风力发电机组及变桨系统基础知识培训

风力发电机组及变桨系统基础知识培训公司机组基本信息介绍123风电机组发电及控制原理介绍变桨控制原理及常见部件介绍二、机组发电原理介绍-双馈变流器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。在超同步发电时，通过定转子两个通道同时向电网馈送能量，这时变流器将直流侧能量馈送回电网。在亚同步发电时，通过定子向电网馈送能量、转子吸收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态，变流系统双向馈电，故称双馈技术。二、机组发电原理介绍-双馈从上式可知，当发电机转速变化时，可通过调节转子励磁电流频率保持定子输出电能频率恒定，这是变速恒频运行的原理。当发电机亚同步运行时，转子绕组相序与定子相同；当发电机超同步运行时，转子绕组相序与定子相反；当发电机同步速运行时，转子进行直流励磁,详见（双馈发电机动画）。双馈电机的基本工作原理：当转子三相绕组施以交流，在电机的气隙中会形成一个旋转的磁场，此旋转磁场的转速与通入交流电的频率及电机的极对数有关，即：则只要维持n±n2=n1=常数，定子绕组的感应电势频率将始终维持为f1不变。双馈电机的转差率为则转子电流频率应为：二、机组发电原理介绍-双馈例如：双馈机组额定转速1500r/min，若实际转速1800r/min，发电机转子侧整流前输出频率？双馈发电机转速范围0-2200r/min，那么就可以算出发电机转子输出频率范围？这个值就是我们超速模块上设定发电机超速频率设定值。二、机组发电原理介绍-直驱变频恒频控制是在电机的定子电路中实现的（见上图），由于风速的不断变化，风力机和发电机也随之变速旋转，产生频率变化的电功率。发电机发出的频率变化的交流电首先通过三相桥式整流器整流成直流电再通过逆变器作为有源逆变变换为恒定电网频率的交流电。因此，变频器的容量和发电机系统的容量相同（见直驱动画）。金风直驱永磁发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变速变桨调节、直接驱动、外转子永磁同步发电机。其中永磁体为钕铁硼永磁（第三代稀土永磁）二、机组发电原理介绍-直驱若此直驱发电机达到多少转才能发出工频50HZ的电呢？例如：直驱发电转速范围7-13.5r/min，极数84，那么频率范围是多少？谁见过风机叶轮每分钟转71.4r的机组？故采用全功率变频器经整流-逆变为恒定电网频率的交流电。二、风电机组控制原理-双馈二、风电机组控制原理-双馈风力发电机组的控制系统由运行主控制器、变距控制器、变频控制器、通讯系统、远程监控系统组成：风电机组运行控制变桨距控制器基于DSP变速恒频控制器输入信号接口电路参数和运行检测传感器四象限可逆变流器偏航、冷却、刹车等继电输出伺服驱动远程监控通讯系统二、风电机组控制原理-双馈主控系统硬件配置（模块接线详见主接线表）MX213 ：控制器，10/100Mbps网口x2,Can接口x1,1xRS232+1xRS232/422/485串行接口，256MB存储卡，可通过PC卡驱动控制器，DC24VRS204 ：串行通讯接口，RS232/RS422/RS485接口x4，DC24VCNT204：高速计数模块，4个信号输入点,计数频率可达24MhzCNT204：高速计数模块，4个信号输入点DI232：数字输入模块，32个信号输入点DI232：数字输入模块，32个信号输入点DO232：数字输出模块，32个信号输出点AIO288：模拟信号输入输出模块，可选择PT100,0-20mA，+-10VDC/+-1VDC，软件配置，不需要拨码PTAI216：温度模拟量输入模块，可选择PT100，0-20mA,+-10VDC/+-1VDC二、风电机组控制原理-直驱电气控制系统组成控制单元传感器单元执行单元总线系统变桨系统变流系统主控系统冷却系统监控系统变桨传感器变桨执行器变桨控制单元备电系统整流单元逆变单元直流保护单元控制单元滤波单元风冷系统水冷系统以太网通信网络系统人机交互监控系统二、风电机组控制原理-直驱电气控制系统由主控柜、变流冷却柜、变流柜、机舱控制柜、机舱测量柜、发电机冷却柜、三套变桨柜、传感器和连接电缆等组成。电控系统包含正常运行控制、运行状态监测和安全保护三个方面的职能。二、风电机组控制原理-直驱风力发电机组的主控器由CX5020、KL9210、KL1104、KL2134、KL6021和KL9010组成。其中CX5020模块既负责DP通讯又负责机组程序的逻辑判断，是整个系统的CPU单元。KL9210负责CPU的供电及后续模块的通讯，KL1104是数字量的输入模块，KL2134是数字量的输出模块，KL6021是modbus通信模块负责与电量采集模块的通信，KL9010是主站终端模块。主控系统硬件配置（模块接线详见主接线表）三、变桨系统控制原理-双馈三、变桨系统控制原理-双馈每套转子叶片配置的一台节距调节驱动电机以及一体化的停车制动器、测速装置、绝对值变送器和强制冷却系统；每套转子叶片配置的用于转子叶片配置的节距调节控制的一套蓄电池组，在电源故障的情况下以及触发安全链的情况下投入运行（供电）；蓄电池组配置的有充电器以及充电控制和蓄电池电压监控；每套转子叶片配置一台三相双向转换器，向节距调节驱动电机供应直流电。除了节距调节驱动电机以外，其他所有的组件都安装在三个轴控柜和一个主控柜中，因此在轮毂内一共有四个控制柜。半导体闸流管控制器内置式安装在轴控柜中，控制伺服电机的转速和转矩。除此之外，在轴控制柜中海油一套蓄电池组，用于在电源故障的情况下给电机供电。在主控制柜中的控制器控制三根轴之间的正常运行模式下的同步。用于向轮毂中的电器设备供电的电缆以及与控制系统通讯的控制电缆，穿过控制箱而连接的电源和信号线是穿过安装于机舱内的滑环而输出连接的。变桨控制器是整个变桨系统的核心。变桨控制系统的两个控制回路：电流控制回路的反馈系统是测量内部的电流；对于转速控制回路，是反馈在电机上的转速传感器的测量信息控制回路。变桨控制器同时需要完成三个变桨电机与顶部控制柜之间的通讯和数据传输。基本控制过程如下：主机向控制器发送驱动指令，作为回应，控制器向主机发送目前位置数据信息。通过目前位置和目标位置的比较，控制器产生的一个模拟量设定值。随即，它控制制动器和变换器的控制器释放。这个模拟量设定值被传送至三个轴控制柜，功率变换器得到信号后开始启动，按照给定值驱动电机旋转，将叶片转送到目标位置。三、变桨系统常见部件-双馈以LUST变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：通讯滑环：主控系统与变桨系统信号连接；连接信号滑环针脚主控接线端子备注AC400V电源A/B/C/N/PE1/2/3/4/546/47/48/49/PEA插AC230VUPS电源L/N6/750/51N插AC230V照明电源L/N8/959/60N插三、变桨系统常见部件-双馈连接信号滑环针脚主控接线端子备注DC24V变桨小故障10138O插电池电压OK（128）11139O插快速收桨12103O插公共接地0V（3G1）13104O插暴风位置反馈14140O插备用线15141O插旁路限位开关16105O插来自控制柜24V直流电源17244O插DI：24V（超速模块）18268O插转速传感器OK19269O插L+B+20207P插L+B-21208P插三、变桨系统常见部件-双馈以LUST变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：中控柜：连接信号主控柜部件备注AC400V电源A/B/C/N/PEAC400V轴控柜供电1/2/31F1/1F2/1F3A插AV230V润滑油泵1F7U插AC230V轴控柜供电1/2/31F4/1F5/1F6F插AC400V刹车电源3Q1--3G2--3F4/3F5/SF6F插AC230V充电器供电5F1--5G1--5F2--12K1/13K1/14K1B插AC230V插座供电5F3F插三、变桨系统常见部件-双馈以LUST变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：中控柜：连接信号主控柜部件备注AC230VUPS电源L/NAC230V轴控柜供电1/2/32F1/2F2/2F3F插AC230V2G1供电2F4—2G1—2F6—L+BAC230V3G1供电2F5—3G1—3F1/3F2/3F3F插DC200V三、变桨系统常见部件-双馈以LUST变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：轴控柜：连接信号轴控柜部件备注AC400V电源A/B/C/N/PEAC400V轴控柜供电1Q1—1T1—1A1A插蓄电池供电DC220V供电1Q2—1A1/2F5(电池刹车释放)M插AC230V轴控柜供电1/2/3电机风扇/加热器供电2Q1F插AC230VUPS电源L/N电池电压监视/正常变桨启动供电4U1/3K4/3K7/4K1/4K2/4K3F插三、变桨系统常见部件-双馈以LUST变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：轴控柜：连接信号轴控柜部件备注DC24V启动脱开旁路继电器3K1DC24V接收L+B命令释放刹车继电器3K2DC216V电池收桨接触器3K3AC230V正常变桨接触器3K4DC216V电池收桨抱闸接触器3K5DC24V92度限位开关继电器3K6AC230V交流刹车释放接触器3K7三、变桨系统常见电气部件-双馈以LUST变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：轴控柜：连接信号轴控柜部件备注AC230V驱动器直流电源接触器4K1低穿时间继电器4K2低穿中间继电器4K3低穿三、变桨系统控制原理-直驱三、变桨系统控制原理-直驱三、变桨系统常见部件-直驱以天成同创变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：通讯滑环：机舱控制系统与变桨系统信号连接；连接信号滑环针脚机舱控制柜接线变桨控制柜接线AC400V电源L1/L2/L3/N/PEXS2_A(1/2/3),XS2_B(1/2/3)，PEX101X6（1/2/3/N/PE）XS1(A1/B1/C1)通讯XS1_B(1/2/3)X1(A1/B1/SC)XS6(A3/A8/A5)变桨系统OKXS1_A(1)123X7(1)XS6(B1)变桨安全链XS1_A(2/3)123X7(2/3)XS6(B2/B3)变桨安全链反馈XS1_A(4)123X7(4)XS6(B4)三、变桨系统常见部件-直驱以天成同创变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：变桨控制柜：连接信号变桨控制柜部件备注AC400V电源过电压保护2U1充电器3U2充电器空开3F6下一变桨柜空开2Q1三、变桨系统常见部件-直驱以天成同创变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：变桨控制柜：连接信号变桨控制柜部件备注AC230V电源变桨电机风扇保险2F1变桨柜加热保险2F2变桨柜加热电阻2R1插座3F5三、变桨系统常见部件-直驱以天成同创变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：变桨控制柜：连接信号变桨控制柜部件备注DC100V电源AC2变桨电机驱动器4U3保险4F7手动开关4S1超级电容X0ADC100V/DC24V7T1散热器风扇、AC2风扇、电机刹车、92度开关等继电器以及A10电压转换模块供电DC100V/DC24V9T2PLC电源模块及相关继电器供电三、变桨系统常见部件-直驱以天成同创变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：变桨控制柜：连接信号变桨控制柜部件备注DC24V电源(7T1)电机刹车5K1继电器变桨电机风扇5K2继电器机柜加热器风扇保险2F3机柜加热器风扇保险2F4DC24V保险7F9充电器散热风扇保险7F10充电器散热风扇保险7F11AC2散热风扇保险7F1292度开关8K3继电器电压转换模块A10三、变桨系统常见部件-直驱以天成同创变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）：变桨控制柜：连接信号变桨控制柜部件备注DC24V电源(9T2)保险9F13PLC电源模块供电PLC-10A1变桨系统OK13K4继电器AC2复位13K5继电器变桨柜加热13K6继电器充电器散热风扇13K7继电器柜体加热器风扇13K8继电器DC24V电源(外部安全链)外部安全链18K9继电器浪涌保护10U4滑环通讯连接浪涌保护三、变桨系统常见部件-直驱以天成同创变桨系统为例-变桨驱动柜：4U3：AC2变桨驱动器3U2：充电电源7T1:24V电源7F9DC24V保险7F10充电器散热风扇保险7F11充电器散热风扇保险7F12AC2散热风扇保险X24端子排X25端子排X26端子排3F6充电器电源开关3F5AC230V插座开关3X插座三、变桨系统常见部件-直驱以天成同创变桨系统为例-变桨控制柜：控制PLC9T2：24V电源2#A10电池电压转换模块X27端子排PLC变桨控制单元10U4通讯浪涌保护2F1变桨电机风