风机控制系统

4.1 油源


向高速轴制动器和偏航 制动器提 供高压油。 备有蓄能器，停电时仍 能向制动 器供油。
4.2 制动装置
高速轴制动器
2件
偏航系统制动器
7件
高速轴制动器 偏航制动器
五、发电机和变频器
形式 额定出力 转速(rpm) 额定电压 保护等级 变频器 四极双馈异步发电机 1500kW 1000～1800±10％ 690V IP54 脉宽调制变频器
二、变桨控制
整个变桨控制主要功能是依据风速、发电机转子转速、输出功率随时调 节桨叶的节距角，控制吸收的机械能，以保持一定的输出功率。 三个叶片变桨分别由三个带变频控制的三个直流电机驱动，通过L+B控制 器同步调整动作。变桨控制系统安放在轮毂内，由一个主控柜和三个轴控柜 组成。
变桨控制器安装于风机轮毂控制盒中，变桨控制器作为主 控制器扩展的一部分，主要是轮毂内变桨信号的采集和驱动，然 后通过与主控制器通讯接收控制命令，驱动电机按要求进行叶片 的转动。信号采集主要包括蓄电池的状态、电机的各种状态、电 机散热风扇的状态以及变桨叶片的状态等。通过控制器上操作键 盘，方便就地操作调试、实现就地数据读取和就地变桨控制调 整 ，就地调试时可以通过手提电脑更新参数或通过操作键盘手 动修改参数，通过RS485 方式与机舱主控制器实现通讯。
34m
37.3m
三、齿轮箱
机组型号 FD70A FD77A 速比 1:94.7 1:104 输入轴转速(rpm) 10.6～19 9.6～17.3 输出轴转速(rpm) 1000～1800±10％ 额定功率(kW) 1,615 1,615 额定扭矩(kNm) 812 916
四、液压刹车系统
液压刹车系统由刹车油源、主轴刹车器和偏航刹车器组成。
变速控制器
通讯控制 系统
风电主控制器
变桨控制器
SCADA系统
偏航、冷却 等伺服电机
继电输出
电机伺服机构


东方汽轮机厂的FD型风机是一种 额定功率为1500kW，频率为50Hz 或60Hz的变桨控制、可变速的涡 轮风机。 现阶段东方汽轮机厂的风机主要是FD70、 FD77型。 FD77型风机（1.5MW) FD77 1,500 3.0 12.5 20.0 51.6 -20°C ~35°C 变桨距和
第一章 风力发电基本知识 1.1 风力发电的特点
优点 清洁,环境效益好 可再生,永不枯竭 基建周期短 装机规模灵活 技术相对成熟 缺点 噪声,视觉污染 占用大片土地 不稳定，不可控 目前成本仍很高
1.2 基本原理
风 能
风力机
机械能
发电机
电 能
风力机的输出功率L (W):
L =
Cp
1 × × 2
ρ
主控制系统 变桨控制系统 发电机变频控制系统 偏航控制系统 风场监控系统 （SCADA系统）
控制概念
实际值 参考值
实际值 参考值
变桨控制
状态信号
变频控制
控制系统的信号传递
风轮 发电机 工频电源 传动机构
参数和运行检测 传感器
电机侧转差励 磁变流器
电源侧脉宽调 制逆变器
输入信号接入口
转速模块（DMSMM010）
特点： •数字显示当前频率； •报警频率通过按钮设置； •报警灯显示报警动作状态； •模块故障自动复位；
模块结构：
振动分析模块
功能： •检测X，Y两个方向的振动; •通讯接口RS485; •频率范围：0.1~5.0Hz •振动范围：0.01g~0.300g
DMVAM010 振动分析模块内置高灵敏度加速度 传感器，可用来同时测量水平和垂直两个 方向的振动，频响范围：0.2 ~ 5Hz 。 模块设置方便，通过组态软件来完成工作参数 的设置。 DMVAM010 设计有RS485 接口，可方便地连接 到上位机或控制器，以Modbus 协议进行 通讯，所有的组态参数、实时数据和状态都能 在线传输或设置。
三、发电机变频控制系统
变频器安放在 风机的塔基处。它采用 了自动控制系统，具有 相应的软件数据处理， 输入转矩和与之对应 的功率点，形成转矩功 率曲线，用来控制风机 的功率，通过控制编程 具有对常见故障的自处 理能力。
四、 偏航控制系统包括：
一、塔 筒

塔筒的固有频率要高于转子的旋 转频率，确保对塔架和机器的冲 击最小在透平的转速范围内不会 发生共振； 塔筒部件采用最可靠的L型法兰连 接； 塔筒内的导电轨是最佳的短路和 火灾防护。


二、叶片:
机型 FD70A FD77A 叶片长度（m) 34 37.3 叶片重量（kg) 5,393 6,285 叶片材料 玻璃纤维加强塑料(GRP)
数据通讯 RS232/RS485 数字量/ 模拟 量/温度/高速 输入
HMI 光纤接口
CPU
继电器/模拟量
电流电压传输
24VDC输入
技术参数 供电电压： 24VDC 允许电压范围：18VDC~30VDC 数字量输出：64路 数字量输入：32路 模拟量输出：8路 模拟量输入: 16路 PT100输入：11路 高速输入：11路 串口通讯：RS232/RS485 光纤通讯：2对（ST） 运行温度：-30℃～+50 ℃ 存储温度：-40℃～+70 ℃ 最大运行高度：2000m
风机材料、风轮叶片、塔架高度、风能利用系数一定的情况下，第三种 途径是最有潜力可挖的通过科学选址是能做到的。
1.3 风力发电机系统组成：
转子轴承和主轴
齿轮箱
பைடு நூலகம்制动器
•塔筒 •机舱 •叶片 •齿轮箱 •液压刹车装置 •发电机 •轮毂 •变频器 •控制装置
主控柜 发电机变频器 偏航驱动装置 导电轨
雷电保护 变桨系统
轮毂示意图
92/95度限位开关 电机驱动柜 变桨电机 轮毂驱动齿轮 电池柜
电机侧编码器1
编码器2
如果是电网故障或安全停机， 每个电机的电源由各自的后备蓄电 池提供。变桨控制除了调节功率外， 还作为三重冗余保护。 每个叶片多安装有一个角度编码 器，每个电机也装有一个编码器， 在运行中，L+B控制还监视变桨电机 的电流和温度，三个蓄电池循环充 电控制，蓄电池电压检测，并通过 串口与主控制器通讯进行数据传输。
1.1.2 通讯模块
通讯模块分为主站与 从站，主站安放在电厂的 中控室内，从站安放在风 机塔基变频器的柜子中。 每一台风机都会安放一个 从站，通过连接形成一个 环网(ARC-Net)的结构。
支持单多模光缆
风机通讯连接：
风机控制器 风机控制器 风机控制器 电网监视站
通讯从控制器
RX TX
通讯从控制器
发电机弹性支承
双馈异步发电机
齿轮箱
发电机
变频器 变桨系统
定子 转子
集电环 变压器
六、轮 毂


带有雨水导流板的宽大的 机头罩保护所有的轴承和 电气部套 维修人员可以从机舱内直接进入变桨系统 轮毂和叶片轴承具有最好 的刚性
雨水导流板
维修人员进入变桨系统
第二章 风机控制系统 一、 风机控制系统：
（2）I/O信息： 在WP3100模块中含有数字量输入输出点、模拟量输入输出点、高速记数 测量点、温度PT100测量点、电网电压电流测量点和用于通讯的串口和光纤 口。

电网电压、频率、相位 转轴转速 齿轮箱、发电机、现场的各种温度 齿轮箱、发电机摆动、振动 油压、刹车衬套的磨损 电缆的弯曲 气象数据的监视 危机故障的冗余检查等。
特点：
· 每片叶片有单独的变桨距电力驱动装
置。 · 备有整流器和蓄电池，停电时也能 进行变桨驱动。 · 采用封闭结构，最适合于气象条件。 · 高质量的叶片轴承，备有中心润滑 系统定时对轴承和齿轮加注脂．
技术参数
供电电压：24VDC 允许电压范围：18VDC~30VDC 数字量输出：10路 数字量输入：25路 模拟量输出：3路 模拟量输入：6路 串口通讯：RS232/RS485 运行温度：-30℃～+50 ℃ 存储温度： -40℃～+70 ℃ 最大运行高度： 2000m
SE Northern (Tongliao) energy development Co.Ltd. 深能北方（通辽）能源开发有限公司
新员工入职培训 ————风机控制系统
李雪东
风机控制系统

风力发电基本知识（重点） 风机控制系统（重点） 传感器（重点） 手动控制系统 风机运行（重点） 操作面板应用 风场管理系统 GATEWAY 风机故障状态码分析 风机的调试过程
基本功能 ： 并网运行的FD型风力发电机组的控制系统具备以下功能： 根据风速信号自动进入启动状态或从电网切出。 根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。 根据风向信号自动偏航对风。 发电机超速或转轴超速，能紧急停机。 当电网故障，发电机脱网时，能确保机组安全停机。 电缆扭曲到一定值后，能自动解缆。 当机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行检测和记录， 对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，并能够根据记录 的数据，生成各种图表，以反映风力发电机组的各项性能。 对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程 通信的功能

1.1 主控系统
主控制系统是整个风机控制系统的核心部分，通过各种传感器和连接 的其他分散的控制系统，风机的所有的监视和控制功能都通过主控制系统来 实现，主控制系统安装在机舱上，主控柜中包含有高度集成的控制模块 WP3100(DMNCL001)、超速模块、转速模块、各种空气开关、电机启动保护开 关、继电器、接触器等。
RX TX
通讯从控制器
RX TX
通讯从控制器
RX TX
TX
RX
TX
RX
通讯主控制器
通讯从控制器
环网
气象监视器 远程监控平台 气象站
风场光缆布置图：
风机连接拓扑图：
服务器配置：
远程控制中心：
1.1.3 超速模块
发电机超速、
低速轴超速、齿轮箱超速
转速模块
转速模块（转速开关）WP2035应用 于转速的安全保护。 WP2035将监视到的转子频率超 出范围立刻发出停止信号给控制系统， 使转子停下。 （低速：25.1RPM/10Hz； 高速：1950RPM/65Hz） 功能： • RELAY 灯亮：工作状 态 OK 超速模块（限位开关） • RELAY 灯灭：发生故 WP2135应用于电机、转子、 障 轴承转速的安全保护。 • 调节频率的3个旋钮调 WP2135将监视到 整范围：0~99.9Hz和 的转子频率发信号给控制 1~999Hz 系统，如果频率超限，立 刻发出信号给控制系统， 使转子停下。 （超速：2400RPM，80Hz）


主控制器
转速模块 超速模块
液晶操作面板
浪涌保护
通讯模块
振动分析模块
进线端子
1.1.1 主控制器
专门设计用于控制风机——从停机到拾取多种速度。活性安全和先进 的数据收集。 （1）功能： 用于所有类型风机的智能控制器。 所有控制功能一体化。 先进的数据收集和存储。 满足用户需求的灵活设计。 整体实时电网测量。 易于扩展。 远程程序更新。C语言设计。 一体化的I/O和COM端口。 用户语言：缺省的控制语言是英语， 其他语言是可以选择的。
基本参数 机型 FD70 额定功率(kW) 1,500 切入风速(m/s) 3.5 额定风速(m/s) 13.5 切出风速(m/s) 25.0 抗暴风能力(m/s) 56.0 运行环境温度 功率调节 变转速调节 设计寿命 20年
FD70型风机（1.5MW)
风速与功率对照表
风速V（m/s） FD70 3.0 3.5 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0~20.0 21.0~25.0 — 2 24 86 188 324 523 741 1,002 1,277 1,417 1,497 1,500 1,500 1,500 49 134 263 433 655 913 1,158 1,367 1,493 1,500 1,500 1,500 — 额定功率P（kW） FD77 1
× A ×V
3
Cp — 输出功率系数(风能利用系数） p— 空气密度，kg/m3 A V I 改进风力机制造技术，如 改进叶片材料和设计制造 提高风能利用系数获得更 多的风能 — 转轮旋转圆面积，m2 — 风速，m/s II 增大风轮叶片面积和塔架 高度，这样势必增加设计 制造的复杂性，从而增大 投资费用 III 选择风机安装的 最佳场址