控制系统构造及原理讲义课件

项目十一控制系统构造及原理山东职业学院机电装备系新能源应用技术教研室《风力发电技术》

主讲教师：张为宾项目十一控制系统构造及原理山东职业学院机电装备系《风力发电1控制系统2W2000型风机控制系统主要内容1控制系统2W2000型风机控制系统主要内容任务1控制系统控制系统1安全保护2安全链3信号测量4任务1控制系统1安全保护2安全链3信号测量4一、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1、控制系统的总体结构一、控制系统一、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、主控制器一、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2）机舱控制柜一、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）塔基控制柜一、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3、控制系统的功能一、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。一、控制系统为了完成上述要求，控制系统必须二、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、安全保护安全保护二、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1．大风保护安全系统二、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2．电网失电保护二、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，一旦超出检测上限，就引发安全保护系统动作。2)超电压保护：超电压保护是指对电气装置元件遭到的瞬间高压冲击所进行的保护，通常对控制系统交流电源进行隔离稳压保护，同时装置加高压瞬态吸收元件，提高控制系统的耐高压能力。3)超电流保护：控制系统所有的电器电路(除安全链外)都必须加过电流保护器，如熔丝、断路器等。二、安全保护3．参数越限保护二、安全保护4．振动保护

机组一般设有三级振动频率保护：振动开关、振动频率上限l、振动频率极限2，当振动开关动作时，系统将分级进行处理。5．开机保护

采用机组开机正常顺序控制，对于定桨距失速异步风力发电机组采取软切控制限制并网时对电网的电冲击；对于同步风力发电机，采取同步、同相、同压并网控制，限制并网时的电流冲击。6．关机保护

风力发电机组在小风、大风及故障时需要安全关机，关机的顺序应先空气动力制动，然后，软切除脱网关机。软脱网的顺序控制与软并网的控制基本一致。二、安全保护4．振动保护二、安全保护

2、微控制器抗干扰保护系统

微控制器抗干扰保护系统的作用是使微机控制系统或控制装置既不因外界电磁干扰的影响而误动作或丧失功能，也不向外界发送过大的噪声干扰，以免影响其他系统或装置正常工作。微控制器抗干扰保护系统要遵循的原则是：①抑制噪声源，直接消除干扰产生的原因；

②切断电磁干扰的传递途径，或提高传递途径对电磁干扰的衰减作用，以消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合；

③加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力，降低其噪声灵感度。二、安全保护2、微控制器抗干扰保护系统二、安全保护抗干扰措施有：①进入微控制器所有输入信号和输出信号均采用光隔离器，实现微机控制系统内部与外界完全的电气隔离；

②控制系统数字地和模拟地完全分开；

③控制器各功能板所有电源均采用隔离电源；

④输入输出的信号线均采用带护套的抗干扰屏蔽线；

⑤微控制器的系统电路板由带有屏蔽作用的铁盒封装，以防外界的电磁干扰；

⑥采用有效的接地系统等。二、安全保护抗干扰措施有：二、安全保护

3、微控制器的自动检测功能

微控制器应能够对系统的故障进行自动检测。利用自动检测和修复方法可以使微控制器的故障自动消除，或者使系统操作者能更快地发现故障部件，迅速加以修复，以达到微控制器安全运行的目的。二、安全保护3、微控制器的自动检测功能三、安全链安全链

安全链是独立于计算机系统的最后一级保护措施。将可能对风力发电机组造成致命伤害的故障节点串联成一个回路，一旦其中有一个动作，便会引起紧急关机反应。

一般将如下传感器的信号串接在安全链中：紧急关机按钮、控制器程序监视器(看门狗)、液压缸压力继电器、扭缆传感器、振动传感器、控制器DC24V电源失电等。

此外，如果控制计算机发生死机，风轮过转速或发电机过转速，也起动安全链。紧急关机后，如果所有安全链相关的故障均已排除，只有手动复位后才能闭合安全链，重新启动。三、安全链安全链三、安全链三、安全链四、信号测量信号测量1)速度信号：发电机转速、风轮转速、偏航转速和方向等。2)温度信号：主轴承温度、齿轮箱油温、液压油油温、齿轮箱轴承温度、发电机轴承温度、发电机绕组温度、环境温度、电器柜内温度、制动器摩擦片温度等。3)位置信号：桨距角、叶尖扰流器位置、风轮偏角等。4)电气特性：电网电流、电压、功率因数、电功率、电网频率、接地故障、逆变器运行信息等。5)液流特性：液压或气压、液压油位等。6)运动和力特性：振动加速度、轴转矩、齿轮箱振动、叶根弯矩等。7)环境条件：风速、风向、湿度等。四、信号测量信号测量任务2W2000型风机控制系统偏航系统1执行机构2传感器3控制系统4任务2偏航系统1执行机构2传感器3控制系统4SEC-W2000型风机SEC-W2000型风机SEC-W2000型风机是三叶片、变桨控制、上风向风机，额定功率为2MW。变桨系统作为风机的低速轴刹车系统，每个叶片具有独立的电变桨控制，各自备有蓄电池以保证失电安全。机械刹车是风机的二级刹车系统，安装在驱动链的高速轴侧。当低速轴刹车系统失效时，机械刹车能够保证风机运行在允许的范围内。变桨系统和机械刹车由风机的控制系统和安全系统共同控制，安全系统优先于控制系统。SEC-W2000型风机SEC-W2000型风机2.1柜门面板操作2.1.1塔底控制柜塔底控制柜柜门面板由触摸屏、指示灯、按钮和开关组成：2.1柜门面板操作2.1.1塔底控制柜2.1柜门面板操作2.1柜门面板操作2.1柜门面板操作2.1.2机舱控制柜机舱控制柜柜门面板由嵌入式面板型PC、指示灯、按钮和开关组成：2.1柜门面板操作2.1.2机舱控制柜2.1柜门面板操作2.1柜门面板操作2.2显示屏操作2.2.1登录及权限2.2显示屏操作2.2.1登录及权限2.2显示屏操作2.2.2.实时数据监控2.2显示屏操作2.2.2.实时数据监控2.2显示屏操作2.2.2.1天气瞬时风速，m/s；暴风警报；25s平均风向，deg(°)；2.2.2.2桨叶&风轮3个叶片的平均桨距，deg(°)；风轮转速，rpm；2.2.2.3机舱振动X轴方向机舱振动，g；Y轴方向机舱振动，g；2.2.2.4环境温度机舱环境温度，℃；塔底环境温度，℃；机舱外温度，℃；机舱控制柜温度，℃；塔底控制柜温度；℃2.2.2.5齿轮箱齿轮箱低速轴风轮侧轴承温度，℃；齿轮箱高速轴发电机侧轴承温度，℃；齿轮箱油温，℃；齿轮箱冷却水温，℃；2.2.2.6发电机发电机定子温度U，℃；发电机定子温度V，℃；发电机定子温度W，℃；发电机前轴承温度，℃；发电机后轴承温度，℃；发电机进风口温度，℃；发电机出风口温度，℃；2.2显示屏操作2.2.2.1天气2.2.2.5齿轮箱2.2显示屏操作2.2.2.7电网有功功率，kW；A相电压，V；B相电压，V；C相电压，V；电网频率，Hz；2.2.2.8风机控制风机运行模式显示，包括初始化模式、停机模式、待机模式、自检测模式、空转模式、启动模式、切入模式、发电模式、共振模式、变桨润滑。风机自启动倒计时，s；启动按钮，停机按钮，复位按钮；2.2.2.9偏航液压系统主压力，bar；偏航位置，deg(°)；解缆报警；左偏航按钮，右偏航按钮，停止偏航按钮，自动偏航按钮；2.2显示屏操作2.2.2.7电网2.2显示屏操作2.2.3.服务模式2.2显示屏操作2.2.3.服务模式2.2显示屏操作2.2.3.1手动变桨(权限:90)

风轮解锁后，打开风轮制动，改变桨距角设定值(默认89°)，设定风轮转速，将手动变桨使能置位，然后按START按钮开始。结束手动变桨时，按STOP按钮停止，桨距角会回到89°。2.2.3.2手动维护(权限:90)

点击准备操作设备相应的状态按钮，会弹出一个对话框，有关闭(OFF)，打开(ON)和自动(AUTO)三种选择，选定其中一种状态后，点击确定按钮。ON/OFF显示设备的实际状态(开/关)。2.2显示屏操作2.2.3.1手动变桨(权限:90)2.2显示屏操作2.2显示屏操作2.2显示屏操作2.2.4状态码记录状态码记录界面包括状态码历史列表和状态码统计列表。2.2显示屏操作2.2.4状态码记录2.2显示屏操作2.2.5.输入输出列表(IO)点击IO列表按钮，显示DI和DO的状态。2.2显示屏操作2.2.5.输入输出列表(IO)2.2显示屏操作2.2.6.安全链点击安全链按钮，显示安全链的状态。当安全链正常时，安全链显示颜色为绿色；当安全链断开时，安全链显示颜色为红色。2.2显示屏操作2.2.6.安全链2.2显示屏操作2.2.7.EtherCAT及Profibus通讯点击通讯状态按钮，显示机舱和塔底的Ethercat和Profibus的通讯状态。2.2显示屏操作2.2.7.EtherCAT及Profi2.2显示屏操作2.2.8.历史数据统计历史数据统计显示操作数据的历史记录，点击总报表，年报表和月报表按钮，显示不同时间跨度的历史数据。2.2显示屏操作2.2.8.历史数据统计3硬件描述3硬件描述2MW风机控制系统由塔底控制柜和机舱控制柜两部分组成。硬件系统由倍福(Beckhoff)系列总线端子构成，主要采用的总线端子有数字量输入端子、数字量输出端子、模拟量输入端子、特殊功能端子、供电端子、安全模块端子。这些总线端子与总线耦合器一起组成站点，各个站点之间通过通讯线缆相连接，与变流柜从站、变桨从站以及CPU模块构成整个风机的控制系统。3硬件描述3硬件描述3硬件描述1）塔底控制柜塔底控制柜主要控制塔底柜冷却风扇、塔底通风风扇、变流器风扇及塔底主电源等执行机构；

塔底控制柜作为控制系统的主站，控制器采用德国倍福(Beckhoff)公司的嵌入式PC，信号采集通过总线端子模块实现。

塔底控制柜配有触摸屏一台，预装WinCE系统，用于系统管理和监控。

塔底控制柜的通讯接口有两个：

一个Profibus通讯接口，实现与变流柜之间的通讯；

一个多模光纤通讯接口，实现与机舱控制柜之间的通讯。3硬件描述1）塔底控制柜3硬件描述2）机舱控制柜机舱控制柜主要控制液压站、齿轮箱、发电机、风轮、偏航及风扇、照明等执行机构。

机舱控制柜按照数字量与模拟量的划分方式，将总线端子模块分为了两个站点，实现了对机舱内相关物理量的监测与处理。

机舱控制柜配有嵌入式面板型PC一台，预装WinXP系统，作为HMI，对系统进行管理和监控。

机舱控制柜有两个通讯接口：

一个是与塔底控制柜实现光纤通讯的模块；

一个是Profibus通讯接口，实现与变桨系统之间的通讯。3硬件描述2）机舱控制柜4软件描述4.1运行状态2MW风机控制器的主流程中包括十一种运行模式：初始化模式停机模式服务模式待机模式自检测模式空转模式启动模式切入模式发电模式共振模式变桨润滑模式。4软件描述4.1运行状态初始化模式4.1运行状态4.1.2初始化模式

当风力发电机组控制器在重新启动、参数修改、程序更改等情况发生之后，需要进入初始化模式。执行初始化程序读取参数文件，如果文件读取错误，将置出状态代码“初始化文件错误”；将读取到的参数赋给相对应的运行变量；初始化完成，进入停机模式。4.1运行状态4.1.2初始化模式4.1运行状态4.1.3停机模式由状态代码产生停机程序，机组将进入停机模式，在停机模式下：对于能够自动复位的状态代码，通过自动复位可进行复位；可以通过手动复位的方式对状态代码进行复位，不同的状态代码对应了不同的复位权限；可以通过SCADA系统对风机进行手动复位；操作“服务开关”，风机可实现服务模式和停机模式之间的切换；执行复位后，如果停机程序<1，则风机进入待机模式。4.1运行状态4.1.3停机模式4.1运行状态4.1.4服务模式

服务模式用于对风机进行维护和试运行，当机舱控制柜门或塔底控制柜门上的维护钥匙开关打开时，系统进入服务模式。

当维护钥匙开关锁定时，系统退出服务模式进入停机模式。4.1运行状态4.1.4服务模式4.1运行状态4.1.5待机模式执行自动偏航；如果60s平均风速大于3m/s，启动倒计时程序。倒计时时间由自启动倒计时和高速轴刹车倒计时剩余时间之间较大的数值作为倒计时时间。启动倒计时后，当风速大于3m/s时倒计时计数器减1，当风速小于3m/s时，倒计时计数器加1；当机组执行了紧急停机程序，则高速轴刹车倒计时激活，设置倒计时时间为120s。当风轮转速小于1rpm时，倒计时开始。倒计时满120s后，高速轴刹车倒计时关闭，高速轴刹车倒计时剩余时间置0；按下柜门面板或HMI上的“启动按钮”，则可跳过自启动倒计时。但是如果高速轴刹车倒数计时剩余时间大于0，则必须要等到高速轴刹车倒计时完成后才能进入自检测模式。4.1运行状态4.1.5待机模式4.1运行状态4.1.6自检测模式在自检测程序模式下，控制器将对变桨系统进行测试，主要包括变桨速度、变桨位置以及高速轴刹车检测。用户可以选择在自检测程序开始之前，通过HMI上的按钮选择跳过测试，如果进入了自检测程序，检测过程将不能中途退出。在所有的部件完成测试之后，风机转入空转模式。4.1运行状态4.1.6自检测模式4.1运行状态4.1.6.1自检程序1液压风轮制动阀关闭；如果在20s内，平均桨距位置大于72°，状态代码“自检1故障”激活；如果在20s内，平均桨距位置在70±2°范围内，则进入自检程序2。4.1.6.2自检程序2如果液压系统主压力小于135bar或大于170bar，或风轮转速大于1rpm，状态代码“自检2故障”激活；进入自检程序3。4.1运行状态4.1.6.1自检程序14.1运行状态4.1.6.3自检程序3液压风轮制动阀打开；检查每个转速信号的输入值，要求：风轮转速1大于0.1rpm，风轮转速2大于0.1rpm如果不满足上述条件，则“自检3故障”激活；自检测完成。4.1运行状态4.1.6.3自检程序34.1运行状态4.1.7空转模式设定最大变桨速度为10˚/s，设定桨距角最小值为35˚，设定转速最大值为2rpm；在120s内，如果风轮转速大于1.7rpm持续8s，则进入启动模式；如果控制器在空转模式下超过24小时，或者10min平均风速小于3m/s，则退出空转模式，回到待机模式。4.1运行状态4.1.7空转模式4.1运行状态4.1.8启动模式设定风轮转速设定值=风轮转速+1；如果风轮转速大于风轮转速设定值，则重复过程2，直至提升风轮转速至并网转速；控制风轮转速，使得风轮转速介于切入转速±0.5rpm范围内，维持5s之后，控制器向变流器发出并网信号，进入“切入发电机模式”；如果风轮转速小于切入转速持续120s，则退出启动模式转入空转模式；如果风轮转速介于共振频率转速上下限之间持续20s，则退出启动模式转入空转模式。4.1运行状态4.1.8启动模式4.1运行状态4.1.9切入模式设定最大变桨速度为10˚/s；控制风轮转速在切入转速±0.5rpm范围内；控制器向变流器发出励磁指令，变流器收到励磁指令后对发电机进行励磁，并且检查主断路器或接触器两端的电压和频率，确认符合并网条件后进行并网，将并网信号反馈给控制器；控制器收到变流器发出的并网确认信号后，确认该信号并且进入发电模式；4.1运行状态4.1.9切入模式4.1运行状态4.1.10发电模式设定最大变桨速度为10˚/s，桨距角位置和风轮转速设定值通过计算求得；根据转矩表向变流器输出转矩要求和功率因数；当风机出于发电模式下，如果以下条件任意一个满足则风力发电机组脱网并转入空转模式：10min平均风速小于3m/s，持续120s有功功率为负值，持续120s风轮转速小于8.3rpm如果风轮转速介于共振频率转速上下限之间持续20s，则进入共振模式。4.1运行状态4.1.10发电模式4.1运行状态4.1.11共振模式对于SEW93-70的风机，由于塔架共振频率不能避免，因此需要加入共振模式，避免风机长时间工作在塔架共振频率范围内。在共振模式下，设定风轮转速设定值为共振频率转速下限，最大变桨速度为10˚/s。在共振模式下，如果桨距角大于共振频率桨距角初始值持续20s，则退出共振模式4.1.12变桨润滑模式变桨润滑程序在待机模式、空转模式和发电模式下执行；在空转模式或者发电模式下，如果桨距角变化值超过24h小于15˚，则执行变桨润滑程序；4.1运行状态4.1.11共振模式4.2制动系统4.2制动系统

制动系统是风力发电机组安全保障的重要环节，通过风轮刹车片制动，由液压系统执行。制动功能按照失效保护的原则进行，即失电时处于制动保护状态。

制动系统将制动程序分为三个级别：正常停机(1)、快速停机(2)、紧急停机(3)。对轻级别的故障风机将会给出报警信号，在停机程序中定义为0。风机在运行过程中，如果在同一个时间激活很多个状态代码，那么风机将执行这些状态代码中级别最高的制动程序。当某一个制动程序执行时间超过设定值时，将启动高一级别的制动程序，这样就避免了制动失败时对风机造成的影响，提高了风机安全的可靠性。当正常停机程序或快速停机程序失败时，将启动紧急停机程序。4.2制动系统4.2制动系统4.2制动系统4.2.1正常停机

当出现温度越限、避雷器故障、振动故障、齿轮箱故障、发电机电刷故障、执行设备保护信号断开、风速计或风向标失效等故障时系统将执行正常停机。桨叶以4°/s的速度变桨至89°。当风轮转速低于8.3rpm时或瞬时输出功率小于0kW(延时2s)或30s平均输出功率小于0kW(延时0.5s)或10m平均输出功率小于0kW(延时0s)时，变流器脱网。当风轮转速低于2rpm时，正常停机结束。4.2制动系统4.2.1正常停机4.2制动系统4.2.2快速停机

当出现电网故障、通信故障、变流器并网断路器故障、熔断器故障、液压压力故障、风轮转速超限等故障时系统将执行快速停机。桨叶以5.5°/s的速度变桨至89°。当风轮转速低于8.3rpm时或瞬时输出功率小于0kW(延时2s)或30s平均输出功率小于0kW(延时0.5s)或10m平均输出功率小于0kW(延时0s)时，变流器脱网。当风轮转速低于2rpm时，快速停机结束。4.2制动系统4.2.2快速停机4.2制动系统4.2.3紧急停机

当出现变流器并网故障、变桨系统故障、风轮转速超限、安全链断开、制动程序1或2超时等故障时系统将执行紧急停机。变流器脱网。桨叶以7°/s的速度变桨至89°。当风轮转速小于5rpm时，液压系统执行风轮制动。当风轮转速低于2rpm时，紧急停机结束。4.2制动系统4.2.3紧急停机4.3变桨系统4.3变桨系统变桨控制器的控制区域划分为三块：I为低风速区：变桨控制器未激活，变桨角度维持在一个最小的桨矩角上。II为中风速区：对进行风轮转速进行PID控制。III为高风速区：负载处于满载，达到额定功率状态，风轮转速保持在额定转速，此时的桨矩角一般在桨矩控制器控制的桨矩角的±10％范围内。4.3变桨系统4.3变桨系统4.3变桨系统变桨控制流程

进行变桨之前，预先设定变桨加速度和速度，并检测故障信号是否复位，变桨充电器电池是否报错，若一切正常，则变桨系统进入普通模式，调用变桨控制器。据当前的风速来查表插值计算变桨目标位置进行变桨。风机复位或者风机初始化，变桨系统进入普通模式，设定变桨目标位置。4.3变桨系统变桨控制流程4.3变桨系统桨距控制桨距控制的主要目的在于通过对转速偏差的PID调节来良好地控制风轮转速。首先为防止变桨过程中风轮转速过速，通过10s平均风速风况下的最小桨距角；然后通过实际转速与转速设定值的偏差，分别计算PID各环节的输出；之后根据当前桨距角位置求得变桨非线性因数；通过变桨非线性因数与PID调节器的输出，决定变桨速度和桨距位置设定点；最后与当前风况下的最小桨距角相比较，输出桨距位置设定点。4.3变桨系统桨距控制4.4偏航系统4.4偏航系统4.4.1自动偏航4.4.1.1自动偏航启动

在自动偏航下，控制系统将自动计算机舱位置与风向位置的偏差，并且进行修正。除了下面的状态和程序，自动偏航都可以执行：偏航全局故障；偏航解缆故障；风向标故障；液压系统故障；服务模式激活；30s平均风速小于偏航风速最小值(2.5m/s)；安全系统故障；如果左偏航与右偏航的条件同时满足，风机将不会执行自动偏航。4.4偏航系统4.4偏航系统4.4偏航系统4.4.1.2自动偏航的方向设定偏航控制参数如果60s平均风速持续25s大于设定值则判断为高风速情况，选择针对高风速情况的偏航控制参数。如果60s平均风速持续25s小于或等于设定值，则判断为低风速情况，采用针对低风速情况的控制参数。参考风向标的标准位置180度，将60s风向平均值和所设定的偏差进行比较。如果风向标的平均值在一定时间内超过设定值，则启动偏航电机进行偏航。4.4偏航系统4.4.1.2自动偏航的方向4.4偏航系统左偏航：满足如下条件之一时，风机进行左偏航。当机组允许自动偏航时，若60s平均风向持续210s低于左偏航风向设定值1(8°)，即风向与机舱风向标的夹角在区域1所示范围内时，机组进行左偏航。当机组允许自动偏航时，若60s平均风向持续20s低于左偏航风向设定值2(15°)，即风向与机舱风向标的夹角在区域3所示范围内时，机组进行左偏航。右偏航：满足如下条件之一时，风机进行右偏航。当机组允许自动偏航时，若60s平均风向持续210s高于右偏航风向设定值1(8°)，即风向与机舱风向标的夹角在区域2所示范围内时，机组进行右偏航。当机组允许自动偏航时，若60s平均风向持续20s高于右偏航风向设定值2(15°)，即风向与机舱风向标的夹角在区域4所示范围内时，机组进行右偏航。当风向与机舱风向标的夹角在区域0所示范围内时，系统发出停止偏航命令，机舱停止偏航。4.4偏航系统左偏航：4.4偏航系统4.4.2手动偏航只要偏航系统、安全系统和液压系统未出现故障，在风机运行的各个状态都可以通过机舱控制柜门和HMI对风机进行手动偏航操作。机舱控制柜门上的手动偏航操作包括：左偏航右偏航在松开上述按钮后，风机停止偏航。HMI上的手动偏航操作包括：左偏航右偏航偏航停止切换回自动偏航状态4.4偏航系统4.4.2手动偏航4.4偏航系统4.4.3偏航解缆4.4.3.1偏航解缆启动当偏航位置的绝对值大于710.0o时，控制器延时4s输出扭缆信号，风机停机执行解缆操作。解缆信号当偏航位置大于580.0o时进行顺时针解缆；当偏航位置小于-580.0o时进行逆时针解缆。4.4.3.2偏航解缆结束当下述条件其中之一满足时，偏航解缆完成：风机未处于停止模式或服务模式下；系统出现全局故障或液压系统故障；顺时针解缆和逆时针解缆同时激活；偏航位置<280.0o并且满足下述条件之一：偏航位置的绝对值<40.0o；机舱与风向偏差的绝对值<30.0o延时10s。4.4偏航系统4.4.3偏航解缆4.5安全系统4.5安全系统2MW风机的安全系统通过安全链实现，安全链是独立于控制器的硬件保护措施，它总是优先于控制系统，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作。安全链采用反逻辑设计，将可能对风机造成致命伤害的重要机构部件的控制端串联成一个回路。当回路中任意一个触点发生故障，安全链断开，引起紧急停机，风机瞬间脱网，从而保证风机的安全。安全链中串接的安全信号通过安全输入端子和安全输出端子和CPU进行数据交互，安全系统的逻辑功能则通过安全逻辑端子实现。安全链断开后，只能通过塔底控制柜门上的复位按钮进行复位，机舱柜门上的复位按钮和远程复位都不能对安全链进行复位。4.5安全系统4.5安全系统4.5安全系统安全链中串接的信号塔底紧停按钮：安装于塔底控制柜面板上；塔底主电源故障(400VAC)：通过相位监测器监测电网电压，当电网电压过低或过高时发出主电源故障信号；机舱紧停按钮：安装于机舱控制柜面板上；机舱远程紧停按钮：安装于机舱紧停按钮盒上；风轮超速1紧停：风轮转速超过18.5rpm，超速模块发出信号；风轮超速2紧停：风轮转速超过19rpm，超速模块发出信号；机舱振动紧停：机舱振动过大，机舱振动开关断开；变桨系统紧停：变桨系统安全链断开，通过断开安全继电器给控制器变桨紧停信号；偏航扭缆紧停：偏航扭缆限位开关动作；变流器紧停按钮：安装在变流器控制柜面板上；变流器并网开关故障：变流器并网开关失效。4.5安全系统安全链中串接的信号4.6电网监测4.6电网监测

电网监测通过用于电力管理的倍福现场总线端子实现，主要对电网电压、电流、频率、有功功率进行监测，当上述量超出允许运行范围时，通过触发相应的状态代码执行不同的停机程序，以保证风机的正常运行。4.6.1电网电压监测：电网电压限值监测、电网电压不对称监测。4.6.2电网电流监测：电网电流限值监测、电网电流不对称监测。4.6.3电网频率监测：电网的频率为A、B、C三相频率的平均值。4.6.4电网有功功率监测电网有功功率监测、电网实时有功功率监测、电网30s平均功率监测、电网10m平均功率监测、电网功率差值监测：4.6.4电网无功功率监测电网无功功率则是通过电网有功功率和功率因数计算获得的。4.6电网监测4.6电网监测4.6.1电网电压监测：电4.7温度控制4.7温度控制

温度控制主要是对发电机、齿轮箱、变压器、控制柜、机舱和塔底的各温度点进行监测。当温度超出上限值时，启动风扇或冷却水泵对其进行冷却；当温度低于下限值时，启动加热器对其进行加热。当温度超出允许范围时，通过触发相应的状态代码执行不同的停机程序，以保证风机运行时各温度点在允许范围内。4.7温度控制4.7温度控制4.7温度控制4.7.1齿轮箱温度控制齿轮箱各轴承的温度监测：齿轮箱低速轴温度监测。齿轮箱高速轴温度监测。齿轮箱油温监测。齿轮箱冷却水温监测。齿轮箱冷却水泵控制：当齿轮箱油温度高于齿轮箱冷却水泵启动温度设定值(50℃)时，打开齿轮箱冷却水泵；当齿轮箱油温度降低至齿轮箱冷却水泵停止温度设定值(45℃)时，关闭齿轮箱冷却水泵。齿轮箱冷却水风扇控制：当齿轮箱油温度高于齿轮箱冷却水风扇启动温度设定值(60℃)时，打开齿轮箱冷却水风扇；当齿轮箱油温度降低至齿轮箱冷却水风扇停止温度设定值(50℃)时，关闭齿轮箱冷却水风扇。齿轮箱润滑油加热器控制：当齿轮箱油温度低于齿轮箱润滑油加热器启动温度设定值(5℃)时，打开齿轮箱润滑油加热器；当齿轮箱油温度升高至齿轮箱润滑油加热器启动温度设定值(5℃)超过3min时，关闭齿轮箱润滑油加热器。4.7温度控制4.7.1齿轮箱温度控制4.7温度控制4.7.2发电机温度控制发电机绕组温度监测发电机绕组温度报警发电机绕组温度故障发电机轴承温度监测发电机轴承温度报警发电机轴承温度故障发电机集电环温度监测4.7温度控制4.7.2发电机温度控制4.7温度控制4.7.2发电机温度控制发电机冷却系统：

当发电机绕组温度大于发电机冷却风扇启动时绕组温度的初始设定值(80℃)超过3min时，打开发电机内部冷却风扇；若发电机绕组温度小于发电机冷却风扇停止时绕组温度的初始设定值(70℃)超过3min时，关闭发电机内部冷却水风扇。

发电机进风口温度监测。

发电机出风口温度监测。发电机定子加热器：

在机舱温度(gTmpNac)小于发电机定子加热器启动设定值(10℃)，打开发电机定子加热器。在机舱温度大于发电机定子加热器启动设定值(10℃)，延时10min关闭发电机定子加热器。4.7温度控制4.7.2发电机温度控制4.7温度控制4.7.3变压器温度控制变压器超温开关监测。变压器温度监测。4.7.4控制柜温度控制1）控制柜加热：塔底控制柜加热：由温控开关407S1进行控制。机舱控制柜加热：由温控开关204S8进行控制。2）控制柜冷却：塔底控制柜冷却：

当塔底控制柜的温度高于塔底控制柜风扇启动温度设定值(40ºC)超过30s时，打开塔底控制柜的风扇；当塔底控制柜的温度降低至塔底控制柜风扇停止温度设定值(35ºC)以下超过30s时，关闭塔底控制柜的风扇。4.7温度控制4.7.3变压器温度控制4.7温度控制机舱控制柜冷却：

当机舱控制柜的温度高于机舱控制柜风扇启动温度设定值40ºC)超过30s时，打开机舱控制柜的风扇；当机舱控制柜的温度降低至机舱控制柜风扇停止温度设定值(35ºC)以下超过30s时，关闭机舱控制柜的风扇。控制柜温度监测：

塔底控制柜温度监测：见状态代码110101。

机舱控制柜温度监测：见状态代码110102。

变流器控制柜温度监测：见状态代码030061。4.7温度控制机舱控制柜冷却：4.7.5机舱温度控制机舱冷却：

当机舱温度高于机舱冷却风扇启动温度设定值(40ºC)超过30s时，打开机舱冷却风扇；当机舱温度低于机舱冷却风扇停止温度设定值(35ºC)超过30s时，机舱冷却风扇停止。

舱外温度监测：见状态代码270010。

机舱温度监测：见状态代码270011。

机舱结冰：见状态代码260005。4.7.6塔底温度控制塔底冷却：

当塔底温度高于塔底冷却风扇启动温度设定值(40ºC)超过30s时，打开塔底冷却风扇；当塔底温度低于塔底冷却风扇停止温度设定值(35ºC)超过30s时，塔底冷却风扇停止。

塔底温度监测：见状态代码350011。4.7.5机舱温度控制4.8润滑控制4.8润滑控制4.8.1主轴承润控制在控制器开机运行后，主轴承润滑计时器清零并开始计数。当计时器计时达到设定值(12小时)之后，系统将启动主轴承润滑。主轴承润滑泵运行达到设定值(3分钟)后关闭，计时器复位。运行时间4.8.2发电机润滑控制目前机型配套的发电机本身带有润滑控制，不需要控制器进行控制。4.8润滑控制4.8润滑控制4.8润滑控制4.8润滑控制4.8.3齿轮箱润滑控制齿轮箱润滑泵分成高速模式和低速模式两个工作模式。高速模式：当下述条件其中一个满足时，齿轮箱润滑泵工作在高速模式。齿轮箱油温大于40°；

风轮转速大于10.5rpm。低速模式：当下述条件其中一个满足时，齿轮箱润滑泵工作在低速模式。齿轮箱油温大于40°且风机运行不处于服务模式和停机模式；风轮转速大于1.2rpm且小于10.5rpm。4.8润滑控制4.8润滑控制4.8润滑控制4.8润滑控制4.8.4偏航润滑控制当偏航系统运行一段时间后，需要进行偏航润滑。在下列3种条件其中之一满足时，系统将打开润滑泵对风机进行偏航润滑：系统运行计时器超过设定值；偏航系统运行计时器超过设定值；在偏航解缆激活的条件下，距离上次解缆的时间大于两次偏航解缆间隔时间的设定值。启动偏航润滑泵，偏航360˚之后，关闭润滑泵。偏航润滑计时器复位。4.8.5变桨润滑控制控制器开机运行后，变桨润滑计时器开始计时。当计时器计时达到一定时间后，启动变桨润滑。当变桨润滑完成后，对变桨计时器进行复位。4.8润滑控制4.8润滑控制4.9手动控制4.9手动控制4.9.1手动启动4.9.1.1功能描述

手动启动的功能是通过塔底启动按钮、机舱启动按钮或HMI上的手动启动操作，发出启动指令。风机处于静止模式，而且满足进入启动模式的条件，当接收到启动指令，使风机从静止模式进入到启动模式。4.9.1.2操作方法

风机处于静止模式时，当塔底启动按钮、机舱启动按钮、HMI上的手动启动操作中任意一种情况触发，则发出风机启动信号。4.9手动控制4.9手动控制4.9手动控制4.9.2手动停机4.9.2.1功能描述

手动停机的功能是通过塔底停机按钮、机舱停机按钮或HMI上的手动停机操作，发出停机指令。手动停机使风机正常停机。4.9.2.2操作方法

当塔底停机按钮、机舱停机按钮或HMI的手动停机操作中任意一种情况触发，则发出风机停机信号。4.9手动控制4.9.2手动停机4.9手动控制4.9.3手动复位4.9.3.1功能描述

当塔底复位按钮、机舱复位按钮或HMI上的手动复位操作中任意一种情况触发，则发出风机软复位信号。HMI手动复位只能复位一般级别的故障，而塔底复位按钮和机舱复位按钮既可以复位一般级别的故障，又可以复位严重级别的故障。4.9手动控制4.9.3手动复位4.9手动控制4.9.3手动复位4.9.3.2操作方法通过HMI复位操作来复位一般级别的故障。当风机处于静止模式，此时在HMI上进行复位操作，风机软复位信号为TRUE可复位一般级别的故障。通过机舱复位按钮或塔底复位按钮来复位一般级别的故障。当风机处于静止模式、服务模式或停机模式三种模式之一，此时触发机舱复位按钮或塔底复位按钮，风机软复位信号为TRUE可复位一般级别的故障。通过机舱复位按钮或塔底复位按钮来复位严重级别的故障。当风机处于静止模式、服务模式两种模式之一，此时触发机舱复位按钮或塔底复位按钮，风机软复位严重故障信号为TRUE可复位严重级别的故障。4.9手动控制4.9.3手动复位4.9手动控制4.9.4服务模式下的手动控制4.9.4.1功能描述

在服务模式下，可以进行手动变桨、手动刹车和手动控制各执行设备的启停的功能。手动偏航在风机运行的各个状态都可以进行操作。执行设备主要有：泵——液压油泵、齿轮箱润滑泵(高速和低速)、齿轮箱冷却水泵、主轴承润滑泵、偏航轴承润滑泵、偏航齿轮润滑泵。风扇——塔底冷却风扇、塔底柜内冷却风扇、机舱冷却风扇、机舱柜内冷却风扇、齿轮箱水冷风扇、发电机空冷风扇、发电机滑环风扇加热器——液压泵加热器、齿轮箱润滑油加热器、齿轮箱润滑油泵加热器、齿轮箱水冷却风扇加热器、齿轮箱冷却水泵加热器、发电机定子加热器4.9手动控制4.9.4服务模式下的手动控制4.9手动控制4.9.4.2操作方法当机舱维护开关或塔底维护开关任意一个动作，则发出维护开关激活信号。当接收到维护开关激活信号，则主流程延时3s进入服务模式；当接收到左偏航或右偏航按钮信号，则手动偏航动作，左偏航或右偏航同时按下，偏航不动作；当接收到手动风轮制动按钮信号或HMI上的手动刹车信号，则执行手动刹车操作；在服务模式下，当手动变桨控制激活且安全系统未动作，则可以根据HMI上手动输入的变量，控制变桨位置、变桨速度、以及风轮转速限制；限制风轮转速在服务模式下，当接收到HMI上的各执行设备的启停控制信号，则可以手动控制各执行设备的启停。4.9手动控制4.9.4.2操作方法4.10液压系统4.10液压系统4.10.1液压风轮制动

液压风轮制动安装在驱动链的高速轴侧，是风机的二级刹车系统，通过液压控制来实现。液压风轮制动的主要功能是使风轮减速直至完全静止。在服务模式下，可以手动控制风轮制动使风轮静止；在紧急停机状态下，当风轮转速低于允许抱闸的设定值，液压风轮制动动作，使风轮快速静止。当发生以下两种情况时，液压风轮制动抱闸。在其他情况下，液压风轮制动都处于松闸状态。

当系统执行紧急停机，并且主流程进入停机模式，且风轮转速小于允许风轮制动的风轮转速设定值的情况下，风轮制动抱闸。

当服务开关激活，主流程进入服务模式时，且风轮转速小于允许风轮制动的风轮转速设定值的情况下，对风轮制动进行手动操作将制动闸关闭。4.10液压系统4.10液压系统4.10液压系统4.10液压系统4.10.2液压偏航制动

液压偏航制动安装在偏航制动盘上，当风机运行需要自动偏航对风时或手动偏航时，液压偏航制动阀部分打开(留有备压)，液压偏航制动部分动作；当风机需要90度偏航、自动解缆或偏航润滑时，液压偏航制动阀全部打开，液压偏航制动全部动作。在其他情况下，液压偏航制动处于抱闸状态。4.10.3液压泵马达控制

液压泵控制的功能是保证液压系统的系统压力维持在设定的压力范围之内，当系统压力低于液压泵启动压力设定值(145bar)时，液压泵开启使系统压力上升；当系统压力高于液压泵停止压力设定值(160bar)时，液压泵停止使系统压力下降。4.10液压系统4.10液压系统控制系统构造及原理讲义课件项目十一控制系统构造及原理山东职业学院机电装备系新能源应用技术教研室《风力发电技术》

主讲教师：张为宾项目十一控制系统构造及原理山东职业学院机电装备系《风力发电1控制系统2W2000型风机控制系统主要内容1控制系统2W2000型风机控制系统主要内容任务1控制系统控制系统1安全保护2安全链3信号测量4任务1控制系统1安全保护2安全链3信号测量4一、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1、控制系统的总体结构一、控制系统一、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、主控制器一、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2）机舱控制柜一、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）塔基控制柜一、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3、控制系统的功能一、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。一、控制系统为了完成上述要求，控制系统必须二、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、安全保护安全保护二、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1．大风保护安全系统二、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2．电网失电保护二、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，一旦超出检测上限，就引发安全保护系统动作。2)超电压保护：超电压保护是指对电气装置元件遭到的瞬间高压冲击所进行的保护，通常对控制系统交流电源进行隔离稳压保护，同时装置加高压瞬态吸收元件，提高控制系统的耐高压能力。3)超电流保护：控制系统所有的电器电路(除安全链外)都必须加过电流保护器，如熔丝、断路器等。二、安全保护3．参数越限保护二、安全保护4．振动保护

机组一般设有三级振动频率保护：振动开关、振动频率上限l、振动频率极限2，当振动开关动作时，系统将分级进行处理。5．开机保护

采用机组开机正常顺序控制，对于定桨距失速异步风力发电机组采取软切控制限制并网时对电网的电冲击；对于同步风力发电机，采取同步、同相、同压并网控制，限制并网时的电流冲击。6．关机保护

风力发电机组在小风、大风及故障时需要安全关机，关机的顺序应先空气动力制动，然后，软切除脱网关机。软脱网的顺序控制与软并网的控制基本一致。二、安全保护4．振动保护二、安全保护

2、微控制器抗干扰保护系统

微控制器抗干扰保护系统的作用是使微机控制系统或控制装置既不因外界电磁干扰的影响而误动作或丧失功能，也不向外界发送过大的噪声干扰，以免影响其他系统或装置正常工作。微控制器抗干扰保护系统要遵循的原则是：①抑制噪声源，直接消除干扰产生的原因；

②切断电磁干扰的传递途径，或提高传递途径对电磁干扰的衰减作用，以消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合；

③加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力，降低其噪声灵感度。二、安全保护2、微控制器抗干扰保护系统二、安全保护抗干扰措施有：①进入微控制器所有输入信号和输出信号均采用光隔离器，实现微机控制系统内部与外界完全的电气隔离；

②控制系统数字地和模拟地完全分开；

③控制器各功能板所有电源均采用隔离电源；

④输入输出的信号线均采用带护套的抗干扰屏蔽线；

⑤微控制器的系统电路板由带有屏蔽作用的铁盒封装，以防外界的电磁干扰；

⑥采用有效的接地系统等。二、安全保护抗干扰措施有：二、安全保护

3、微控制器的自动检测功能

微控制器应能够对系统的故障进行自动检测。利用自动检测和修复方法可以使微控制器的故障自动消除，或者使系统操作者能更快地发现故障部件，迅速加以修复，以达到微控制器安全运行的目的。二、安全保护3、微控制器的自动检测功能三、安全链安全链

安全链是独立于计算机系统的最后一级保护措施。将可能对风力发电机组造成致命伤害的故障节点串联成一个回路，一旦其中有一个动作，便会引起紧急关机反应。

一般将如下传感器的信号串接在安全链中：紧急关机按钮、控制器程序监视器(看门狗)、液压缸压力继电器、扭缆传感器、振动传感器、控制器DC24V电源失电等。

此外，如果控制计算机发生死机，风轮过转速或发电机过转速，也起动安全链。紧急关机后，如果所有安全链相关的故障均已排除，只有手动复位后才能闭合安全链，重新启动。三、安全链安全链三、安全链三、安全链四、信号测量信号测量1)速度信号：发电机转速、风轮转速、偏航转速和方向等。2)温度信号：主轴承温度、齿轮箱油温、液压油油温、齿轮箱轴承温度、发电机轴承温度、发电机绕组温度、环境温度、电器柜内温度、制动器摩擦片温度等。3)位置信号：桨距角、叶尖扰流器位置、风轮偏角等。4)电气特性：电网电流、电压、功率因数、电功率、电网频率、接地故障、逆变器运行信息等。5)液流特性：液压或气压、液压油位等。6)运动和力特性：振动加速度、轴转矩、齿轮箱振动、叶根弯矩等。7)环境条件：风速、风向、湿度等。四、信号测量信号测量任务2W2000型风机控制系统偏航系统1执行机构2传感器3控制系统4任务2偏航系统1执行机构2传感器3控制系统4SEC-W2000型风机SEC-W2000型风机SEC-W2000型风机是三叶片、变桨控制、上风向风机，额定功率为2MW。变桨系统作为风机的低速轴刹车系统，每个叶片具有独立的电变桨控制，各自备有蓄电池以保证失电安全。机械刹车是风机的二级刹车系统，安装在驱动链的高速轴侧。当低速轴刹车系统失效时，机械刹车能够保证风机运行在允许的范围内。变桨系统和机械刹车由风机的控制系统和安全系统共同控制，安全系统优先于控制系统。SEC-W2000型风机SEC-W2000型风机2.1柜门面板操作2.1.1塔底控制柜塔底控制柜柜门面板由触摸屏、指示灯、按钮和开关组成：2.1柜门面板操作2.1.1塔底控制柜2.1柜门面板操作2.1柜门面板操作2.1柜门面板操作2.1.2机舱控制柜机舱控制柜柜门面板由嵌入式面板型PC、指示灯、按钮和开关组成：2.1柜门面板操作2.1.2机舱控制柜2.1柜门面板操作2.1柜门面板操作2.2显示屏操作2.2.1登录及权限2.2显示屏操作2.2.1登录及权限2.2显示屏操作2.2.2.实时数据监控2.2显示屏操作2.2.2.实时数据监控2.2显示屏操作2.2.2.1天气瞬时风速，m/s；暴风警报；25s平均风向，deg(°)；2.2.2.2桨叶&风轮3个叶片的平均桨距，deg(°)；风轮转速，rpm；2.2.2.3机舱振动X轴方向机舱振动，g；Y轴方向机舱振动，g；2.2.2.4环境温度机舱环境温度，℃；塔底环境温度，℃；机舱外温度，℃；机舱控制柜温度，℃；塔底控制柜温度；℃2.2.2.5齿轮箱齿轮箱低速轴风轮侧轴承温度，℃；齿轮箱高速轴发电机侧轴承温度，℃；齿轮箱油温，℃；齿轮箱冷却水温，℃；2.2.2.6发电机发电机定子温度U，℃；发电机定子温度V，℃；发电机定子温度W，℃；发电机前轴承温度，℃；发电机后轴承温度，℃；发电机进风口温度，℃；发电机出风口温度，℃；2.2显示屏操作2.2.2.1天气2.2.2.5齿轮箱2.2显示屏操作2.2.2.7电网有功功率，kW；A相电压，V；B相电压，V；C相电压，V；电网频率，Hz；2.2.2.8风机控制风机运行模式显示，包括初始化模式、停机模式、待机模式、自检测模式、空转模式、启动模式、切入模式、发电模式、共振模式、变桨润滑。风机自启动倒计时，s；启动按钮，停机按钮，复位按钮；2.2.2.9偏航液压系统主压力，bar；偏航位置，deg(°)；解缆报警；左偏航按钮，右偏航按钮，停止偏航按钮，自动偏航按钮；2.2显示屏操作2.2.2.7电网2.2显示屏操作2.2.3.服务模式2.2显示屏操作2.2.3.服务模式2.2显示屏操作2.2.3.1手动变桨(权限:90)

风轮解锁后，打开风轮制动，改变桨距角设定值(默认89°)，设定风轮转速，将手动变桨使能置位，然后按START按钮开始。结束手动变桨时，按STOP按钮停止，桨距角会回到89°。2.2.3.2手动维护(权限:90)

点击准备操作设备相应的状态按钮，会弹出一个对话框，有关闭(OFF)，打开(ON)和自动(AUTO)三种选择，选定其中一种状态后，点击确定按钮。ON/OFF显示设备的实际状态(开/关)。2.2显示屏操作2.2.3.1手动变桨(权限:90)2.2显示屏操作2.2显示屏操作2.2显示屏操作2.2.4状态码记录状态码记录界面包括状态码历史列表和状态码统计列表。2.2显示屏操作2.2.4状态码记录2.2显示屏操作2.2.5.输入输出列表(IO)点击IO列表按钮，显示DI和DO的状态。2.2显示屏操作2.2.5.输入输出列表(IO)2.2显示屏操作2.2.6.安全链点击安全链按钮，显示安全链的状态。当安全链正常时，安全链显示颜色为绿色；当安全链断开时，安全链显示颜色为红色。2.2显示屏操作2.2.6.安全链2.2显示屏操作2.2.7.EtherCAT及Profibus通讯点击通讯状态按钮，显示机舱和塔底的Ethercat和Profibus的通讯状态。2.2显示屏操作2.2.7.EtherCAT及Profi2.2显示屏操作2.2.8.历史数据统计历史数据统计显示操作数据的历史记录，点击总报表，年报表和月报表按钮，显示不同时间跨度的历史数据。2.2显示屏操作2.2.8.历史数据统计3硬件描述3硬件描述2MW风机控制系统由塔底控制柜和机舱控制柜两部分组成。硬件系统由倍福(Beckhoff)系列总线端子构成，主要采用的总线端子有数字量输入端子、数字量输出端子、模拟量输入端子、特殊功能端子、供电端子、安全模块端子。这些总线端子与总线耦合器一起组成站点，各个站点之间通过通讯线缆相连接，与变流柜从站、变桨从站以及CPU模块构成整个风机的控制系统。3硬件描述3硬件描述3硬件描述1）塔底控制柜塔底控制柜主要控制塔底柜冷却风扇、塔底通风风扇、变流器风扇及塔底主电源等执行机构；

塔底控制柜作为控制系统的主站，控制器采用德国倍福(Beckhoff)公司的嵌入式PC，信号采集通过总线端子模块实现。

塔底控制柜配有触摸屏一台，预装WinCE系统，用于系统管理和监控。

塔底控制柜的通讯接口有两个：

一个Profibus通讯接口，实现与变流柜之间的通讯；

一个多模光纤通讯接口，实现与机舱控制柜之间的通讯。3硬件描述1）塔底控制柜3硬件描述2）机舱控制柜机舱控制柜主要控制液压站、齿轮箱、发电机、风轮、偏航及风扇、照明等执行机构。

机舱控制柜按照数字量与模拟量的划分方式，将总线端子模块分为了两个站点，实现了对机舱内相关物理量的监测与处理。

机舱控制柜配有嵌入式面板型PC一台，预装WinXP系统，作为HMI，对系统进行管理和监控。

机舱控制柜有两个通讯接口：

一个是与塔底控制柜实现光纤通讯的模块；

一个是Profibus通讯接口，实现与变桨系统之间的通讯。3硬件描述2）机舱控制柜4软件描述4.1运行状态2MW风机控制器的主流程中包括十一种运行模式：初始化模式停机模式服务模式待机模式自检测模式空转模式启动模式切入模式发电模式共振模式变桨润滑模式。4软件描述4.1运行状态初始化模式4.1运行状态4.1.2初始化模式

当风力发电机组控制器在重新启动、参数修改、程序更改等情况发生之后，需要进入初始化模式。执行初始化程序读取参数文件，如果文件读取错误，将置出状态代码“初始化文件错误”；将读取到的参数赋给相对应的运行变量；初始化完成，进入停机模式。4.1运行状态4.1.2初始化模式4.1运行状态4.1.3停机模式由状态代码产生停机程序，机组将进入停机模式，在停机模式下：对于能够自动复位的状态代码，通过自动复位可进行复位；可以通过手动复位的方式对状态代码进行复位，不同的状态代码对应了不