11项目十一控制系统构造及原理.pptxVIP

《风力发电技术》项目十一 控制系统构造及原理 主讲教师：张为宾山东职业学院机电装备系新能源应用技术教研室 主要内容控制系统12W2000型风机控制系统信号测量安全链控制系统安全保护1324任务1 控制系统一、控制系统 1、控制系统的总体结构 风力发电机组的控制系统采用微机控制，属于离散型控制。是将风向标、风速计、风轮转速，发电机的电压、频率、电流，电网的电压、电流、频率，发电机和增速齿轮箱等的温升，机舱和塔架的振动，电缆过缠绕等传感器的信号经过模／数转换输送给微机，由微机根据设计程序发出各种控制指令。一、控制系统一、控制系统 2、主控制器 1）主控制器的构成 风力发电机组的主控制器是控制系统的核心。它一方面与各个功能块相联系，接收信息，并通过分析计算发出指令。另一方面与远程控制单元通信，沟通信息及传递指令。主控制器一般分置于机舱控制柜和塔基控制柜中。 一、控制系统 2）机舱控制柜 机舱控制柜的功能是： 1) 采集机舱内振动开关、油位、压差、磨损、发电机PTC及接触器、中间继电器和传感器的反馈等开关量信号；采集并处理风轮转速、发电机转速、风速风向、温度、振动等脉冲、模拟量信号。 2) 通过接收变桨系统温度反馈和顺桨反馈，发送信号使变桨距系统紧急顺桨和复位。通过变桨距系统RS-485通信，控制桨距角变化，实现最大风能捕获和功率控制。一、控制系统 3）塔基控制柜 塔基控制柜的功能是： 1) 控制器的处理模块(CPU模块)位于塔基控制柜，主要完成数据采集及I/O信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱控制柜光纤通信，接收机舱信号，返回控制信号；与中央监控系统通信，传递信息。 2) 对变流器、变桨距系统、液压系统，偏航系统，润滑系统，齿轮箱及机组关键设备的温度及环境温度等作监控；变流器和变桨距系统的耦合控制，与变流器通信，实现机组变速恒频运行、有功及无功调节、功率控制、高速轴紧急制动、偏航自动对风、自动解缆、发电机和主轴自动润滑、主要部件的除湿加热和散热器开停。 3) 对定子侧和转子侧的电压、电流测量，除了用于监控过电压、低电压、过电流、低电流、三相不平衡外，也用于统计发电量，以及并网前后的相序检测。 4）通过和机舱控制柜相连的信号线实现系统安全关机、紧急关机、安全链复位等功能。一、控制系统3、控制系统的功能 ①在运行的风速范围内，确保系统的稳定； ②低风速时，跟踪最佳叶尖速比，获取最大风能； ③高风速时，限制风能的捕获，保持输出功率为额定值； ④减小阵风引起的转矩波动峰值，减小风轮的机械应力和输出功率的波动，避免共振； ⑤减小功率传动链的暂态响应； ⑥控制器简单，控制代价小，对一些输入信号进行限幅； ⑦确保机组输出电压和频率的稳定。一、控制系统 为了完成上述要求，控制系统必须根据风速信号自动进入起动状态、并网或从电网切出；根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制；根据风向信号自动对风；根据功率因数自动投入(或切出)相应的补偿电容(对于设置补偿电容的机组)。当发电机脱网时，能确保机组安全关机；在机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，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指标；对于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。二、安全保护安全保护 风力发电机组的控制系统具有两种基本功能： 一个是运行管理功能， 一个是安全保护功能。 风力发电机组的安全保护系统包括 避雷系统运行安全保护系统微控制器抗干扰保护系统微控制器的自动检测功能紧急故障安全链保护系统接地保护系统二、安全保护1．大风保护安全系统 多数机组取l0min平均25m/s为切出风速，由于此时风的能量很大，系统必须采取保护措施。 在关机前对失速型风力发电机组，风轮叶片自动降低风能的捕获，风力发电机组的功率输出仍然保持在额定功率左右。 对于变桨距风力发电机组，必须调解叶片桨距角，实现功率输出的调节，限制最大功率的输出，保证发电机运行安全。 当大风关机时，机组必须按照安全程序关机。关机后，风力发电机组一般采取偏航90。背风。二、安全保护2．电网失电保护 风力发电机组离开电网的支持是无法工作的。 一旦失电，空气动力制动和机械制动系统动作，相当于执行紧急关机程序。这时舱内和塔架内的照明可以维持15～20min。 对由于电网原因引起的停机，控制系统将在电网恢复正常供电l0min后，自动恢复正常运行。二、安全保护 3．参数越限保护1)超速保护： ①当转速传感器检测到发电机或风轮转速超过额定转速的110％时，控制器将给出正常关机指令； ②防止风轮超速，采取硬件设置超速上限，此上限高于软件设置的超速上限，一般在低速轴处设置叶轮转速传感器，一旦超出检测