控制系统使用说明书

本使用说明书属于FD77-1500-III风力发电机组电气控制系统的一部分，除此之外还包括人机界面使用说明书，变流器使用说明书和变桨系统使用说明书。

目录

1 控制器介绍 (4)

1.1 系统功能描述 (5)

1.2 FD77-1500-III风机控制器基本参数 (6)

2 控制柜上的操作元件 (7)

2.1 塔筒柜的操作元件 (8)

2.2 塔筒柜的开关器件 (10)

2.3 机舱柜的操作元件 (12)

2.4 机舱柜的开关器件 (13)

2.5 机舱柜主电源开关 (15)

3 运行过程 (16)

3.1 空转, 起动和发电运行 (16)

3.2 监督控制 (17)

3.2.1 启动过程 (17)

3.2.2 关闭过程 (18)

3.2.3 速度范围和触发等级 (19)

3.2.4 过功率触发等级 (19)

3.2.5 电网故障和电气故障 (19)

3.2.6 偏航控制策略和故障触发 (20)

3.2.7 变桨系统描述和故障模式 (21)

1 控制器介绍

1.5MW风力发电机主控系统，其中包括塔筒柜和机舱柜。由塔筒柜、机舱柜组成的主控系统是整个风力发电机控制系统的心脏，由DCS分布式控制系统设计理念而来。顾名思义塔筒柜放置于塔筒底部、机舱柜位于机舱之中，每个部分都各司其职同时又相互通讯共同构成了风机各个执行机构的大脑，将主控制器功能分解细化后分别规定其功能，有利于系统控制的高效、实时、稳定、可靠同时也便于系统的调试和维护。

图1 风机各控制部分布置图

1塔筒柜

2机舱柜

3变桨控制柜

4 变流器

1.1 系统功能描述

控制系统的总体功能包括发电控制，风机所需要的力矩和桨距角的实时计算，系统工作状态监视控制，安全系统功能等。

机舱柜功能：采集传感器信号，执行主控系统的I/O功能；包括Bachmann 的PLC，接触器，热继电器，过电压保护，空气断路器，熔断器等。

塔筒柜功能：执行塔底中的一些I/O功能，实时计算风机所需要的力矩和桨距角，与变流器和变桨系统通讯，通过对变流器和变桨系统的指令给定来控制风机的发电运行，同时接收来自机舱柜的PLC传来的传感器的信息，并发送执行命令给机舱柜的PLC，让机舱柜执行相关的动作。

图2 风机控制器布置图

1.2 FD77-1500-III风机控制器基本参数

最大稳定状态电功率 1.5MW

轮毂高度80米

切入风速3m/s

切出风速21m/s

额定风速11.5m/s

最小稳定状态风轮转速11r/min

最大稳定状态风轮转速18.1r/min

最小运行变桨角度0º

最大变桨速度12º/s

最小变桨速度-12º/s

2 控制柜上的操作元件

塔筒柜的操作元件

图3 塔筒柜的操作元件

2.1 塔筒柜的操作元件

注意：紧停按钮是在出现危险或紧急情况时，能立即停止危险的动作或使其失效，从而减轻伤害或避免伤害，紧急按钮是安全系统的重要组成部分，不受控制器控制，最大程度的保证人员和风力发电机的安全。紧急按钮分别设置在塔筒柜和机舱柜上，在变流器上也设置了同样的保护措施。只有在人员受到危险或者风机处于危险情况时，按下紧急按钮会启动安全链，安全系统动作，紧急制动系统会使风力发电机的转子停止转动。

2.2 塔筒柜的开关器件

图4 塔筒柜的开关器件布置图

塔筒柜的开关器件功能

表1 塔筒柜开关器件功能

注意：UPS的操作，先把后面的白色的开关合上，再按动面板上的“ON”按钮，直到面板显示电压值。

机舱柜设置了相同的元件，仅仅多了轮毂灯开关。轮毂灯开关所在位置如图4所示，用来控制轮毂内的照明。

图5 机舱柜的操作元件

图6机舱柜的开关器件布置图

表2 机舱柜开关器件功能

2.5 机舱柜主电源开关

机舱柜的主电源开关设置在机柜侧面，如下图所示

图7 机舱柜主电源开关

3 运行过程

3.1 空转, 起动和发电运行

当风速大于或等于每秒 3 米时，通过变桨系统调节桨叶的角度，就可使风力发电设备获得最佳的叶尖速比。只要转速一达到工作转速，就会自动接通电源:

●风速低于额定风速时，在这个部分负荷范围内，双馈异步发电机的变流器会

调整发电机的输入转矩，调整的方法是根据转矩的特性曲线来优化功率输出。

●风速高于额定风速时，通过调整转子叶片角度的方式来限制发出的功率。在

这个工作范围里变流器会把发电机的输入转矩一直保持在额定值。有大风时，风力发电设备会先以转子的加速来做反应，而且会用调整叶片角度的方式来调整转数使它达到额定值每分钟18.1 转,风力发电设备在连接电网的发电状态中，用可变的转速和可变的桨叶角运行。风速太低时，转子停止不动，留在等待旋转的位置，风来时，它会自动运转起来。

3.2 监督控制

监督控制包括风机正常启动和关闭的过程，过速或者过功率故障，以及逻辑上的变桨或偏航故障。如电网连接失败，发电机和功率转换系统直接报告给控制器，将用“电网故障“来处理此问题。

3.2.1 启动过程

启动过程被设计成不会导致发电机设计负载有任何明显的增加。不要求设计的启动过程带初级负载计算。

3.2.2 关闭过程

下表列出了几种不同的发电机关闭过程。前五种由控制器执行，后两种由安全系统执行。

表3 发电机停机程序

我们注意到，正常停机程序使用功率变桨-速度和转矩-速度控制来影响关断，其它地方的关断过程都是开环的。

变桨系统必须能够达到12º/s的快速变桨速度，正常变桨速度设置在4º/s。需要注意的是，我们经常使用正常变桨率，而不是快速变桨率，这样能够减少负面的结构负载的作用力。