風(fēng)力發(fā)電機組控制系統

　　1、塔座控制站
　　塔座控制站即主控制器機柜是風(fēng)電機組設備控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。 控制器硬件采用32位處理器，系統軟件采用強實(shí)時(shí)性的操作系統，運行機組的各類(lèi)復雜主控邏輯通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)與機艙控制器機柜、變槳距系統、變流器系統進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，以使機組運行在最佳狀態(tài)。
　　控制器的組態(tài)采用功能豐富、界面友好的組態(tài)軟件，采用符合IEC61131-3標準的組態(tài)方式，包括：功能圖（FBD）、指令表（LD）、順序功能塊（SFC）、梯形圖、結構化文本等組態(tài)方式。
　　2、機艙控制站
　　機艙控制站采集機組傳感器測量的溫度、壓力、轉速以及環(huán)境參數等信號，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)和機組主控制站通訊，主控制器通過(guò)機艙控制機架以實(shí)現機組的偏航、解纜等功能，此外還對機艙內各類(lèi)輔助電機、油泵、風(fēng)扇進(jìn)行控制以使機組工作在最佳狀態(tài)。
　　3、變槳距系統
　　大型MW級以上風(fēng)電機組通常采用液壓變槳系統或電動(dòng)變槳系統。變槳系統由前端控制器對3個(gè)風(fēng)機葉片的槳距驅動(dòng)裝置進(jìn)行控制，其是主控制器的執行單元，采用CANOPEN與主控制器進(jìn)行通訊，以調節3個(gè)葉片的槳距工作在最佳狀態(tài)。變槳系統有后備電源系統和安全鏈保護，保證在危急工況下緊急停機。
　　4、變流器系統
　　大型風(fēng)力發(fā)電機組目前普遍采用大功率的變流器以實(shí)現發(fā)電能源的變換，變流器系統通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)與主控制器進(jìn)行通訊，實(shí)現機組的轉速、有功功率和無(wú)功功率的調節。
　　5、現場(chǎng)觸摸屏站
　　現場(chǎng)觸摸屏站是機組監控的就地操作站，實(shí)現風(fēng)力機組的就地參數設置、設備調試、維護等功能，是機組控制系統的現場(chǎng)上位機操作員站。
　　6、以太網(wǎng)交換機（HUB）
　　系統采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機，以實(shí)現單臺機組的控制器、現場(chǎng)觸摸屏和遠端控制中心網(wǎng)絡(luò )的連接?，F場(chǎng)機柜內采用普通雙絞線(xiàn)連接，和遠程控制室上位機采用光纜連接。
　　7、現場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò )
　　主控制器具有CANOPEN、PROFIBUS、MODBUS、以太網(wǎng)等多種類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)接口，可根據項目的實(shí)際需求進(jìn)行配置。
　　8、UPS電源
　　UPS電源用于保證系統在外部電源斷電的情況下，機組控制系統、危急保護系統以及相關(guān)執行單元的供電。
　　9、 后備危急安全鏈系統
　　后備危急安全鏈系統獨立于計算機系統的硬件保護措施，即使控制系統發(fā)生異常，也不會(huì )影響安全鏈的正常動(dòng)作。安全鏈是將可能對風(fēng)力發(fā)電機造成致命傷害的超常故障串聯(lián)成一個(gè)回路，當安全鏈動(dòng)作后將引起緊急停機，機組脫網(wǎng)，從而最大限度地保證機組的安全。
　　所有風(fēng)電機組通過(guò)光纖以太網(wǎng)連接至主控室的上位機操作員站，實(shí)現整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的遠程監控，上位機監控軟件應具有如下功能：
　?、?系統具有友好的控制界面。在編制監控軟件時(shí)，充分考慮到風(fēng)電場(chǎng)運行管理的要求，使用漢語(yǔ)菜單，使操作簡(jiǎn)單，盡可能為風(fēng)電場(chǎng)的管理提供方便。
　?、?系統顯示各臺機組的運行數據，如每臺機組的瞬時(shí)發(fā)電功率、累計發(fā)電量、發(fā)電小時(shí)數、風(fēng)輪及電機的轉速和風(fēng)速、風(fēng)向等，將下位機的這些數據調入上位機，在顯示器上顯示出來(lái)，必要時(shí)還可以用曲線(xiàn)或圖表的形式直觀(guān)地顯示出來(lái)。
　?、?系統顯示各風(fēng)電機組的運行狀態(tài)，如開(kāi)機、停車(chē)、調向、手/自動(dòng)控制以及大/小發(fā)電機工作等情況，通過(guò)各風(fēng)電機組的狀態(tài)了解整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的運行情況。
　?、?系統能夠及時(shí)顯示各機組運行過(guò)程中發(fā)生的故障。在顯示故障時(shí)，能顯示出故障的類(lèi)型及發(fā)生時(shí)間，以便運行人員及時(shí)處理及消除故障，保證風(fēng)電機組的安全和持續運行。
　?、?系統能夠對風(fēng)電機組實(shí)現集中控制。值班員在集中控制室內，只需對標明某種功能的相應鍵進(jìn)行操作，就能對下位機進(jìn)行改變設置狀態(tài)和對其實(shí)施控制。如開(kāi)機、停機和左右調向等。但這類(lèi)操作有一定的權限，以保證整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的運行安全。
　?、?系統管理。監控軟件具有運行數據的定時(shí)打印和人工即時(shí)打印以及故障自動(dòng)記錄的功能，以便隨時(shí)查看風(fēng)電場(chǎng)運行狀況的歷史記錄情況。
　　二 風(fēng)電控制系統基本功能
　?。?）數據采集（DAS）功能：包括采集電網(wǎng)、氣象、機組參數，實(shí)現控制、報警、記錄、曲線(xiàn)功能等；
　?。?）機組控制功能：包括自動(dòng)啟動(dòng)機組、并網(wǎng)控制、轉速控制、功率控制、無(wú)功補償控制、自動(dòng)對風(fēng)控制、解纜控制、自動(dòng)脫網(wǎng)、安全停機控制等；
　?。?）遠程監控系統功能：包括機組參數、相關(guān)設備狀態(tài)的監控，歷史和實(shí)時(shí)曲線(xiàn)功能，機組運行狀況的累計監測等。
　　1、數據采集（DAS）功能
　　機組運行過(guò)程中進(jìn)行監測的相關(guān)參數包括：
　?。?）電網(wǎng)參數，包括電網(wǎng)三相電壓、三相電流、電網(wǎng)頻率、功率因數等。電壓故障檢測：電網(wǎng)電壓閃變、過(guò)電壓、低電壓、電壓跌落、相序故障、三相不對稱(chēng)等。
　?。?）氣象參數，包括風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度等。
　?。?）機組狀態(tài)參數檢測，包括：風(fēng)輪轉速、發(fā)電機轉速、發(fā)電機線(xiàn)圈溫度、發(fā)電機前后軸承溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱前后軸承溫度、液壓系統油溫、油壓、油位、機艙振動(dòng)、電纜紐轉、機艙溫度等。
　　風(fēng)電場(chǎng)遠程監控中心的上位機和塔座觸摸屏站均可實(shí)現機組的狀態(tài)監視，實(shí)現相關(guān)參數的顯示、記錄、曲線(xiàn)、報警等功能。
　　2、機組啟停、發(fā)電控制
　?。?）主控系統檢測電網(wǎng)參數、氣象參數、機組運行參數，當條件滿(mǎn)足時(shí)，啟動(dòng)偏航系統執行自動(dòng)解纜、對風(fēng)控制控制工程網(wǎng)版權所有，釋放機組的剎車(chē)盤(pán)，調節槳距角度，風(fēng)車(chē)開(kāi)始自由轉動(dòng)，進(jìn)入待機狀態(tài)。
　?。?）當外部氣象系統監測的風(fēng)速大于某一定值時(shí)，主控系統啟動(dòng)變流器系統開(kāi)始進(jìn)行轉子勵磁，待發(fā)電機定子輸出電能與電網(wǎng)同頻、同相、同幅時(shí)，合閘出口斷路器實(shí)現并網(wǎng)發(fā)電。
　?。?）風(fēng)力機組功率、轉速調節
　　根據風(fēng)力機特性，當機組處于最佳葉尖速比λ運行時(shí)，風(fēng)機機組將捕獲得最大的能量，雖理論上機組轉速可在任意轉速下運行，但受實(shí)際機組轉速限制、系統功率限制，不得不將該階段分為以下幾個(gè)運行區域：即變速運行區域、恒速運行區域和恒功率運行區。額定功率內的運行狀態(tài)包括：變速運行區（最佳的λ）和恒速運行區。