第一章风机控制系统概述
风机所有的监视和控制功能都经过控制系统来实现, 它们经过各种连接到控制模块的传感器来监视、控制和保护。
控制系统给出叶片变桨角度和发电机系统转矩值, 因而作用给电气系统的分散控制单元的上位机和旋转轮毂的叶片变桨调节系统。
采用最优化的能量场算法, 使风机不遭受没必要的动态压力。
它包括电网电压、频率、相位、转轴转速、齿轮箱、发电机、现场的各种温度、摆动、振动、油压、刹车衬套的磨损、电缆的弯曲和气象数据的监视。
危机故障的冗余检查, 以及在紧急情况下, 甚至在控制系统不运行或缺乏外部电源的情况, 它们经过硬接线连接安全链立即触发和关闭风机。
甚至在主电源完全耗尽, 为确保最大的安全, 照明灯光还是能继续照明。
运行数据能够经过连接到远程通讯模块或因特网的PC机进行历史数据的调用, 也就是说, 风机的完整的状况信息能够被熟悉的操作人员和维护人员获知利用。
可是要提供安全密码等级, 正确的安全密码才允许远程控制。
1 风力发电机组的基本控制要求
风力发电机组的启动、停止、切入( 电网) 和切出( 电网) 、输入功率的限制、风轮的主动对风,以及对运行过程中故障的监测和保护必须能够自动控制。
风力资源丰富的地区一般都是在海岛或边远地区的甚至海上, 发电机组一般要求能够无人值班运行和远程监控, 这就要求发电机组的控制系统有很高的可靠性。
2 控制系统的基本功能
并网运行的FD型风力发电机组的控制系统具备以下功能:
(1)根据风速信号自动进入启动状态或从电网切出。
(2)根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。
(3)根据风向信号自动偏航对风。
(4)发电机超速或转轴超速, 能紧急停机。
(5)当电网故障, 发电机脱网时, 能确保机组安全停机。
( 6) 电缆扭曲到一定值后, 能自动解缆。
(7)当机组运行过程中, 能对电网、风况和机组的运行状况进行检测和记录, 对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施, 并能够根据记录的数据, 生成各种图表, 以反映风力发电机组的各项性能。
(8)对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通信的功能。
风机控制系统图
第二章控制系统及安全规范
1 主控系统
主控系统位于塔顶的机舱主控制柜内, 控制模块经过光纤数据传输电缆和RS485串口分别与塔基变频器开关柜上的显示操作屏和变桨控制系统相连。
主控柜中包含有高度集成的控制模块WP3100、超速模块、转速模块、各种空气开关、电机启动保护开关、继电器、接触器等。
图2.1 主控柜
主控系统连续不断的发出转矩给定值到变频器控制系统, 发出叶片角度给定值到变桨控制系统, 变桨控制系统的同步控制器驱动轮毂中的变浆控制电机来进行各种调节和控制。
每个系统都带有自己的监视功能, 变频器能独立工作且能自行停止, 它也给定模拟信
号到主控系统, 主控系统在给定相应的信号到变桨系统, 然后驱动叶片变化角度。
在变浆控制系统中, 系统自身监视只对故障起作用, 象下列故障: 叶片和叶片角度偏差等。
它能够经过通讯电缆请求主控系统快速停机。
2 安全链
安全链是一个硬回路, 由所有能触发紧急停机的触点串联而成, 任何一个触发都会导致紧急停机。
以下是构成紧急停机的信号点:
位于机舱控制柜上的紧急停机按钮, 机舱内便携式控制盒停机按钮, 变频器控制柜上的紧急停机按钮。
低速轴超速信号, 发电机转速超速信号。
超过额定功率的1.5倍。
振动超限
主控系统触发的变浆控制失败
电缆扭曲: ±4旋转
3 变浆控制
三个叶片变桨分别由三个带变频控制的三个直流电机驱动, 经过L+B控制器同步调整动作。
如果是电网故障或安全停机, 每个电机的电源由各自的后备蓄电池提供。
变桨控制除了调节功率外, 还作为三重冗余保护。
每个叶片多安装有一个角度编码器, 每个电机也装有一个编码器, 在运行中, L+B控制还监视变桨电机的电流和温度, 三个蓄电池循环充电控制, 蓄电池电压检测, 并经过串口与控制器WP3100通讯进行数据传输。
4 安全刹车
风机装有两个刹车卡钳, 经过作用在装在高速轴上的刹车盘来止动。
刹车卡钳直接安装在齿轮箱壳体上。
止动时靠弹簧力, 张开时靠液压力。
为了防止驱动装置过度拉紧, 液压回路上的刹车卡钳能够经过不同压力等级产生刹车转矩。
为了刹车时转轴能停下来, 刹车转矩等于100％额定转轴转矩( 刹车力矩等级1) 。
大约6.5s后刹车制动程序开始执行, 刹车转矩增加到等级2, 此时刹车器持续施加等于2倍额定转轴转矩的压力。
刹车器张开的最大要求压力: 120bar
运行压力: 140～160bar
最大压力: ( 极限值) 200bar
第三章传感器
1 转速传感器
风力发电机组转速的测量点有三个: 即发电机输入端转速、齿轮箱输出端转速和风轮转速, 发电机输入端转速一个, 齿轮箱输出端转速一个, 风轮转速两个, 还有两个转速传感器安装在机舱与塔筒连接的齿轮上, 用来识别偏航旋转方向。
图3.1 转速传感器。