明陽1.5MW風力發電機組電氣系統介紹

明陽風力發電機組電控系統構成明陽風力發電機組電控系統主要包括：1、控制系統

1.1、主控控制系統1.2、變槳控制系統

1.3、偏航控制系統2、發電機系統3、變頻器明陽風力發電機組電控系統構成1.1風機控制系統

MY1.5MW風力發電機組控制系統是在Beckhoff提供的TwinCAT環境下，用PLC語言開發的一個PLC控制系統。軟件是基于安全和控制原理圖設計的。明陽1.5MW控制通訊系統機艙柜通過光纜和塔基柜的主控制器相連接。整個控制系統以總線方式連接，控制端子符合EtherCAT總線標準。通過CANbus接口，實現振動監控和變頻器的連接。通過Profibus/CANbus接口，實現變槳系統的連接。通過EtherNet接口，將風機接入以太網，組成集散控制系統控制系統簡介塔基控制柜、機艙控制柜機艙柜塔基柜采用Beckhoff公司產品。控制柜PLC模塊主要分為輸入、輸出、電源、通訊模塊輸入模塊可分為DI、AI模塊。DI模塊：即數字量輸入模塊。它包括EL1004，KL1904。AI模塊：即模擬量輸入模塊。它包括KL5001，KL5151\51，KL3042，KL3204。PLC簡介輸出模塊是DO模塊。它包括KL2404，KL2424，KL2904。電源模塊：它包括EL9100(+24v)，EL9400(+24V)，KL9550(+24V)KL9540(+24V)，EL9187(0V)。通訊模塊：EK1100,EL6751(CANBUS),EL6731(Profibus),CX1020,EK1110PLC簡介200個分布在機艙和塔基的IO點通過總線傳輸到PC控制器上。數據實時掃描時間10毫秒，安全端子掃描時間為4毫秒。TwinCATSAFE安全端子獨立于CPU運行，當CPU出現故障時，安全系統保證機組在極端情況下的順利停機。先進的控制系統先進的控制策略先進的控制策略1、具有自主知識產權的控制原代碼，已完全消化吸收。2、控制代碼多達20萬行，具有完善的機組控制流程，實現自動偏航、自動變槳、轉速閉環控制、功率閉環控制、自動啟停機等功能。3、機組故障狀態700個，全面監控機組的運行狀態，保證機組處于安全狀態。4、機組參數800多個，詳細的參數列表方便系統調試運行。先進的控制策略5、根據風速的變化，風輪可在限定的任何轉速下運行。6、在額定功率以下，槳葉調到0度，最大限度地獲取能量。7、可靠、快速地變頻調節發電機功率及功率因數。8、輸出功率穩定，提供優質電能。9、三槳葉獨立的變槳傳動控制單元。10、完善的自動偏航功能。11、優化的控制策略可提高抗臺風能力。安全鏈原理安全鏈原理

安全鏈是獨立于計算機系統的最高一級保護措施。采用反邏輯設計，將導致風力發電機組處于危險狀態的故障接點串聯成一個回路，一旦其中一個接點動作，將導致安全鏈斷開，觸發緊急停機。緊急停機后，只能手動復位后才能重新起動。安全鏈結點安全鏈節點：明陽1.5MW風力發電機組在設計時對安全問題進行了周全的考慮，風力發電機組安全鏈中包含的節點有：塔基急停按鈕信號機艙急停按鈕信號變槳急停信號安全鏈結點安全鏈節點：PCH振動大急停信號扭纜開關保護信號超速監視器超速信號PLC系統故障安全鏈動作示意圖安全鏈觸發機組安全鏈中任意接點斷開都將引起機組急停，急停包括兩個狀態：急停1和急停2狀態。急停1狀態由除急停按鈕以外的安全鏈接點中的其他接點斷開引起，急停2狀態由急停按鈕觸發引起。機組急停后安全鏈復位必須手動完成。安全鏈觸發機組動作機組緊急停機，發出變槳緊急順槳（EFC）信號，槳葉由蓄電池供電轉到91o觸發限位開關◆塔基安全模塊DO輸出24VDC電源斷開，輸出指令切斷安全鏈觸發機組動作◆機艙安全模塊DO輸出24VDC電源斷開，輸出指令切斷◆變槳400VAC電源斷開◆轉子制動器抱閘（在轉速監視器設定轉速以下）。機組復位因為機組的復位操作有權限限制，所以操作之前必須先登錄。復位狀態代碼：按下機艙柜上的復位故障碼按鈕；或按下塔基柜上的復位故障碼按鈕；機組復位復位安全鏈：按下機艙柜上的復位安全鏈按鈕；或按下塔基柜上的復位安全鏈按鈕；當塔基與機艙柜上的檢修開關都不在檢修位置時，可在遠程計算機上復位。1.2變槳控制系統1.21功能描述變槳系統的所有部件都安裝在輪轂上。風機正常運行時所有部件都隨輪轂以一定的速度旋轉。變槳系統的作用是控制風機葉片旋轉到設定的角度。1.2變槳控制系統1.21功能描述變槳系統通過控制葉片的角度來控制風輪的轉速，進而控制風機的輸出功率，并能夠通過空氣動力制動的方式使風機安全停機。風機的葉片（根部）通過變槳軸承與輪轂相連，每個葉片都要有自己的相對獨立的電控同步的變槳驅動系統。變槳驅動系統通過一個小齒輪與變槳軸承內齒嚙合聯動。1.2變槳控制系統1.21功能描述變槳系統都具有備用電池供電系統，以保證在發生嚴重故障或重大事故（比如變槳系統的主電源供電失效后）的情況下可以安全停機（葉片順槳到91度限位位置）。此外還需要一個冗余限位開關（用于100度限位），在主限位開關（用于91度限位）失效時確保變槳電機的安全制動。1.2.1功能描述

每個變槳驅動系統都配有一個絕對值編碼器安裝在電機的非驅動端（電機尾部），還配有一個冗余的絕對值編碼器安裝在葉片根部變槳軸承內齒旁，它通過一個小齒輪與變槳軸承內齒嚙合聯動記錄變槳角度。1.2.2

SSB變槳系統組成

SSB變槳控制系統有中控箱、軸控箱（3個）、電池箱（3個）、變槳電機（3個）組成。1.2.2

SSB變槳系統組成1.2.2

SSB變槳系統組成中央控制箱：主要用于電能分配和通過PLC控制器對槳葉進行控制調節。SSB變槳系統介紹軸控箱：電機驅動器，控制變槳電機的轉速和轉向。SSB變槳系統介紹變槳電機：為直流串勵電機，驅動槳葉偏轉SSB變槳系統介紹電池箱：備用電源，外不斷電等等緊急故障時為順槳提供電力OAT變槳系統介紹

OAT變槳控制系統由中控箱、軸控箱（3個）、變槳電機（3個）組成。OAT變槳系統介紹

中控箱：主要功能是進行電源分配。OAT變槳系統介紹軸控箱：內有PMM、PMC控制器和電池組，功能是控制槳葉變槳，控制轉速和轉向和緊急故障時為變槳電機提供電源。OAT變槳系統介紹變槳電機，變槳電機為交流電機。1.3偏航系統風向總是變化的，為了捕獲最大的風能，必須每隔一段時間計算一次風向偏差，如果超過范圍，就要偏航對風。風力發電機組的偏航系統主要由偏航軸承、偏航驅動器、偏航制動器、潤滑泵、偏航位置傳感器組成。1.3.1偏航系統示意圖1.3.2偏航系統組成偏航軸承：偏航電機下面有一個小齒輪與大齒輪嚙合，這個大齒輪叫偏航軸承，由偏航電機驅動。偏航軸承承載機組中主要部件的重量，并傳遞氣動推力到塔架，軸承中含有齒圈，偏航驅動機構中的小齒輪與之嚙合。1.3.2偏航系統組成偏航驅動器：驅動裝置由驅動電動機、減速器、傳動齒輪、齒輪間隙調整機構等組成。偏航驅動裝置要求起動平穩，轉速均無振動現象。1.3.2偏航系統組成偏航電機：在風力發電中，葉輪應該總是處在對風狀態，以便于風輪最大程度的吸收風能。偏航電機就起轉動機艙使葉輪對風的作用。本風力發電機組共有4臺偏航電機。偏航制動器：直接液壓制動鉗，用于偏航對風后固定機艙位置。2、雙饋發電系統

◆雙饋發電系統用于風力發電等變速運行的領域。風速的頻繁而快速的變化使發電機轉子速度在大范圍內變化，因此同步發電機不適合。

◆MY1.5S/Se風力發電機組采用雙饋異步發電機，發電機定子同電網直接相連，發電機轉子繞組通過滑環同雙饋變頻器相連，雙饋變頻器由電網供電，對轉子進行交流勵磁。雙饋發電系統的特點◆雙饋發電系統可以在發電機同步轉速的+/-30%之間的大范圍內穩定運行。風速的隨機變化會引起發電機轉子轉速的變化，隨著轉子物理轉速的變化，通過變頻器改變交流勵磁的交流電的頻率，幅值，相序以及相位，以使定子輸出的電壓幅值和電流頻率保持恒定，同時可以向電網輸出感性或容性的無功。

雙饋發電系統的特點雙饋發電系統使用的雙饋變頻器其容量只占整個機組容量的1/4~1/3，對于1.5MW的機組，只需要容量為500KVA的雙饋變頻器，容量的減少直接降低了變頻器的成本。雙饋變頻器雙饋變頻器雙饋變頻器雙饋變頻器變頻器功能：1、實現雙饋異步發電機的變速恒頻控制雙饋異步發電機的勵磁電源來自電網，且勵磁電流為直流，變頻器在這個環節上的作用就是從電網吸收電源進行整流，給發電機提供勵磁電流，并且變頻器要調節轉子勵磁交流電壓的頻率和相序，使轉子物理轉速同電磁轉速的矢量和等于同步轉速。使異步發電機的運行類似于同步發電機的運行狀態，實現雙饋異步發電機的變速恒頻控制。

雙饋變頻器2、實現發電機與外部電網的連接由于風是不穩定的，風力發電機組的轉速隨風速的變化而變化，其功率也隨之變化，為了實現機組與外部電網的柔性連接，需要對機組輸出電壓、頻率、相位進行調節以保持和電網一致。變頻器的實現的功能就是對機組輸出電壓、頻率、相位進行調節以滿足并網條件，實現機組與外電網相連。

雙饋變頻器拓撲電路結構變頻器的功能3、保護傳動單元、支撐電網（LVRT)這個功能是通過Crowbar來實現的，Crowbar用來在電網出現異常情況時防止出現過電壓，例如在電網失壓或電網短路時。Crowbar包括Crowbar