电气系统课件

明阳1.5MW风力发电机组电气系统介绍

明阳风力发电机组电控系统构成明阳风力发电机组电控系统主要包括：1、控制系统

1.1、主控控制系统1.2、变桨控制系统

1.3、偏航控制系统2、发电机系统3、变频器明阳风力发电机组电控系统构成1.1风机控制系统

MY1.5MW风力发电机组控制系统是在Beckhoff提供的TwinCAT环境下，用PLC语言开发的一个PLC控制系统。软件是基于安全和控制原理图设计的。明阳1.5MW控制通讯系统机舱柜通过光缆和塔基柜的主控制器相连接。整个控制系统以总线方式连接，控制端子符合EtherCAT总线标准。通过CANbus接口，实现振动监控和变频器的连接。通过Profibus/CANbus接口，实现变桨系统的连接。通过EtherNet接口，将风机接入以太网，组成集散控制系统控制系统简介塔基控制柜、机舱控制柜机舱柜塔基柜采用Beckhoff公司产品。控制柜PLC模块主要分为输入、输出、电源、通讯模块输入模块可分为DI、AI模块。DI模块：即数字量输入模块。它包括EL1004，KL1904。AI模块：即模拟量输入模块。它包括KL5001，KL5151\51，KL3042，KL3204。PLC简介输出模块是DO模块。它包括KL2404，KL2424，KL2904。电源模块：它包括EL9100(+24v)，EL9400(+24V)，KL9550(+24V)KL9540(+24V)，EL9187(0V)。通讯模块：EK1100,EL6751(CANBUS),EL6731(Profibus),CX1020,EK1110PLC简介200个分布在机舱和塔基的IO点通过总线传输到PC控制器上。数据实时扫描时间10毫秒，安全端子扫描时间为4毫秒。TwinCATSAFE安全端子独立于CPU运行，当CPU出现故障时，安全系统保证机组在极端情况下的顺利停机。先进的控制系统先进的控制策略先进的控制策略1、具有自主知识产权的控制原代码，已完全消化吸收。2、控制代码多达20万行，具有完善的机组控制流程，实现自动偏航、自动变桨、转速闭环控制、功率闭环控制、自动启停机等功能。3、机组故障状态700个，全面监控机组的运行状态，保证机组处于安全状态。4、机组参数800多个，详细的参数列表方便系统调试运行。先进的控制策略5、根据风速的变化，风轮可在限定的任何转速下运行。6、在额定功率以下，桨叶调到0度，最大限度地获取能量。7、可靠、快速地变频调节发电机功率及功率因数。8、输出功率稳定，提供优质电能。9、三桨叶独立的变桨传动控制单元。10、完善的自动偏航功能。11、优化的控制策略可提高抗台风能力。安全链原理安全链原理

安全链是独立于计算机系统的最高一级保护措施。采用反逻辑设计，将导致风力发电机组处于危险状态的故障接点串联成一个回路，一旦其中一个接点动作，将导致安全链断开，触发紧急停机。紧急停机后，只能手动复位后才能重新起动。安全链结点安全链节点：明阳1.5MW风力发电机组在设计时对安全问题进行了周全的考虑，风力发电机组安全链中包含的节点有：塔基急停按钮信号机舱急停按钮信号变桨急停信号安全链结点安全链节点：PCH振动大急停信号扭缆开关保护信号超速监视器超速信号PLC系统故障安全链动作示意图安全链触发机组安全链中任意接点断开都将引起机组急停，急停包括两个状态：急停1和急停2状态。急停1状态由除急停按钮以外的安全链接点中的其他接点断开引起，急停2状态由急停按钮触发引起。机组急停后安全链复位必须手动完成。安全链触发机组动作机组紧急停机，发出变桨紧急顺桨（EFC）信号，桨叶由蓄电池供电转到91º触发限位开关◆塔基安全模块DO输出24VDC电源断开，输出指令切断安全链触发机组动作◆机舱安全模块DO输出24VDC电源断开，输出指令切断◆变桨400VAC电源断开◆转子制动器抱闸（在转速监视器设定转速以下）。机组复位因为机组的复位操作有权限限制，所以操作之前必须先登录。复位状态代码：按下机舱柜上的复位故障码按钮；或按下塔基柜上的复位故障码按钮；机组复位复位安全链：按下机舱柜上的复位安全链按钮；或按下塔基柜上的复位安全链按钮；当塔基与机舱柜上的检修开关都不在检修位置时，可在远程计算机上复位。1.2变桨控制系统1.21功能描述变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。变桨系统的作用是控制风机叶片旋转到设定的角度。1.2变桨控制系统1.21功能描述变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。1.2变桨控制系统1.21功能描述变桨系统都具有备用电池供电系统，以保证在发生严重故障或重大事故（比如变桨系统的主电源供电失效后）的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。此外还需要一个冗余限位开关（用于100度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。1.2.1功能描述

每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。1.2.2

SSB变桨系统组成

SSB变桨控制系统有中控箱、轴控箱（3个）、电池箱（3个）、变桨电机（3个）组成。1.2.2

SSB变桨系统组成1.2.2

SSB变桨系统组成中央控制箱：主要用于电能分配和通过PLC控制器对桨叶进行控制调节。SSB变桨系统介绍轴控箱：电机驱动器，控制变桨电机的转速和转向。SSB变桨系统介绍变桨电机：为直流串励电机，驱动桨叶偏转SSB变桨系统介绍电池箱：备用电源，外不断电等等紧急故障时为顺桨提供电力OAT变桨系统介绍

OAT变桨控制系统由中控箱、轴控箱（3个）、变桨电机（3个）组成。OAT变桨系统介绍

中控箱：主要功能是进行电源分配。OAT变桨系统介绍轴控箱：内有PMM、PMC控制器和电池组，功能是控制桨叶变桨，控制转速和转向和紧急故障时为变桨电机提供电源。OAT变桨系统介绍变桨电机，变桨电机为交流电机。1.3偏航系统风向总是变化的，为了捕获最大的风能，必须每隔一段时间计算一次风向偏差，如果超过范围，就要偏航对风。风力发电机组的偏航系统主要由偏航轴承、偏航驱动器、偏航制动器、润滑泵、偏航位置传感器组成。1.3.1偏航系统示意图1.3.2偏航系统组成偏航轴承：偏航电机下面有一个小齿轮与大齿轮啮合，这个大齿轮叫偏航轴承，由偏航电机驱动。偏航轴承承载机组中主要部件的重量，并传递气动推力到塔架，轴承中含有齿圈，偏航驱动机构中的小齿轮与之啮合。1.3.2偏航系统组成偏航驱动器：驱动装置由驱动电动机、减速器、传动齿轮、齿轮间隙调整机构等组成。偏航驱动装置要求起动平稳，转速均无振动现象。1.3.2偏航系统组成偏航电机：在风力发电中，叶轮应该总是处在对风状态，以便于风轮最大程度的吸收风能。偏航电机就起转动机舱使叶轮对风的作用。本风力发电机组共有4台偏航电机。偏航制动器：直接液压制动钳，用于偏航对风后固定机舱位置。2、双馈发电系统

◆双馈发电系统用于风力发电等变速运行的领域。风速的频繁而快速的变化使发电机转子速度在大范围内变化，因此同步发电机不适合。

◆MY1.5S/Se风力发电机组采用双馈异步发电机，发电机定子同电网直接相连，发电机转子绕组通过滑环同双馈变频器相连，双馈变频器由电网供电，对转子进行交流励磁。双馈发电系统的特点◆双馈发电系统可以在发电机同步转速的+/-30%之间的大范围内稳定运行。风速的随机变化会引起发电机转子转速的变化，随着转子物理转速的变化，通过变频器改变交流励磁的交流电的频率，幅值，相序以及相位，以使定子输出的电压幅值和电流频率保持恒定，同时可以向电网输出感性或容性的无功。

双馈发电系统的特点双馈发电系统使用的双馈变频器其容量只占整个机组容量的1/4~1/3，对于1.5MW的机组，只需要容量为500KVA的双馈变频器，容量的减少直接降低了变频器的成本。双馈变频器双馈变频器双馈变频器双馈变频器变频器功能：1、实现双馈异步发电机的变速恒频控制双馈异步发电机的励磁电源来自电网，且励磁电流为直流，变频器在这个环节上的作用就是从电网吸收电源进行整流，给发电机提供励磁电流，并且变频器要调节转子励磁交流电压的频率和相序，使转子物理转速同电磁转速的矢量和等于同步转速。使异步发电机的运行类似于同步发电机的运行状态，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。

双馈变频器2、实现发电机与外部电网的连接由于风是不稳定的，风力发电机组的转速随风速的变化而变化，其功率也随之变化，为了实现机组与外部电网的柔性连接，需要对机组输出电压、频率、相位进行调节以保持和电网一致。变频器的实现的功能就是对机组输出电压、频率、相位进行调节以满足并网条件，实现机组与外电网相连。

双馈变频器拓扑电路结构变频器的功能3、保护传动单元、支撑电网（LVRT)这个功能是通过Crowbar来实现的，Crowbar用来在电网出现异常情况时防止出现过电压，例如在电网失压或电网短路时。Crowbar包括Crowbar