风力发电机组主控制系统
风力发电机组的控制系统
04
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
01
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。
03
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。
03
02
桨距调节机构
根据控制系统的指令，调整风轮桨 距角。
MY1.5MWSe风力发电机组主控系统介绍
二、系统电气构成
MY1.5MW电控系统主要包括变桨、变频、
主控三大系统。
电控系统
变桨系统
变频系统
主控系统
系统电气构
成原理图
2、系统通
讯构成
机舱柜通过光缆和塔基柜的主控制器相连接。
整个控制系统以总线方式连接，控制端子符
合EtherCAT总线标准。
通过CANbus接口，实现振动监控和变频器的
制系统
控制柜倍福模块主要分为CPU、输
入、输出、电源、通讯模块等
CPU模块，即CX1020。输出模块
是DO模块。它包括KL2404，KL2424，
KL2904。
电源模块：它包括EL9100(+24v)，
EL9400(+24V)， KL9550(+24V)
KL9540(+24V)， EL9187(0V)。
施。采用反逻辑设计，将导致风力发电机组处于危
险状态的故障接点串联成一个回路，一旦其中一个
接点动作，将导致安全链断开，触发紧急停机。紧
急停机后，只能手动复位后才能重新起动。
安全链节点：
风力发电机组安全链中包含的节点有：
塔基急按钮信号
机舱急停按钮信号
PCH振动大急停信号
扭缆开关保护信号
超速监视器超速信号
控制原理图设计的。
TwinCAT（The Windows Control and
Automation Technology，基于Windows的
控制和自动化技术）自动化软件是控制系统
的核心部分。TwinCAT 软件系统可将任何
一个基于PC 的系统转换为一个带多PLC、
NC、CNC 和机器人实时操作系统的实时控
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。
2.1--金风1.5兆瓦风力发电机组控制系统介绍
主电缆
电机侧二极管整 流单元
斩波升压单元 网侧逆变单元
AC
DC DC
DC DC
DC
DC
AC
主断路器
进线电缆
开关柜
Freqcon变流器
叶
片
及
永磁同步
变
发电机
桨
驱
动
连接器
DP总线
底座
D
P
总
线
塔架
机组主控制柜
变流控制器
I/O D 信P 号总
▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
主控制器(风机系统逻辑控制)
▲风机正常工作逻辑控制 ▲故障诊断及保护 ▲数据采集/统计 ▲与各个系统的数据交互控制
变桨系统
▲桨距调节 ▲桨距角采集 ▲异常保护 ▲故障诊断及保护
变流系统
▲电力变换 ▲功率控制 ▲转矩控制 ▲功率因数调节 ▲故障诊断及保护
10 / 35 kV f = 50 Hz
一、金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统 Switch变流配金置风的15系00统千瓦直驱风力发电机组系统结构图
主电缆
电机侧功率单元 网侧功率单元 主断路器
AC
DC DC
DC
AC
620 / 690 V
进线电缆 f = 50 Hz
10 / 35 kV f = 50 Hz
D
P 总 线
冷 却 水 管
2、红色虚线框里表示水冷系统 （塔底） 3、绿色虚线框里表示主控系统 （塔底） 4、黑色虚线框里表示机舱控制系统（塔顶） 5、紫色虚线框里表示变桨控制系统（塔顶）
风力发电机组控制系统
控制系统的作用
——捕获最佳风能并转换为电功率
• 偏航系统使风机一直处于迎风面，使风机 捕获最佳风能，使风机发出尽可能多的电 功率。
风力发电机组控制系统课件
12
控制系统的作用
——提供满足用户需求的电能质量
• 风力发电机组按照《国家电网公司风电场 接入电网技术规定（试行）》的电能质量 要求向电网供电，对功率因数进行，提供 相应的无功功率。
风力发电机组控制系统课件 16
• • • • • • 电网电压； 频率； 风机进/出口电流； 功率因数； 有功功率； 无功功率。
风力发电机组控制系统课件
10
控制系统的作用
——保证风机的安全
• • • • • • •
超速保护； 电缆扭缆保护； 变桨系统保护； 电网保护； 雷电保护； 传感器故障保护； 振动保护。
风力发电机组控制系统课件 11
控制系统的作用
• 控制系统的基本功能是对风机的启动、停 止、切入（电网）和切出（电网）、输出 功率的限制系统课件
3
控制系统的作用
控制系统的作用： • 监测风机运行状态； • 保证风机的安全； • 捕获最佳风能并转换为电功率； • 提供满足用户需求的电能质量。
风力发电机组控制系统课件
4
控制系统的作用
——监测风机运行状态
气象状态监测：
• 风速大小——采用2只机械式传感器； • 风向——采用机械式 传感器。
风力发电机组控制系统课件
5
控制系统的作用
——监测风机运行状态
变桨系统监测：
• • • • • • • 桨叶位置——A、B编码器； 风暴（位置）保护状态； 驱动电机温度； 轮毂控制柜内温度； 变桨速度监测； 变桨通讯状态； 变桨系统故障监测。
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。
机组控制系统介绍
电机侧功率单元 主电缆
AC DC DC
适合接入电网的频率：50/60 Hz 电压：620VAC(+/-10%) ； 标准功率因数：1.0， 无功功率的调节范围：-0.95~0.95 ； 运行温度(以外界环境运行为准)：零下 30℃ ~零上 50℃ ； 采用风冷散热、集中控制方式 。
二、机组主控制系统的组成及功能
机组中用到的贝福模块（或功能端子） 1、主控制器CX1020 2、控制器供电电源CX1100-0002 3、Profibus-DP通信主站模块CX1500-M310 4、子站通信模块BK3150（总线耦合器） 5、子站通信模块BC3150（总线端子控制器） 6、4通道数字量输入端子KL1104 7、4通道数字量输出端子KL2134 8、8通道数字量输出端子KL2408 9、4通道模拟量输入端子KL3204 10、电力测量端子KL3403
主控系统
冷却系统
监控系统
变桨传感器 变桨执行器 变桨控制单元 备电系统
整流单元 逆变单元 直流保护单元 控制单元 滤波单元
控制单元 传感器单元 执行单元 总线系统
风冷系统 水冷系统
以太网通信网络系统 人机交互监控系统
一、金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统
控制系统各个部分的主要功能
人机交互 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息 网络/远程监控 ▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
二、机组主控制系统的组成及功能
2、控制器供电电源CX1100-0002
CX1100-0002模块是系统可以选择的三种电源模块中的一种。所有其他系统组件的 电源通过内置 PC104 总线供电，无需单独的电源线。然而，CX1100 组件除了提供电源 以外，还可具有其他重要特性：集成的 NOVRAM 可实现 故障情况下过程数据的安全存 储。有两行字符（每行 16 个字符）的 LCD 显示器用于显示系统和用户信息。
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。
风力发电机组及应用：第七章控制系统
4 自动运行的控制要求
❖开机并网控制
当风速10min平均值在系统工作区域内，机械闸松开，叶尖复位 ，风力作用于风轮旋转平面上，机组慢慢起动，当发电机转速大 于20%的额定转速持续5%，转速仍达不到额定转速60%，发电机 进入电网软拖动状态，软拖方式视机组型号而定。
第七章 风力发电机组控制系统
1 机组控制系统的基本组成 2 控制系统的功能 3 典型机组的控制系统 4 机组控制的运行维护
1 控制系统的基本组成
风力发电机组控制(DCS)系统组成主要包括各种传感器、 变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿 单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、 监控单元。
双速发电机：分别设计成4极和6极。一般6极发电机的额定功 率设计成4极发电机的1/4到1/5。
功率
P1 切换点 P2
大发电机功率曲线 小发电机功率曲线
风速
风力发电机组在 低风速段进行时，不 仅叶片具有较高的气 功效率，发电机的效 率也能保持在较高水 平。
1 定桨距风力机的特点
三、功率输出
定桨距风力发电机组风轮的功率调节是完全依靠叶片 的气动特性，因此，风轮吸收的功率随风速不停地变化， 发电机工作于同步转速附近。
变距系统
•转速控制 •功率控制
用户界面
•输入用户指令，变更参数 •显示系统运行状态、数据 及故障状况
主控制器
•运行监控，机组起/停 •电网、风况监测
无功补偿
•根据无功功率信号分组 切入或切出补偿电容
调向系统
•偏航 •自动解除电缆缠绕
液压系统
00风电 机组控制系统介绍
二、机组主控制系统的组成及功能
金风1.5兆瓦机组主控制系统使用贝福公司生产的PLC，处理速度快且功能强大：
硬件： 1、主处理器CX1020 采用功能强大的 1GHz Intel® M （系列）CPU ，主频达到1GHz，程序 运行速度快。 2、可同时执行多个任务及运行控制。可分成4 套控制器，每套4个任务，最小任务周期可达 50us。 3、可根据实际使用点数精确配置，支持即插即 用功能，配置方便、使用简单。
2、红色虚线框里表示水冷系统 （塔底） 3、绿色虚线框里表示主控系统 （塔底） 4、黑色虚线框里表示机舱控制系统（塔顶） 5、紫色虚线框里表示变桨控制系统（塔顶）
冷却水管
散热器
机组主控制柜
水冷却控制柜
金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统 Switch变流配金置风的15系00统千瓦直驱风力发电机组系统结构图
2、红色虚线框里表示水冷系统 （塔底） 3、绿色虚线框里表示主控系统 （塔底） 4、黑色虚线框里表示机舱控制系统（塔顶） 5、紫色虚线框里表示变桨控制系统（塔顶）
冷却水管
散热器
机组主控制柜
水冷却控制柜
金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统
Switch变流配置的系统由变桨子站、机舱 控制子站、低电压控制子站、水冷控制子站、 Switch变流控制子站和主控器组成。
PROFIBUS-DP “紧凑型”总线耦合器 BK3150 扩展了 Beckhoff 总线端子系统， 比较小巧且经济。可以连接多达 64 个总线端子；若采用端子总线扩展技术，则可连 接多达 255 个总线端子。PROFIBUS 总线耦合器具有自动波特率检测功能，速率最大 可以达到 12 Mbaud ，2 个地址选择开关用于分配地址。为了方便现场总线信号的通讯 ，提供 1 个 D-sub9 针接口。
风力发电机组控制系统设计与仿真
风力发电机组控制系统设计与仿真一、引言风能作为一种可再生的清洁能源，受到越来越多的关注和应用。
风力发电机组是利用风能将其转化为电能的设备，而风力发电机组控制系统则是保证风力发电机组安全可靠运行的核心。
本文将介绍风力发电机组控制系统的设计与仿真，涵盖系统的功能、架构、控制策略和仿真实验等方面。
二、功能需求1. 风力发电机组控制系统的主要功能是对风力发电机组进行全面控制和监测，包括对风轮、发电机和变流器等的控制和保护。
2. 控制系统应能自动调节风轮转速和变桨角度，以确保最大化风能转化效率。
3. 控制系统应具备实时检测和响应的能力，能够对外部环境变化做出及时调整，并保证机组的安全运行。
4. 控制系统应能对发电机和变流器进行功率控制和电流保护，以确保电网的稳定性和可靠性。
三、系统架构设计1. 风力发电机组控制系统的架构主要分为三层：监控层、控制层和执行层。
2. 监控层负责对整个风力发电机组系统进行实时监测和数据采集，包括风速、转速、功率等参数的测量。
3. 控制层负责根据监控层的数据进行决策和控制策略制定，实现对风力发电机组的自动调节和保护。
4. 执行层负责根据控制层发出的指令对风轮和变桨系统进行控制，以及实现发电机和变流器的功率控制和保护。
四、控制策略设计1. 风力发电机组控制系统的控制策略需要考虑到外部环境和内部状态的变化，以实现最佳的风能转化效率和系统的安全运行。
2. 针对风速变化，控制系统应根据实时风速数据自动调整风轮的转速和变桨角度，使其始终处于最佳工作状态。
3. 控制系统应实施齐备的故障检测和识别算法，能够快速准确地判断风力发电机组是否存在故障，并采取相应的保护措施。
4. 控制系统应具备电网响应能力，能够根据电网需求调整发电机的功率输出，以保持电网的稳定性。
五、仿真实验1. 通过仿真实验可以验证风力发电机组控制系统的设计方案和控制策略的有效性。
2. 使用仿真软件建立风力发电机组的数学模型，并根据实际工作情况设置仿真参数。
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。
风力发电机组主控系统培训课件
二、 主控产品简介
3. 参数指标
目前三一主控系统的产品如表2.2所示
表2.2 三一主控系统型谱
产品名称 1.5MW陆上低温型风机主控系统 1.5MW陆上高原型风机主控系统 2.0MW陆上低温型风机主控系统 2.0MW-60Hz低温型风机主控系统 2.0MW海上型风机主控系统 3.0MW海陆兼容型风机主控系统 ...
21
品质改变世界
三、 主控产品组成部分（电气
电气组成
机舱柜主要有：
(1) 控制单元；(2) 低压器件；(3) 电源单 元； (4) 安全链系统；(5)防雷单元；(6) 通讯单元；(7) 监控单元
塔底柜主要有： (1) 电源单元 ; (2) 传感器单元 ; (3) 控制单元;(4) 监控单元;(5) 通讯单元
产品型号 SYK15L SYK15H SYK20L SYK20LE SYK20S SYK30S ...
13
品质改变世界
二、 主控产品简介
4. 功能介绍
风
风轮
传动链
当前桨距角
变桨系统
当前桨距角
给定的桨距角
核心功能 辅助功能
主控制器
发电机
变流器
测
量
的
转
速 转
矩
环境和设备 状态检测
远程通讯/ 人机交互
日志、报警 和故障处理
• 外部通讯是指主控与远端数据 服务器，多个风机控制器之间 的数据传输，通常使用 EtherNET TCP/IP（局域网络） 实现。
图3.2 主控系统产品实物
22
品质改变世界
三、 主控产品组成部分（电气
配电线路图
图3.3 主控系统配电线路示意图 23
品质改变世界
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。
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。
00风电 机组主控系统
PLC执行程序的过程
输入和输出
★ 集中采样： 在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当PLC
进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段 才对输入状态进行重新采样。 ★集中输出：
在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描 周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输 出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。
输入/输出按组态文件进行
四、现场总线Profibus-DP
4.1 Profibus-DP定义了三种设备类型
4.2 Profibus-DP单主系统
注意：我们1.5MW的电控系统就是采用的Profibus-DP单主系 统。
4.3 Profibus-DP多主系统
注意：我们的机组一般的通讯速率是3MBit/s,所以总线循环 时间低于10ms。
桨，转速低于切入转速时，风力发电机组脱网）。 D、当风速高于28米/秒并持续10秒钟时，实现正常停机；当风速高于33米/秒并持续1秒
钟时，实现正常停机。
E、当遇到一般故障时，实现正常停机（变桨4°/s 顺桨）。 F、当遇到某些固定故障时，实现快速停机（变桨6°/s 顺桨）。
G、当遇到特定故障时，实现紧急停机（变流器脱网，网侧断路器断开，叶片以7°/s 的速度顺桨）。
模拟量输出模块用于将CPU送给它的数字信号转换成为比例的电流信号或电压信号，对执 行机构进行调节或控制，其主要组成部分是D/A转换器。（如图所示）
3.4、倍福PLC模块
KL9010是K_BUS终端端子(模块)
KL9010总线末端端子可用于总线 耦合器和总线端子之间的数据交换。 每一个站都可在右侧使用KL9010 作为总线末端端子。总线末端端子 不具有任何其它功能或连接能力。
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.密级：公司秘密东方汽轮机有限公司DONGFANG TURBINE Co., Ltd.2.0MW108C型风力发电机组主控制系统说明书编号KF20-001000DSM版本号 A2014年7 月.编制 <**设计签字**> <**设计签字日期**> 校对 <**校对签字**> <**校对签字日期**> 审核 <**审核签字**><**审核签字日期**>会签 <**标准化签字**> <**标准化签字日期**> <**会二签字**> <**会二签字日期**> <**会三签字**> <**会三签字日期**> <**会四签字**> <**会四签字日期**> <**会五签字**> <**会五签字日期**> <**会六签字**> <**会六签字日期**> <**会七签字**> <**会七签字日期**> <**会八签字**> <**会八签字日期**> <**会九签字**> <**会九签字日期**> 审定 <**审批签字**> <**审批签字日期**> 批准<**批准签字**><**批准签字日期**>编号换版记录目录序号章 节名称页数备注1 0-1 概述 12 0-2 系统简介 13 0-3 系统硬件114 0-4 系统功能 55 0-5 主控制系统软件说明126 0-6 故障及其处理说明640-1概述风能是一种清洁环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。
随着地球生态保护和人类生存发展的需要，风能的开发利用越来越受到重视。
风力发电机就是利用风能产生电能，水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型，它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。
风力发电机的控制技术和伺服传动技术是其核心和关键技术，这与一般工业控制方式不同。
风力发电机组控制系统是一个综合性的控制系统，主要由机舱主控系统、变桨系统、变频控制系统三部分组成，通过现场总线以及以太网连接在一起，各个模块都有独立的控制单元，可独立完成与自身相关的功能（图0-1-1）。
目的是保证机组的安全可靠运行、获取最大风能和向电网提供优质的电能。
图0-1-10-2系统介绍风机的主控系统是整个风力发电机组的核心部件，它主要完成机舱数据采集、判断和处理，检测每个部分传感器是否有故障，通过各类传感器对电网、风况及风机运行参数进行监控，并与变频系统、变桨系统保持数据通讯，根据各方面的数据做出综合分析，发出控制指令，实现系统的启动与停机控制、并网与脱网控制、开桨与收桨控制、偏航与解缆控制、运行数据的采集与统计、远程数据传输、风机远程控制等。
系统主要参数如下：●控制柜外形尺寸：1800mm×1200mm×400mm●柜内自带照明、加热及除湿系统●主电源：690V AC，50Hz●辅电源：400V AC，50Hz, 230V AC，50Hz●主控制器硬件：FCN控制器●生存温度：-40℃～+70℃（变化率<1℃/min）●工作温度：-30℃～+60℃（变化率<0.5℃/min）●工作海拔：0～2000m●通讯接口：RS485、RS232、Ethernet，可支持CANopen、MODBUS等●允许本地和远程设备操作人员通过以太网口进行数据读取和操作●可以通过网口进行远程软件升级和调试●可生成各种运行数据报表和文档●CPU 平均寿命＞20 年●VX-Works 实时操作系统●CPU：166MHz●RAM 内存：128M●FLASH 内存：128M●掉电存储：410K●编程语言: 符合IEC61131-3标准,支持功能框图（FBD）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、结构化文本（ST）、指令清单（IL）编程●多任务操作：可以同时进行16个任务0-3系统硬件在整个风力发电控制系统中，根据控制要求可以配置不同的模块以实现不同的功能，从而使整个控制系统具有很强的扩展性。
采用模块化组合可以提高控制系统的可靠性和灵活性。
系统硬件表：3.1 CPU模块NFCP100a）主要技术特点●处理器型号为MMX-Pentium166MHz●主存储器128MB（ECC）；静态RAM为1MB（ECC），电池供电●全双重化通信方式，异步同2个以太网端口：100/10Mbps，100BASE-TX或10BASE-T，RJ45模数插口●I/O接口支持SB总线●具有看门狗定时器、温度监视器等功能b）功能描述每个控制单元上安装有一个CPU模块，也可安装两个以用于双重化CPU配置。
CPU 模块运行一套实时操作系统（OS），支持符合IEC61131-3国际标准的编程语言，并可用作Java虚拟机。
3.2 基板模块NFBU200a）主要技术特点●标准配备两个专用插槽(P1和P2)用于双重化电源模块●双重化SB总线配置●可选用一套控制单元或扩展单元●十个功能插槽(其中有两个专供CPU模块使用)b）功能描述基板模块是一个底架。
各种功能模块，例如CPU、电源、SB总线重复模块和I/O模块均安装在该底架上，从而配置成一个控制单元或扩展单元。
3.3 电源模块NFPW442a）主要技术特点●额定输入电压AC 220~240V（输入电压范围AC 170~264V）●输入频率47~66Hz（额定：50/60Hz）●输入电流最大0.7A （熔丝额定值3.15A）●额定输出电压+5.1V DC总线●额定输出电流0~7.8A（峰值电流11.8A）●总输出40W(峰值60W)b）功能描述电源模块安装在基板模块上，为其他模块提供稳定的电源。
除了主电源输入之外，本电源模块还配备DC 24V电源的输入端子。
来自这些端子的DC 24V电源输入作为模拟现场电源并为模拟I/O模块供电，以驱动它们的现场接口电路并通过基板模块为连接的现场设备供电。
当DC 24V电源用于数字输出时，则必须将其接至相应I/O模块的单独端子上。
3.4 RS485通讯模块NFLR121RSa）主要技术特点●支持半双工/全双工通讯方式●一点对多点连接方式●最大波特率为115200bps●最长通讯距离为1200m●使用屏蔽双铰线b）功能描述通过RS-485通讯模块与电网测量模块，振动测量模块和变桨控制器进行通讯。
3.5 数字量输入模块NFDV151a）主要技术特点●输入通道数32●额定输入电压DC 24V●输入ON电压DC 18~26.4V●输入OFF电压DC 5.0V或更低●输入电流（额定输入电压时）4.1mA±20%/通道●瞬时容许最大输入电压DC 30.0V●压接端子接线b）功能描述数字输入模块接收32通道DC 24V ON／OFF信号。
具有检测ON/OFF状态功能以及按钮边计数功能。
3.6 数字量输入模块NFDV161a）主要技术特点●输入通道数64●额定输入电压DC 24V●输入ON电压DC 20~26.4V●输入OFF电压DC 5.0V或更低●输入电流（额定输入电压时）2.5mA±20%/通道●瞬时容许最大输入电压DC 30.0V●MIL连接电缆b）功能描述数字输入模块接收64通道DC 24V ON／OFF信号。
具有检测ON/OFF状态功能以及按钮边计数功能。
3.7 PT100输入模块NFAR181a）主要技术特点●三线制PT100测温●12通道，隔离●允许输入电压±5V●最大承受电压输入和系统之间1500V AC●精度为满量程的±0.03%（0~400Ω）●测量电流1mAb）功能描述PT100输入模块用于测量各种需要检测的温度值，例如机舱内外温度，定子温度，齿轮箱温度等，并将这些温度信号传送给主控系统。
3.8 模拟量输入模块NFAI143a）主要技术特点●16通道输入，通道隔离●精度：满量程的±0.1%●4~20mA信号输入●容许输入电流27mA●输入阶跃响应时间100ms●数据刷新周期10ms●为每个通道设置引脚，可选择2线或4线变送器b）功能描述该模块主要用于4～20mA DC信号测量。
3.9 模拟量输入输出模块NFAI543a）主要技术特点●16通道输出，隔离通道●容许输出电流4~20mA●输出阶跃响应时间100ms●为每个通道设置输出失效●带模拟用压接端子板b）功能描述该模块主要输出4~20mA DC信号。
3.10 高速计数输入模块NFAF135a）主要技术特点●8通道独立输入●输入信号类型有ON/OFF信号，电压脉冲，电流脉冲●输入信号频率0.1~10kHz●测量精度为测量值的0.1%●输入信号和系统之间以及通道之间可耐受最大电压为500V AC●最小输入脉冲时间间隔40usb）功能描述高速计数输入模块用以测量主轴转速，偏航方向等。
3.11数字量输出模块NFDV561a）主要技术特点●输出通道数64●额定外加电压DC 24V●负载电压DC 24V, 100mA●现场电源电压范围DC 20.4~26.4V●输出ON最大电压值DC 2V●输出OFF时最大漏泄电流值0.1mA●电流吸入输出方式●最大负载电流100mA/通道，26.4V●MIL电缆连接b）功能描述数字输出模块输出64通道晶体管触点信号。
具有ON/OFF状态输出功能。
3.12 CANOpen通讯模块NFLC121a）主要技术特点●1个CANOpen通讯口●带模拟用压接端子板b）功能描述该模块用于CANopen通讯。
3.13 SB模块NFSB100a）主要技术特点●串行通信传输方式●128Mbps波特率●可双重化配置b）功能描述安装两个SB重复模块总线以实现SB总线双重化。
每个SB总线重复模块通过一个专用的T型接头和电缆与另外一个相连。
3.14 液晶操作面板T70a）主要技术特点●铝镁合金外壳美观，轻巧，坚固，抗干扰性强●稳定操作系统：Windows CE 操作系统●功能强大处理器：Intel Xscale 处理器●真色彩：6万5千色，色彩鲜艳逼真●网络功能：电子邮件，远程访问与控制，FTP 档案传输●防水功能：抗水枪冲击b）功能描述为风机控制系统量身定制的该液晶操作面板可操作性强，人机界面使用方便。
可以通过该面板对风机进行操作，浏览风机运行状态及设置各项参数。
配备了2个液晶操作面板，一个安装在机舱控制柜处，另一个安装在变频控制柜处。
3.15 交换机SLX-5ES3SCa）主要技术特点●运行模式：非管理型交换机，存储转发，线速交换，无阻塞●内存带宽：3.2 Gbps●端口延迟：5 us●4个RJ45 端口，1个100M光纤端口●自动协商，自动mdi/mdix线型适应，自动切换TxD和RxD●工作温度：-40 ~ 85°Cb）功能描述工业以太网络作为风场传输平台，每台风机配置2台该型号交换机，分别安装于机舱控制柜和变频控制柜，主控制器通过交换机彼此相连，构成环形自愈网。