风力发电机组电控系统知识-变频器部分课件.ppt

1、 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17:10:083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：1150（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：52.5（ mm2 ）（3）机舱电源一个4芯电缆规格：416（ mm2 ）（4）塔基电源一个3芯电缆规格：31.5（ 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

2、电缆规格：416（ mm2 ）17:10:084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1M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0.5M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 NCC30 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U

3、PS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

4、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面板控制系统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面板控制系统控制系统控制面板控制面板控制系统控制系统登陆等级控制系统控制系统菜单内容控制系统控制系统控制面板操作手册-中文.pdf控制系统控制系统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控制系统主程序界面主程序界面控制

5、系统控制系统 群操作群操作控制系统控制系统风机状态发电状态发电状态不在线状态不在线状态故障状态故障状态控制系统控制系统 查看某台风机的详细信息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控制系统某台风机主界面控制系统控制系统命令栏详细信息命令栏详细信息控制系统控制系统实时数据实时数据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控制系统Spe.Con发电机检测速度Spe.Rot轮毂检测速度速度速度控制系统控制系统 变桨变桨IhububTor 变桨电机力矩IhububTor 变桨电机力矩IhububTor 变桨电机力矩HubPos001 叶片1角

6、度HubPos002 叶片2角度HubPos003 叶片3角度控制系统控制系统 温温 度度控制系统控制系统服服 务务 控制系统控制系统故故 障障 控制系统控制系统 警警 告告 控制系统控制系统历史数据主界面历史数据主界面 控制系统控制系统历史数据历史数据- -故障故障 控制系统控制系统历史数据历史数据- -故障故障 控制系统控制系统 历史数据历史数据- -总计数器总计数器 控制系统控制系统历史数据历史数据- -功率曲线功率曲线 风频发电量控制系统控制系统 历史数据历史数据- -月功率曲线月功率曲线 发电量风频控制系统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

7、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

8、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偏航系统工作参数风速范围 065m/s精度 0.1m/s 5m/s 风向范围 0360 精度 1.0 温度范围 -40+70C精度 5.0C 加热功能偏航系统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偏航系统17:10:1046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！17:10:1047串口通讯（RS422到RS232）工作原理偏航系统偏航系统工作原理安装位置、温度测量偏航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

9、- 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

10、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

11、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)偏航系统偏航系统偏航电机 刹车反馈 温度控制开关偏航系统偏航系统 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。偏航系统偏航系统17:10:1161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

12、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主要功能制动系统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制动系统制动系统制动系统制动

13、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油冷系统17:10:1274操作17:10:1275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17:10:1276油路17:10:127717:10:127817

14、:10:1379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 17:10:138017:10:1381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水冷系统为什么要有水冷系统？对

15、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冷系统水冷系统水管分布水冷系统水冷系统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10C，通往热交换器的管路就被关闭。高于10C时，为

16、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： 50l/min在50l/min下的压力：0.8bar机舱变频器机柜流速： 60l/min在60l/min下的压力：1bar水冷系统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

17、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

18、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变频器网侧变频器功能介绍网侧变频器功能介绍17:10:1399并网过程的描述17:10:13100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

19、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。17:10:13101预充电过程（S2）1.闭合预充电单元，直流电压975V2.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。17:10:13102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

20、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17:10:13103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。 17:10:13104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。 17:10:13105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

21、频器不同步，发电机同步时，风速突然降低)出现17:10:13106CrowbarCrowbar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

22、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

23、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直驱发电机能量流图93.2% 电网电网100%变频器变频器发电机发电机4.0%2.8%功率损耗功率损耗 功率损耗功率损耗双馈感应电机能量流图双馈感应电机能量流图77.8% 100%19.4%0.8% 能量损耗能量损耗变频器变频器18.6%96.4% 电网电网2.8%发电机发电机 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

24、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

25、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 - 继电器变桨系统变桨系统与其他类型的风力发电机组相比，减少了元件的

26、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变桨系统两个独立的刹车系统：电气机械变桨系统变桨系统 叶片垂直向下是，变桨从叶片垂直向下是，变桨从0度转向度转向86度度010203040506005000100001500020000250003000035000(ms)(Nm) (A)变桨力矩电流86 position0 position变桨系统变桨系统 电缆的固定电缆的固定变桨系统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

27、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电源电池系统电池系统17:10:15129Battery17:10:1513017:10:1513117:10:15132Battery17:10:15133电池数据- 额定电压3012V360V，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

28、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。17:10:15134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 Err135 3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17:10

29、:15135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 - 电池通过整流桥连接到普通的直流电源供电单

30、元，确保变桨系统供电不会中断。- 风机在自动运行时，首先要检查电池系统是否正常。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。电池系统电池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安全链的目的是什么？ 保护风机 GL证书的一部分 保护风机的最后一道防线注意： 必须检测 决不允许修改 错误是很严重的安全链安全链24VDC供电, 熔丝，急停发电机超速振动开关轮糓超速看门狗制动器位置工作位置变桨驱动存储继电器轮糓超速三个叶片故障制动器打开制动器关闭安全链安全链安全链安全

31、链安全链安全链认真对待这些检查，它是保护风机的最后一道防线！安全链安全链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防雷保护其它系统其它系统转换放电间隙电刷如果缺少的话，会怎么样？电气损坏轴承损坏防雷保护其它系统其它系统各可动部位装设电刷各可动部位装设电刷。不影响其它电缆，迅速泄放不影响其它电缆，迅速泄放雷电电流。雷电电流。 叶片避雷针导线叶片避雷针导线 避雷针避雷针叶片前端部叶片前端部（金属制金属制） 其它系统其它系统防雷保护防雷保护接地极接地极 控制配线控制配线（光纤光纤）避雷用接地线电避雷用接地线电机设备接地线机设备接地线回

32、路接地线回路接地线 雷击对策雷击对策（塔体下部接地塔体下部接地）操作盘操作盘其它系统其它系统雷击- 大气放电的电流路径。- 人和物体都有危险。- 雷击是一个大气的放电过程。结果- 放电电流的热效应、磁效应和机械效应。- 沿着放电路径电压下降。- 在供应系统中暂时的波动过电压。其它系统其它系统防雷保护防雷保护保护理论- 基于麦克斯韦尔的磁平衡理论。- 磁感应远远比阻抗严重。- 当直径增加的时候磁感应下降。其它系统其它系统防雷保护防雷保护实现一些导体在外表面，在闭合的表面内磁场为零。每个防雷导体到地和闪电的连接都要至少有两条平行的路径。避雷导线越短越好。避雷装置定位要尽可能的与要保护的系统元件接近。保护系统所有的金属部分通常都导电。在旋转部件和非旋转部件的能量转化时，会有放电间隙。单独的电刷保护轴承提供一种电荷平衡的方法。(特别是在暴雷到来之前)为每一个可能遭受损坏的元件提供雷击保护。防雷保护其它系统其它系统