风电控制系统及SCADA系统

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风力发电机组 控制系统及SCADA系统
风力发电机组的控制系统
► 风力机的运行及保护需要一个全自动控制系统,它
必须能控制风机自动启动,控制叶片桨距的机械调 节装置及在正常和非正常情况下停机。除了控制功 能,系统用于监测以提供运行状态、风速、风向等 信息。该系统是以计算机为基础,一般具备远程控 制及监测功能。控制系统具有以下主要功能: ► 1、顺序控制启动、停机以及报警和运行信号的监 测 ► 2、偏航系统的低速闭环控制 ► 3、桨距装置快速闭环控制 ► 4、与风电场控制器或远程计算机的通讯
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 行复位,否则无法启动。
► 发电机温度检测和保护
► 扭缆检测及控制 ► 与塔基PLC主站(FASTBUS)及轮毂PLC从站
(CAN)通讯 ► 本地调试及维护接口
轮毂锁装置
► 用于固定风轮 ► 使用液压闭锁装置 ► 在风机停机维护时使用
轮毂控制柜
► 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)
当系统发生紧急故障如风机发生飞车,超速 、振动及负载丢失等故障时,风机进入紧急 停机程序,机组在迅速收回桨叶的同时执行 机械刹车装置,迅速将风机制动,防止故障 进一步加深。
自动运行控制要求
► 5、安全链动作停机
安全链动作停机指电控制系统软保护控制失 败时,为安全起见所采取的硬性停机——叶 片迅速变桨收回、机械刹车和脱网同时动作 ,风力发电机组组在几秒内停下来。
温度记录模块PTAI216
温度记录模块PTAI216有4路模拟输 入和12路PT100传感器输入 ► 单端或差分模拟输入信号 ► 可输入2线Pt100传感器 ► 分辨率14位(AI) / 12位( Pt100 ) ► 取样时间2.5毫秒(AI) / 600毫秒 ( Pt100 ) ► 输入与系统电隔离 ► 断线监测投入 ► 监测外部电源电压
► 滑环装置的作用
1.轮毂供电传输 2.CAN总线传输 3.超速传感器安装 4.轮毂转速传感器安装
SUZLON滑环
Bachmann M1 PLC系统特点
► 可靠的硬件,适合恶劣的现场环境
环境温度:存储温度-400C-700C(低温型)运行温度:0-600C;相对湿度:5-95% 适合于振动环境

DIO数字量输入输出模块
► 16/48/64/80个数字通道 ► 16个通道克设置成输入或
输出I/O点 ► 配置中断输入量 ► 每个通道带有状态指示 LED ► 供电电源18-34V DC,电 源具有极性反接保护
数字输入输出模块TTL264
► 48个数字输入通道 ► 16个数字输出通道 ► 状态指示:黄色LED表正
风机控制系统组成
► ► ►
塔基控制柜
风机各控制功能中央处理及通讯 风机本地监控和操作
机舱控制柜
主控制系统的远程I/O站 偏航控制及其他辅助控制功能
轮毂控制柜
机舱CAN从站 变桨控制及其他辅助控制功能
控制系统框图
塔基控制柜
塔基控制柜组成 1. PLC主站 2. RTU(远程接口单元) 3. 工业以太网交换机 4. UPS电源 5. 触摸屏(本地监控及操作) 6. 各种按钮、指示灯、小型断 路器、继电器、加热元件、 风机、端子板等等
► 对于有大、小发电机的风力发电机组组,按
风速范围和功率的大小,确定大、小电机的 投入,但大电机和小电机的发电工作转速不 一致,通常为1000r/m和1500r/m,在小电机 脱网,大电机并网的切换过程中,要求严格 控制,通常必须几秒完成控制。
自动运行控制要求
► 2、小风和逆功率脱网
小风和逆功率停机是将风机停在待风状态, 当十分钟平均风速小于小风脱网风速或发电 机输出功率负到一定值后,风机不允许长期 在电网运行,必须脱网,处于自由状态,风 机靠自身的摩擦阻力缓慢停机,进入待风状 态。当风速再次上升,风机又可自动旋转起 来,达到并网转速,风机又投入并网运行。
源自文库
DIO数字量输入输出模块
可配置输入/输出比 ► 可从数字传感器读取信号 ► 数字执行机构切换 ► 提供输入与输出I/O电位间的插针 ,并与总线电隔离 ► 防止输出短路,过载热保护 ► 数字输入/输出模块DIO2XX可用于 驱动执行机构、如接触器、继电器 ,气动阀和液压阀,还可用于读取 数字工作设备的信号,如传感器, 光电管设备和各种开关。
自动运行控制要求
► 9、软切入控制
风力发电机组组在进入电网运行时,必须进行软 切入控制。通常软并网装置主要由大功率晶闸管和 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。
风机运行状态划分
► 运行状态
1)机械刹车松开 2)允许机组并网发电 3)偏航系统投入自动 4)变桨系统选择最佳工作状态 5)发电机出口开关闭合,若风速够大可以 发电,则大、小发电机的相应开关闭合
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
► 库模块
标准函数及标准功能块
BACHMANN模块介绍
MPC型控制器


► ► ► ► ► ► ► ►


使用PC机,适应性强 奔腾III系列处理器 处理器时钟频率400MHZ 2个串口 2个10/100M以太网口 1个USB1.1接口 具备运行、初始化、出错指示的指示灯 大容量外存(最大1G) 32/64/128MB内存 最大512K数据存储器,电池后备电源 64kFRAM数据存储器 PC机板载4/8/16/32/64MB闪存式程序 存储器,4MB内部闪存用于系统软件
自动运行控制要求
► 7、对风控制
风机在工作风速区时,应根据机舱的控制灵 敏度,确定每次偏航的调整角度。由风向标 判定机舱与风向的偏离角度,根据偏离的程 度和风向传感器的灵敏度,时刻调整机舱偏 航电机的运行状态。
自动运行控制要求
► 8、功率调节
当风机在额定风速以上并网运行时,一旦发 生过载,必须进行变距调节,减小风轮的捕风 能力,以便达到调节功率的目的,通常桨距 角的调节范围在0°—90°
自动运行控制要求
► 3、普通故障脱网停机
机组运行时发生参数越限、状态异常等普通 故障后,风机进入普通停机程序,机组收回 桨叶,软脱网,待低速轴转速低于一定值后 ,再抱机械闸,如果是由于内部因素产生的 可恢复故障,计算机可自行处理,无需维护 人员到现场,即可恢复正常开机。
自动运行控制要求
► 4、紧急故障脱网停机
风电机组工作状态及控制方法
►V切入风速≤V风速≤V转子最大转速下的风速
最佳Cp值控制:虽然最大Cp值在不同风速下是不相同的,但在风速一定 的情况下,需要使它达到最大。由上面的公式知道,只需要控制发电机 的转速ω ,使叶尖速比值为λ opt即可实现该风速下的最佳风能利用。发电机
的转速控制是通过风电变频器对发电机的控制来实现的。
I/O模块可灵活进行编程设置,降低了现场处理问题的时间
Bachmann M1 PLC系统特点
► 实时多任务操作系统VxWorks ► 灵活的编程方式
C++、IL、ST、FDB、LD、SFC、CFC
► 强大的仿真功能
matlab中产生的代码通过M1 PLC的编译工具编译后可以直接在M1 PLC中运行

塔基控制柜
► PLC主站系统
1.CPU模块(带有以太网接口和CAN MASTER 接口) .机组控制 .变频器控制(CAN BUS和硬接线) .与RTU进行数据交换 2.FM模块(FASTBUS总线通讯模块) .与机舱PLC从站进行数据交换 3.DIO模块 .处理各种外部开关量输入/输出:如风机起动/停车、 变压器高侧压开关的状态、变频器及冷却装置 等外部信号 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
常( RDY ) ► 电源内部的5伏直流取自 背板 ► 可连接外部5伏直流电源
AIO模拟量输入输出模块
► 每个输入通道的输入电压可设
置成±1V,±10V,或者020mA12路Pt100信号 ► 测量范围-100-+300℃ ► 取16个数值做平均,提高精度 ► 出错检测 ► 传感器和执行机构可取单端或 差别连接 ► 可连接2线制PT100
自动运行控制要求
► 6、大风脱网控制
当风速10分钟平均值大于25m/s时,风力发 电机组可能出现超速和过载,为了机组的安 全,这时风机必须进行大风脱网停机。风机 先投入收回叶片,等功率下降后脱网,20秒 后或者低速轴转速小于一定值时,抱机械闸 ,风机完全停止。当风速回到工作风速区后 ,风机开始恢复自动对风,待转速上升后, 风机又重新开始自动并网运行。
► 高性能的CPU,大容量的存储器
intel 80386EX,33MHZ,8M内存,最大64M程序存储区,适合于复杂的算法,兼具传统DCS和PLC的优点
► 灵活的通讯方式,简洁的网络结构
支持CAN、FASTBUS、Profibus等现场总线及工业以太网通讯方式,支持双绞线和光纤通讯介质
► 多种可编程的I/O模块
►V转子最大转速下的风速≤ ►V额定风速≤
V ≤V
风速 切出风速
额定风速
恒转速控制:保持额定转速,直到达到最大功率,这时Cp值不一定最 佳。
V ≤V
风速
恒功率控制:通过变桨距调节,保持输出功率为额定值。
风力发电机组的控制目标
► (1)控制系统保持风力发电机组组安全可靠运行
,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。 ► (2)控制系统采用计算机控制技术实现对风力发 电机组组的运行参数、状态监控显示及故障处理, 完成机组的最佳运行状态管理和控制。 ► (3)利用计算机智能控制实现机组的启停及功率 优化控制,主要进行软切入、功率因数补偿控制、 大小发电机切换和额定风速以上的恒功率控制。
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
机舱控制柜主要功能
► 手动/自动偏航控制包括液压刹车 ► 气象站数据检测(风速、风向、温度) ► 润滑系统控制
► 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
轮毂控制柜功能
► 变桨及紧急收桨控制 ► 紧急收桨系统在线检测 ► 超速保护
► 轮毂速度检测
► 变桨轴承和变桨齿轮润滑控制
► 轮毂温度监视
滑环装置
► 轮毂模块
变桨控制,轮毂辅助控制及轮毂事件评估
► 事件处理模块
所有事件处理
► 硬件模块
I/O地址设定,开关量及模拟量通道设定
模块化软件设计
► 报告模块
可利用率及生产统计处理
► 用户接口模块
基于对象的信号处理,主要是与本地监控系统和中央监控系统的数据交换
► 仿真模块
内置的仿真模块用于控制系统的软件测试,同时还可用于工厂3个控制柜的工厂测 试
自动运行控制要求
► 1、开机并网控制
当风速十分钟平均值在系统工作区域内,机 械刹车松开,叶片开始变桨,风力作用于风 轮旋转平面上,风机慢慢起动,当转速即将 升到发电机同步转速时,软启动装置使发电 机连入电网呈异步电动机状态,促使转速快 速升高,待软启动结束旁路接触器动作,机 组并入电网运行。
自动运行控制要求
► 强大的软件示波器功能
大大降低了分析和调试的时间
► 多种风电机组工具包
如:生产数据处理、功率曲线、偏航控制、统计分析等等
► 数据安全
模块化软件设计
► 风力发电机组模块
主控制顺序(启动/停车/重启等发电顺序)及主风机事件评估
► 变频器模块
变频器控制及变频器事件评估
► 机舱模块
偏航控制,机舱辅助控制及机舱事件评估
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