在电路图中可以看出，该模块可以直接测量发电机定子和网侧三相电压，利用电流互感器改变发电机定子电流变比后接入模块来测量发电机定子电流。
另外，两路同步主网端（Synchronization mains network 1和Synchronization mains network 2）监测网侧和发电机侧对应线路中电压、相位和频率值。
如果同步条件满足则数字量端口DO4发出并网脉冲使主回路上开关合闸，电能馈送电网。
数字量端口DO1作为输出继电器使用，含一个开点和一个闭点。
运行中模块会监测发电机相关状态，当出现如过压、欠压、超频、欠频、过流、短路、电压电流不平衡和励磁失效等状态时，DO1会输出高电平信号驱动外部电路动作。
数字量端口DO2可输出脉冲信号供外部电能计量用。
数字量端口DO3作为电网电流电压监测输出信号，当模块检测到电网电流或电压低于参考值时DO3输出高电平信号。
数字量端口DO5和DO6无特殊功能，可作为一般输出点来使用。
4.2.1.4工作模式 ■ 滑动窗口同步模式 ■ 同步状态监测模式 ■ 低电压非同步模式 在B&R集成开发环境Automation Studio中可对模块功能及参数进行一些设置，如工作模式、同步端口选择、同步窗口参数、电流电压放大倍数、状态监测等等 4.2.2其它I/O模块简要描述 除了专用的X20CM0985，B&R还提供： 4.2.2.1带有示波器功能的AI/AO模块：对于监控风电参数，并提供示波器显示分析能力。