电控系统知识剖析

SL1500系列风力发电机组电控系统知识

电控系统的作用：保证风电机组安全可靠运行获取最大能量提供良好的电力质量*3电缆（1）690V的动力电缆

3根/组×5（组）＝15根 动力电缆

1根 零线电缆 规格：1×150（mm2） 通过压紧电缆接头，连接到风力发电机组 零线在塔基接地环连接时，不能与从机舱的零线接于同一个点。（2）塔筒照明以及插座 一个5芯的电缆（具体几芯参考接线方式） 规格：5×2.5（mm2

）（3）机舱电源 一个4芯电缆 规格：4×16（mm2

） （4）塔基电源 一个3芯电缆 规格：3×1.5（mm2

）（5）用于远程通讯的光纤（数量由通信方式决定）（6）机舱加热器电源线（低温型） 一个4芯电缆 规格：4×16（mm2

）*4相关参数由箱变到风力发电机的电压是690V，允许浮动范围10％频率是50Hz，允许浮动范围±2Hz。690V电缆对地、相间绝缘电阻测量时打到1000VDC的档位上，测量值保持1MΩ以上1分钟为符合400V和230V的电路打到500VDC的档位上，测量值保持0.5MΩ以上1分钟为符合。电控系统主要由以下部分组成：控制系统偏航系统制动系统油冷系统水冷系统变频器变桨系统电池系统安全链其它系统

＋NCC3×0机舱控制柜＋NCC300690VAC动力电路定子接触器线路保险避雷保护400VAC辅助电路偏航变频器继电器等＋NCC310控制系统PLC控制面板接触继电器开关UPS系统除了电池之外的电源＋NCC320LSC电网侧功率变频器GSC电机侧功率变频器Crowbar单元滤波单元等网侧接触器柜内电气元件分布控制系统控制系统主要分为三部分：通信回路控制面板远程WPM远程WPM软件的操作方法和现场的控制面板基本一致，建议在掌握控制面板的使用方法后再学习PWM软件的使用。通讯回路控制系统控制面板优点只有一个接口 机舱控制柜NCC310外侧连接到主站PLC

塔基控制柜TBC100外侧连接到塔基PLC不需要额外的操作软件可以简便地更改PLC的算法简单、使用、可靠控制系统可以操作的对象：风机的启动、停止变桨的启动、停止刹车的启动、停止变频器的相关操作偏航的操作油冷系统的操作水冷系统的操作加热系统的操作控制面板控制系统可以查看的参数信息风机所处的状态运行、停机、故障查看即时的故障信息故障代码、简单描述各个设备的即时参数温度、电压、角度各个设备所处的状态启动、停止信息的记录发电量、发电时间、耗电量控制面板控制系统控制面板控制系统登陆等级控制系统菜单内容控制系统控制面板操作手册-中文.pdf控制系统WPM远程的WPM操作有Server、Local组成Server版本用于整个风场的管理Local版本用于单个风机的管理其操作方法和使用控制面板基本一致控制系统主程序界面控制系统

群操作控制系统风机状态发电状态不在线状态故障状态控制系统

查看某台风机的详细信息单击主界面内某台风机即可控制系统某台风机主界面控制系统命令栏详细信息控制系统实时数据POWER一分钟有功功率WINSPE一秒钟平均风速IWINFIL五分钟平均风速控制系统Spe.Con发电机检测速度Spe.Rot轮毂检测速度速度控制系统

变桨Ihub１ＨubTor变桨１电机力矩Ihub２ＨubTor变桨２电机力矩Ihub３ＨubTor变桨３电机力矩HubPos001 叶片1角度HubPos002 叶片2角度HubPos003 叶片3角度控制系统

温度控制系统服务

控制系统故障

控制系统

警告

控制系统历史数据主界面

控制系统历史数据-故障

控制系统历史数据-故障

控制系统

历史数据-总计数器

控制系统历史数据-功率曲线

风频发电量控制系统

历史数据-月功率曲线

发电量风频控制系统电控系统主要由以下十个部分组成：控制系统偏航系统制动系统油冷系统水冷系统变频器变桨系统电池系统安全链其它系统偏航系统偏航系统的功能是什么?在安装时配合叶轮吊装调整机舱方向，最大限度的吸收风能组成风速风向仪偏航变频器偏航电机旋转编码器工作情况偏航变频器与PLC连接，控制偏航电机的动作四个偏航电机统一协调工作，达到偏航目的偏航计数器对偏航角度进行计算，反馈报警信号左右方向偏航极限700度限制报警偏航系统风速风向仪工作概况工作原理信号采集和通讯协议偏航系统工作概况SL1500风力发电机组使用的是超声波风速风向测试仪。风速仪可以各种环境下测量风速、风向、和外界温度，并通过防雷模块（输入接风速仪、输出接接口）、串行通讯数据线传给从属PLC。通过对风向的测试，确定风力发电机组与正风向之间的夹角。通过对风速的检测，从而限制风力发电机组的工作状态偏航系统工作参数风速范围 0～65m/s精度 ±0.1m/s <=5m/s

±2％ >5m/s风向范围 0～360°精度 ±1.0°

温度范围 -40～+70°C精度 ±5.0°C

加热功能偏航系统风速风向仪工作概况工作原理信号采集和通讯协议偏航系统*46功能： 测量风速 测量风向 测量温度 防雷保护

自动偏航的前提！！！！

*47串口通讯（RS422到RS232）工作原理偏航系统工作原理安装位置、温度测量偏航系统偏航系统的功能是什么?在安装时配合叶轮吊装调整机舱方向，最大限度的吸收风能组成风速风向仪偏航变频器偏航电机旋转编码器偏航系统偏航系统偏航变频器偏航变频器与从站PLC连接，使PLC通过CAN总线与偏航变频器通讯。偏航变频器内部有独立的程序，PLC内对偏航变频器有一定的设置程序。偏航变频器的CAN总线设置开关设置为off。偏航变频器需要380VAC，经过PLC的程序要求，控制偏航变频器动作。偏航系统程序的传输在下载完程序后，需要重新启动变频器！严禁带电插拔数据线！！偏航系统偏航变频器偏航变频器有两种不同的操作状态：PLC模式偏航变频器在PLC模式下工作，由PLC经过CANopen将相关频率和启动/停止命令传输。相关设置的信号决定了偏航的方向。手动模式手动模式通过连接手动控制盒连接完成。手动控制盒未连接时，偏航变频器服务在PLC模式。在手动模式下，偏航变频器通过手动操作盒上的两个按钮控制。输入信号F（手动偏航）：向左偏航输入信号R（手动偏航）：向右偏航偏航系统手动偏航利用三相380V交流电源和手动控制盒即可实现。偏航系统偏航系统的功能是什么?在安装时配合叶轮吊装调整机舱方向，最大限度的吸收风能组成风速风向仪偏航变频器偏航电机旋转编码器偏航系统偏航系统偏航电机偏航电机的额定工作电压是380VAC，额定转速为1350rpm，额定功率2.2kW偏航电机通过偏航齿轮箱与偏航大齿圈咬合。偏航电机有温度控制开关保护电机在正常温度范围内工作。(90度报警)偏航系统偏航电机

刹车反馈 温度控制开关偏航系统

偏航系统故障列表错误排除后需复位！偏航系统偏航系统的功能是什么?在安装时配合叶轮吊装调整机舱方向，最大限度的吸收风能组成风速风向仪偏航变频器偏航电机旋转编码器偏航系统偏航系统旋转编码器旋转编码器主要执行两个任务第一，检测机舱偏航超出工作位置。第二，计算偏航旋转角度。偏航系统*61偏航计数器如何获得绝对的机舱角度？左/右位置信号判断零位，分辨左右纽缆位置报警对左极限、右极限报警信号的保护左极限位置报警大约左700度右极限位置报警大约右700度电控系统主要由以下十个部分组成：控制系统偏航系统制动系统油冷系统水冷系统变频器变桨系统电池系统安全链其它系统制动系统为什么我们需要制动器?应用于以下情况：过速紧急停机风机进行维护时为了锁上叶轮锁主要功能制动系统如何操作制动器?自动模式 自动控制服务模式 由控制面板进行操作叶轮锁 齿轮箱旁边的叶轮锁制动系统传感器刹车压力传感器刹车调整传感器刹车打开反馈刹车调整反馈刹车警告传感器刹车片磨损报警制动系统制动系统制动系统制动系统制动系统电控系统主要由以下十个部分组成：控制系统偏航系统制动系统油冷系统水冷系统变频器变桨系统电池系统安全链其它系统油冷系统油冷的目的是什么?为齿轮箱润滑冷却齿轮油加热齿轮油组成齿轮箱油冷泵、过滤器、温度传感器油冷风扇工作情况到齿轮箱和冷却系统分两套回路由参数的设定而决定油路油冷系统*74操作*75齿轮油加热的操作，可以在控制面板上的heating菜单下，进行选择黑色箭头所指示的部件是油位传感器，用来表征齿轮箱内的油量，当油位低时控制面板会显示故障*76油路*77*78*79油压传感器油压传感器有数字量、模拟量两种。数字量：控制面板上显示值为

0.5bar（低速泵）2.00bar（高速泵）。信号线接在F268.1模拟量：控制面板上显示值为瞬时传感器的测量值。信号线接在X226.2*80*81运行限制齿轮油温度大于5，风机运行45以下，润滑效果大于45，小于55，油冷泵冷却效果大于55油冷风扇启动，小于50油冷风扇停止齿轮油温度高于75，则限制功率，高于80故障停机返回电控系统主要由以下十个部分组成：控制系统偏航系统制动系统油冷系统水冷系统变频器变桨系统电池系统安全链其它系统水冷系统为什么要有水冷系统？对发电机、变频器、机柜进行冷却。组成水泵、温度感应模块或三相阀没有风扇的冷却器没有过滤器传感器：冷水温度、热水温度、水压力状况温度感应模块或三相阀在软件中不起作用水冷系统水冷系统水管分布水冷系统1、对于从发电机和控制柜中流出的水，在流经加压容器旁的温度传感器时，如果温度过高（超过55℃），则流向空气散热器降温；如果温度较低则直接流向需要冷却的装置（控制柜，变频器等）。对于流向水泵的水，在流经压力传感器时，如果压力过低，加压容器就会工作补充压力；如果压力足够则直接流向水泵。2、三通阀控制冷却介质的温度。只要冷却介质的温度低于10°C，通往热交换器的管路就被关闭。高于10°C时，为了增加冷却速度，容积流量就被分流，直到散热器满流量状态为止。3、机舱变频柜NCC3xx和发电机之间的流量通过平衡和关闭阀来控制。通过关闭发电机管路上的阀，变频柜里的流量就会增加，反之亦然。水流：

PLC通过压力开关检测意外泄漏。 发电机 －流速： ≥50[l/min]

－在50[l/min]下的压力：>0.8[bar]

机舱变频器机柜 －流速： ≥60[l/min]

－在60[l/min]下的压力：>1[bar]水冷系统电控系统主要由以下十个部分组成：控制系统偏航系统制动系统油冷系统水冷系统变频器变桨系统电池系统安全链其它系统变频器变频器92变桨变频器功能介绍变桨用变频器为伺服系统。硬件上，变桨用变频器采用了一公共整流，三个变桨变频器通过逆变控制电机。软件上，变桨用变频器采用矢量控制，并进行位置控制，从而对桨叶角度进行快速、准确的调节。变频器偏航变频器功能介绍偏航用变频器为开环系统。硬件上，偏航用变频器采用了一拖多的控制拓扑结构：即一台变频器控制四台电机。软件上，偏航用变频器采用开环控制，由PLC接受凸轮的位置反馈信号，并向变频器发出速度控制指令、启动时间等信息，从而调节偏航角度。变频器机侧变频器功能介绍发电机用变频器。硬件上，发电机用变频器为IGBT整流变频器，SVPWM(空间矢量脉宽调制)技术。变频器

机侧变频器功能介绍发电机侧变频器与发电机转子相连。功率容量上，两倍于网侧变频器。软件上，发电机侧变频器采用矢量控制，接受来自发电机的速度反馈并进行解藕。变频器机侧变频器功能介绍电机侧变频器发电机力矩控制功率因数调节发电机同步速度监视Crowbar触发变频器网侧变频器功能介绍网侧变频器与电网连接。变频器电网侧变频器控制DC母线预充电线路滤波同步处理电网监视变频器网侧变频器功能介绍*99并网过程的描述*100发电机的工作速度范围为1000-2000rpm，所以在定子侧感应电压的频率不恒为50Hz，不满足电网要求。双馈发电机通过变频器调整转子中励磁电流的频率，来控制定子电压的频率恒为50Hz；通过调整转子中励磁电流的大小和相位，来控制定子电压恒为690V，从而达到风机并网要求。发电机的同步转速为1500rpm，当转速低于1500rpm时，转子耗电，定子发电；当转速高于1500rpm时，转子、定子均发电。*101预充电过程（S2）闭合预充电单元，直流电压975V网侧变频器工作，母排直流电压经网侧变频器逆变使A点电压渐升为690AC，且电流值为57A。滤波回路可以滤掉3k以上的谐波。如果没有预充电环节，直接吸和网侧接触器，较大的电势差使转子接触器造成较大的冲击，形成瞬间过电流。*102闭合LSC(S6)

网侧变频器接触器闭合(S6)。网侧变频器接触器闭合，同时预充电接触器断开，能量从网侧经变频器至直流母排，母排电压为1050DC，网侧变频器提供系统所需无功能量，包括变压器、高频滤波装置等*103电机侧变频器启动(S7)

网侧变频器电流80A左右，电机侧变频器电流20A左右。*104同步(S7-syn)

风机转速达到1200-1400rpm，电机侧变频器注入140A电流，电机定子侧电压达到690V。

*105发电(S8)

定子接触器闭合。定子电压幅值、相位、频率与电网电压一致，定子接触器闭合，风机并网发电。小变日复一日，卖力工作，而风不解小变风情。阵风不断，error13(发电机超速)出现；抽风不断，error159(变频器不同步，发电机同步时，风速突然降低)出现*106CrowbarCrowbar的主要作用是保护变频器，当直流母排电压高于软件限值1175DC、硬件限值1200DC时，crowbar动作，切断网侧变频器接触器-K340.4及定子接触器-K150.1，变频器菜单下Err104(crowbar触发)。Crowbar工作过程如下：1.电机侧变频器不停检测直流母线电压，当电压高于1175DC时，电机侧变频器通过光纤与crowbar通讯，此时光纤处有红光。2.Crowbar接受到来自变频器的报警信号后，b点输出电压，触发-V312.4时图中箭头标识线路瞬间导通。3.Crowbar通过a点检测电阻-R312.6.1的电压，线路导通后，电阻-R312.6.1产生压降，Crowbar的c点接触器动作，S与COM断开，定子接触器和网侧接触器同时断开，变频器停止工作。发电机

变速恒频发电机组具有以下优点：双馈异步发电机只处理转差能量就可以控制电机的力矩和无功功率，降低了变频器的造价。变频器的容量仅为总机组容量的1/3左右。在最大输出功率时，转子和定子共发出1.5MW的电能。转差频率调节,调速范围为发电机同步转速的33.3％。降低控制系统成本、减少系统损耗，提高效率。功率因数可调，发电机组具有无功功率控制能力，功率因数可恒为1。根据需要，功率因数可在额定电压下最大达到容性0.95，感性0.90。低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时储存或释放风能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。先进的双PWM变频器，实现四象限运行。变速恒频技术大幅延长了核心部件的使用寿命，同时显著提高发电量。直驱发电机能量流图93.2%电网100%变频器发电机4.0%2.8%功率损耗~~功率损耗双馈感应电机能量流图77.8%~~100%19.4%0.8%能量损耗变频器18.6%96.4%电网2.8%发电机

交流励磁变速恒频风力发电机发电系统结构图如下所示，其中省略了变压器、滤波器等构件。其中定子接入电网，转子绕组由频率、相位、幅值都可以调节的三相低频交流励磁电流并网过程演示电控系统主要由以下十个部分组成：控制系统偏航系统制动系统油冷系统水冷系统变频器变桨系统电池系统安全链其它系统为什么要有变桨系统？在风速小于目标风速时，通过调整叶片角度，来得到最佳的发电功率。当风速大于目标风速时，变桨系统调节叶片角度，控制风机的速度和功率维持在一个最优的水平。当安全链断开的时候，把叶片转到顺桨位置（安全运行），把风轮当成一个空气动力学的刹车来使用。利用风和叶轮的相互作用，减小摆动从而将机械负载最小化。变桨系统是如何实现的？从站PLC控制操作电气变桨系统，3个通过变频器控制的辅助马达间接变速装置（伺服电机）。机舱内的电池系统。变桨系统

轮毂 轴承 小齿轮 避雷装置 玻璃钢外壳变桨系统变桨制动器轮毂轮毂变桨控制柜变桨限位撞块变桨接近开关缓冲器极限工作位置开关极限工作位置撞块轮毂罩分隔壁导流帽变桨系统变桨系统

滑环系统

每个叶片配备

-变桨机柜

-变桨驱动(齿轮箱,补助马达间接变速 装置,编码器，飞轮单元，刹车)

-接近传感器

-工作位置开关变桨机柜包括

-变桨变频器,刹车断路器,

-总开关,230VAC工组插头

-机柜加热器

-继电器变桨系统与其他类型的风力发电机组相比，减少了元件的数量。刹车系统有完整的空气动力学故障保护。轮毂内没有电池。可以对单个叶片控制(IPC)。变桨系统变桨系统风向顺桨位置变桨电机小齿轮变桨齿轮边缘工作位置大约86度的调节范围变桨系统两个独立的刹车系统：电气－机械变桨系统

叶片垂直向下是，变桨从0度转向86度010203040506005000100001500020000250003000035000(ms)(Nm)(A)变桨力矩电流86°position0°position变桨系统电缆的固定变桨系统电控系统主要由以下十个部分组成：控制系统偏航系统制动系统油冷系统水冷系统变频器变桨系统电池系统安全链其它系统为什么要电池单元？确保在电网短时间掉电的时候风机可以正常运行在掉电后，变桨系统可以安全停机掉电后，为控制系统提供24V电源电池系统*129Battery*130*131*132Battery*133电池数据

额定电压30×12V＝360V，容量5Ah

失电情况下可以提供3次连续的安全保障。短时间提供电流：50A/5s系统通过测量电池电压及温度来进行充放电，防止过充。加热温度传感器在电池柜内，并由PLC控制。当温度在零度以下时，机柜加热启用。加热控制通过PLC执行。健康检查

电池的健康检测在一个固定的周期进行（比如：一周）。因此电池在设定好的情况下充电，通过电压的变化来检测电池的容量。这个过程由PLC控制。*134电池的各个状态

BatStaDis(0):电池状态深度负载保护 当电池电压低或者电池没有连接时，进入此状态。

BatStaGri(1):电网掉电

UPS系统运行是启动轮毂的前提！

BatStaErr(2):电池故障状态

Err106电池电压高或者没有连接

Err115电池电压低或者没有连接

Err1353次电池检测失败，低电压

Err157不同负载的电池电压差太小

Err167在稳定或者慢充电时，电池电压低*135电池供电BatStaCha(3):电池快速充电电网掉电后电池放电BatStaTes(4):电池检测状态如果电池电压高于VolLow，开始检测小负载测试（连接0.8A负载）大负载测试（连接8A负载）BatStaRef(5):电池慢充状态电池检测后电池电压大于300VBatStaSta(6)电池稳定状态在BatStaRef状态的24小时在BatStaRef状态后，电池电压低于VolLow的1小时后。BatStaEar(7):电池接地故障 此时：电池接触器打开 智能通过改变锁定开关复位返回用途

电池通