风机控制系统

第二部分 巴合曼（BACHMANN）控制器
巴合曼是世界上最大的风机控制器制造商之一，目
前在全球的风电市场上已超过二万台的配套数量 （占全球市场份额的40%），在1.5MW—5MW机 组上广泛应用，可以为全球风电制造商提供完备的 控制系统解决方案。总部在奥地利，上海设有技术 支持和销售中心。 巴合曼风电控制系统具有高可靠性、高兼容性的特 点：
“风机控制基础培训”
第一部分 大型风电机组控制系统介绍
设计原则 控制系统组成 主控系统网络结构 安全系统
控制软件
风电场管理及远程监控
控制系统设计原则
高安全性 高可靠性
最大电能输出（叶片和最大风能捕获）
降低动载荷 易于扩展 便于维护
(优化设计） （不同需要之间的灵活选择） （远程诊断，故障追忆）

状态控制

可将状态划分的更为详细，并分配代码，对每一个状 态、工况建立状态表，把所有基本状态的程序编好， 再通过切换控制，在不同状态下控制。


状态码及其条件 部件动作 状态改变条件及操作权限 灵活的IO点定义 方便的通讯接口：配置文件，无需编程 机组状态、故障处理方式用户自定义
发电控制及控制策略
巴合曼的风力解决方案
硬件和软件方案
特点
系统开放性：系统可以使用符合IEC61131标准的
的PLC、C/C++或者JAVA进行编程。对扩展的控 制任务可以使用MATLAB/Simulink建模，并可以 在系统中在线测试和执行。支持所有通用网络和总 线协议，如TCP/IP, Profinet, CAN-Bus, ModBus， 并开发了实时光纤总线（LWL-Bus)实现机舱和塔 底之间的网络通信。远程控制则通过SSL加密技术 进行访问保护。 模块化：不管是硬件还是软件均模块化，不同的控 制和调节程序都以模块化形式并行运行在有优先级 的多任务环境中。均可随意扩展和组合 标准化：硬件符合通行的工业标准（CE, IEC， GL，UL等）并且建立在标准的软件和IT环境基础 上。
传感器：

安全保护系统
安全链保护：独立于控制系统之外的由硬件实现
的安全保护系统

一级安全链：紧急停机、切断辅助电源 二级安全链：紧急停机
软件故障处理： 故障动作：降功率运行、自由转动、刹车 故障级别：自复位、手动复位、本地复位 关键点： 保护点的设定：过载、过速、振动、扭缆等 保护措施 关键部件性能 安全系统对刹车系统的控制及影响 锁定装置：风轮、偏航 紧急停机按钮 备用电源
通讯接口：
主控制器和变流器采用现场总线进行通
讯
滑环和传感器
滑环




信号列表：变距系统电源、通讯、控制信号、轮毂内照 明、轴承润滑等 耐压、电流冲击电气性能等 防护等级：IP54 环境要求：是否需要加热 设计寿命：7000万转 维护安装：接线、查线、观察、更换刷丝 风速、风向、加速度、偏航、电能质量
振动预测与干预：
通过传感器采集加速 度信号，对振动进行 预测和防振动处理。

塔筒前后载荷的变化
风电场管理功能需求
SCADA系统：监测控制及数据采集系统 风电机组监控
远程控制：启停、复位等 运行数据监测：机组状态、风数据、转速、功率、温度、 各部件状态

故障追忆：故障触发日志 参数设置备份 数据统计：
国际标准IEC-61400-25系列标准定义了风电
场监测与控制的通讯方式，即定义了风电场 内智能电子设备信息交换模型的服务。

信息交换模型包括：所有能够访问信息的类的层次模型； 对于这些类的信息交换服务；与每项信息交换服务相关 的参数。
但是，该系列标准只涉及风电场构成之间的
通讯，比如风机与操作人员之间的SCADA系 统，而各部分内部的通讯不在标准涉及范围 之内。
最大值、最小值、平均值的统计 动作次数统计 各状态时间统计

风电场管理功能需求（二）
风电场的管理 风场机组管理 风场的集群操作：启动、停机 发电功率因数调节 发电功率调配 电网和气候监测 数据统计：年报表、月报表、日报表等，故
障信息统计分析，风场风数据的统计
国际标准
安全链输出：变流器急停 安全链节点：变流器断开安全链

通讯接口：主控制器和变距系统
采用现场总线wk.baidu.com
变流器接口
辅助电源：
控制电源，UPS，风扇加热器电源
安全链及其它硬件连接

急停输入： 干节点 并网柜与变流器： 电网测量：电网侧电压，定子侧电压，定子侧电流 并网接触器控制： 合，断，就绪等
额定风速以下：最大功率跟踪，避免变距频
繁动作，通过转矩进行最佳叶尖速比控制， 达到最大功率输出
额定风速以上：
恒功率控制 保持功率恒定， 通过变距控制转速 稳定运行

控制策略（二）
阻尼变距控制：避开谐振点（区）
共振点跳跃：
通过变距控制，跳 过低转速点（非工 作区）易振点

主控制器要求
处理能力：主频400M 实时多任务操作系统 开放性、可扩展能力：支持分布式远程I/O 嵌入式Web
Server, FTP Server, Email
Client等 多通讯接口支持：RS485、Profibus， Canopen，Ethernet 存储能力：日志（访问、故障、事件）、临 时数据 高可靠性及恶劣环境的适应能力
现场总线系统
总线系统概览
各种总线扩展模块
例子
解决中心
可视化的远程M-WEB工具箱
M-WEB的概念
风机的远程控制
谢谢！
硬件部分
硬件模块
处理器模块 数字/模拟输入、输出、输入/输出模块 温度记录模块 计数器模块 编码器接口模块 轴控制模块 脉宽调制模块 安全模块 环境监测模块 总线扩展模块 串口模块 供电模块 网络终端
控制器系统编程和调试

特点：非单一的程序文件，而是一个或多个软件模块， 每个模块都可以用不同的程序语言来编写，模块之间 通过SVI(Standard Variable Interface)进行模块间 的通讯。
状态控制：启动、停机、偏航、液压、温控、故障处理等 发电控制：变距、功率闭环控制
状态控制
工作状态：运行、暂停、停机、紧急停机 每种状态是一个活动层次，运行状态层级 最高，急停状态最低，四种工作状态的主要 特征如下:

(1)运行状态： 机械闸松开，允许机组并网发电，机组自动偏航调向，桨 距控制系统选择优化工作模式，根据风速状况选择优化的桨距角，液压系 统保持工作压力，冷却系统自动状态，操作面板显示“运行”状态 (2) 暂停状态：机械闸松开，液压系统保持工作压力，机组自动偏航调向， 叶片桨距角调到接近全翼展状态，叶轮空转或停止，冷却系统自动状态， 操作面板显示“暂停”状态，这个状态在调试时很有用，主要用来调试时 测试整个系统的功能是否正常 (3)停机状态：机械闸松开，叶片处于全翼展状态，液压系统保持工作压 力，机组自动偏航调向停止，冷却系统非自动状态，操作面板显示“停机” 状态 (4)紧急停机状态：机械闸抱闸，紧急电路（安全链）开启，控制器所有 输出信号无效，控制器所有输出信号无效，控制器仍在运行和测量所有输 入信号，操作面板显示“紧急停机”状态
690V主电源接入、分配 电网测量 变压器 人机界面 主控制器
机舱柜
传感器接入 执行部件控制 数字电源 数字、模拟IO 安全链系统 变距系统通讯 变压器 人机界面
UPS电源
风场通讯 塔底数据采集
当机舱柜与塔底柜执行相同功能时，机舱柜优先
级高于塔底柜
变距系统
辅助电源：控制电源，动力电源 安全链及其它硬件连接：
控制系统组成
控制系统涉及的范围：
主控系统软硬件设计； 变距系统软硬件设计；变流系统设计；通讯 链路设计（本机和风场）；防雷及布线设计； 安全系统设计（安全链及故障处理）；外围 传感设计 控制系统的组成：


塔底控制柜 机舱控制柜 变距控制柜 变流器 多路滑环 传感器
塔底柜

1. 2. 3. 4. 5. 6.
-20度- +90度的宽温度工作范围； 集成互联网技术的开放式系统平台； 99.96%以上无故障运行； 完全集成的Matlab/Simulink 系统环境可以节约编程时间； 接入Ethernet灵活可靠的网络化和互联网平台的可视化； 风力应用箱（M-WAB Wind Application Box)