OEM111-OEM风能应用解决方案介绍_FZ

1、(Confidential For Internal Use Only)Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.1新能源新能源风电行业风电行业OEM应用中心应用中心(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.2Agenda2. 罗克韦尔变桨系统架构3. 罗克韦尔变桨系统控制程序1.罗克韦尔罗克韦尔风电方案风电方案4. 变桨系统耐环境测试及故障处理(Confiden

2、tial For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.31.风力发电机简介1.1 风机组成 Pitch SystemControl SystemInverter(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.4v罗克韦尔产品可提供的部件：主控系统主控系统变桨系统变桨系统偏航系统偏航系统振动监测振动监测风场管理控制器风场管理控制

3、器1.2 罗克韦尔产品可提供的部件 1.风力发电机简介(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.5风机主控制系统风机主控制系统(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2010 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.53rd Party Grid Tie Inverter偏航驱动主控制器DeviceNet 电池或超级电容EtherNet/

4、IP变桨控制系统驱动GuardLogix ControllerEtherNet/IP安全PLC3方协议状态监测(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.6Matlab is used to design Control Systems and generate codeSimulink simulates the physical system. Together they allow engineersTo design, simulate

5、 and test a complete systemCode GenerationStructured TextSimulation of the Wind Turbine&Testing of CodeLogix 5000IEC-61131 plusStructured Text罗克韦尔控制器作为主控系统的优势MatLab 功能块和状态机模型功能块和状态机模型罗克韦尔自动化是唯一能够将罗克韦尔自动化是唯一能够将MatlabMatlab设计设计原代码直接导入控制器平台的原代码直接导入控制器平台的PLCPLC供应商供应商(Confidential For Internal Use On

6、ly) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.7风机状态监测系统风机状态监测系统7Accelerometers wired to CompactLogix relay modules for multiplexing to XM-121Ethernet to computer in local control room. Computer manages and displays data from all turbines in wind farm. Transfers data files to Emoni

7、torDeviceNet controls XM-121 module and retrieves all dataSpeed sensorCompactLogix manages monitoring system, collects and transfers data, generates alarmsXM-121 Low Frequency module analyzes vibration data with spectrums and band alarms6(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2010 Rockwell A

8、utomation, Inc. All rights reserved. Germanischer Lloyd certification for Wind(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.8水平三维诊断水平三维诊断 实时的振动三维频谱 及时发现问题及时发现问题 (Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All right

9、s reserved.9水平三维诊断水平三维诊断 热能数据模型(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.1010(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2010 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.10风场风场SCADA系统系统变压器电网计量输电网变电站SCADA 服务器 风机风机 控制器控制器风场控制器 50 ms100 %确定性确

10、定性所有风机同步接收数据所有风机同步接收数据 风机风机 控制器控制器(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.11风场管理系统风场管理系统1.开放、灵活的通讯以集成 多种不同外部设备及信息2.正确的时间、正确的信息(btw, CIP Sync optional ready) 3.控制回路的确定性执行4.远程实时控制与数据采集分别给予不同优先5.冗余冗余PPC方案可选方案可选6.风机及风场使用统一的标准工业以太网Ethernet/IP7.XML

11、 程序文件导入导出, 用来生成外部代码8.风场电站调度安全保障Turbine ControllerElectrical ConverterGenaratorTransformerGearboxMain controlTransformerTurbine ControllerElectrical ConverterTransformerGearboxGenaratorMain controlTransformerPower Plant Controller Power MeterGridor与传统基于PC的风场控制器相比，更高的可靠性及可用性 50ms 的确定电力调度控制，符合 2013 E-O

12、N 要求(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.12Agenda2. 罗克韦尔变桨系统架构3. 罗克韦尔变桨系统控制程序1.罗克韦尔风电方案罗克韦尔风电方案4. 变桨系统耐环境测试及故障处理(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.13v功率调节 根据风速，调节桨叶扫风面积 快速高响应的桨

13、叶角度调节 系统正常工作时自动调节v安全保护 错误诊断，状态监测 错误情况时收桨 紧急刹车 防雷保护 电池管理2.罗克韦尔变桨系统架构2.1 变桨系统设计要求(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.14性能指标性能指标变桨变化角度090正常变桨速率 7.5/s额定转矩36.5NM最大转矩70NM桨叶角度精度0.05设计运行寿命大于20年运行环境温度-20+50保护等级IP542.罗克韦尔变桨系统架构2.2 1.5MW 风机变桨系统性能指标(

14、Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.15选项选项选择依据选择依据选择要求选择要求可靠性要求在恶劣的环境下长期无人值守运行1.工业级产品：防护等级IP54/IP652.工业级接线：航空插头和弹簧端 子，针脚应具有防误接保护功能3.工作环境：温度范围宽，柜体应采取防潮防盐雾处理4.宽电源电压输入：带电源短路保护和电源反接保护2.罗克韦尔变桨系统架构(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2

15、007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.16处理器能力算法处理、状态监控、远程通讯等任务并行进行可为任务设定优先级，确保核心任务的执行。可维护性要求调试、故障排除、系统维护和升级换代的方便支持远程调试诊断、状态监控、软件升级开发调试友好度缩短代码编写和算法调试的时间；便于产品的升级和更新换代；符合IEC标准的开发语言能实现标准化、模块化编程代码开放，便于持续改进优化2.罗克韦尔变桨系统架构(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, I

16、nc. All rights reserved.172.3 变桨系统功能及结构 Realize pitch angle in normal condition Fast feathering in abnormal condition Monitor the status of pitch system Communication with Main Control system 2.罗克韦尔变桨系统架构(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserve

17、d.182.罗克韦尔变桨系统架构2.4 变桨系统架构(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.19A-B CompactLogix控制器 新一代紧凑型PAC控制器具有船级社认证内置Ethernet/IP工业以太网接口 A-B Stratix交换机8端口工业以太网交换机Profibus通讯模块变桨柜与主控系统的通讯，CANOpen可选A-B Point I/O站宽温度范围远程I/O站A-B PF 驱动器400VAC,11Kw,22Amps外置式

18、散热器风扇强制冷却，穿透式法兰安装柜外防护 IP65，电路板带涂层处理矢量控制（带反馈/无反馈），V/F控制通讯故障管理，桨叶紧急控制交流电动机最大转速3000rpm最大转矩70Nm抱闸力矩60Nm维护便捷，免除更换碳刷的烦恼备用超级电容性能与稳定性都大大优于蓄电池组2.罗克韦尔变桨系统架构2.5 变桨系统主要部件(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.20多种电机控制算法多种电机控制算法 基于FORCE 技术的矢量控制 配有或不配反馈编码

19、器 永磁电机控制 V/Hz 控制性能性能 点到点定位控制 运行中反馈丢失切换至速度模式 外置式散热器，风扇强制冷却，穿透式法兰安装 柜外防护 IP54，柜内防护IP20 内置EtherNet/IP接口反馈选件反馈选件 增量式 Incremental 高分辨率反馈设备Stegmann or Heidenhain MDI - Stahltronic and/or Temposonics SSI接口的线性反馈设备 Biss 线性反馈增强的安全保护增强的安全保护 SIL3/Cat4 Safe Speed Monitor Safe Torque-off2.6 PowerFlex 7552.罗克韦尔变桨系

20、统架构(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.21 采取一组5个容性电池，充满后电压达420450VDC的电池组，作为变频交流主电路供电的备用电源接入直流DCBUS。当主电源断电后，备用电源无缝切入代替供电，变频器在母线DC BUS降压到300V过程中，可保持输出功率在电机额定功率的80%以上。（以电机轴施加反转矩来判断）2.罗克韦尔变桨系统架构2.7 超级电容作为备用电源(Confidential For Internal Use Onl

21、y) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.22Agenda2. 罗克韦尔变桨系统架构3. 罗克韦尔变桨系统控制程序1.罗克韦尔风电方案罗克韦尔风电方案4. 变桨系统耐环境测试及故障处理(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.23Task1: Communication_Main_Control Type: PeriodicPeriod: 10msTask2

22、: MainTask Type: ContinuousTask3: System_Check Type: PeriodicPeriod: 10ms3.罗克韦尔变桨系统控制程序3.2 变桨系统程序任务列表(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.24 From Main Control System receive commands To Main Control System transfer status of pitch system T

23、ask1: Communication_Main_Control DI and DO assignations for Main Cabinet, 1, 2 and 3 Drive Cabinet Key mode switch: realizing automatic and manual control of pitch systemTask2: MainTask Check whether there are faults and errors for pitch system Check the emergency command from Main Control SystemTas

24、k3: System_Check3.罗克韦尔变桨系统控制程序3.3 各个任务主要功能(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.25Agenda2. 罗克韦尔变桨系统架构3. 罗克韦尔变桨系统控制程序1.罗克韦尔风电方案罗克韦尔风电方案4. 变桨系统耐环境测试及故障处理(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights

25、reserved.264.变桨系统耐环境测试及故障处理4.1 耐环境测试项目及测试条件 高低温测试高低温测试 工作温度：工作温度：-25+50，存储及运输温度：，存储及运输温度：-40+70 -40存储时间：24小时。 70存储时间：48小时 温度变化速率：1/min 正弦振动测试正弦振动测试 振动频率：振动频率：515.8 Hz 时，样品位移为时，样品位移为+/- 1mm 15.8150 Hz 时，样品加速度为时，样品加速度为1g 振动方向：振动方向：XYZ三个轴向测试。每一方向扫频三个轴向测试。每一方向扫频10次。次。 扫频速率：扫频速率：1oct/min(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.274.变桨系统耐环境测试及故障处理 冲击测试冲击测试 冲击形式：半正弦脉冲，峰值加速