风机控制系统



风力发电基本知识 风机控制系统概述控制系统及安全规范 传感器 操作面板应用 手动控制操作 风机运行
第一章 风力发电基本知识
1.1 风的产生
风是由于空气流动而产生的，造成空 气流动的原因有： 太阳的辐射与地球的自转、公转。 河流、海洋、山岳及沙漠等的 地表差异。 地表各处受熱不均匀。 大气温差发生变化。 空气中水蒸汽的含量不同等。
启动方式A 启动方式B 启动方式C 停机 紧急停机 快速停机 正常停机 手动停机
启动方式A
快速停机
紧急停机
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，并通过串口与控 制器WP3100通讯进行数据 传输。
风轮转速传感器
齿轮箱输出端转速传感器
4.2 偏航计数传感器（偏航角度）（ 1个）
从机舱到塔筒间布置的柔性电缆由于偏航控制会变得 扭曲。如果在扭曲达到两圈后正好由于风速原因导致风机 停机，此时主控系统将会使机舱旋转，直到电缆不再扭曲。 如果一直在扭曲达到3圈前还是不能进行解缠绕，系统产 生正常停机程序程序，使电 缆解缠绕。当电缆扭曲达到 ±4圈后安全回路将会中断， 紧急停机。
偏航计数传感器
4.3 风速 （2个）
风机配有两个装在相配 支架上的加热风速计，支架有一 个接地环对风速计提供避雷功能。 电缆铺设在穿线管中。
风速传感器
4 .4 风向 （1个）
风向计也安装同一个支架上， 能360°范围测量，为了防止结冰， 风向计能根据环境温度采取适度的 自动加热。
风向传感器
4.5 振动传感器 （2个）
第三章 控制系统及安全规范
3.1 主控制系统
主控制系统是整个风机控制系统的核心部分，通过各 种传感器和连接的其他分散的控制系统，风机的所有的监 视和控制功能都通过主控制系统来实现，主控制系统安装 在机舱上，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。

3.6 安全刹车
风机装有两个刹车卡钳，通过作用在装在高速轴上的 刹车来止动。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 可以通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
第四章 传感器
4.1转速传感器 （6个）
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。
转速传感器
发电机输入端转速传感器
2.1 风机控制系统：
主控制系统 变桨控制系统 发电机变频控制系统 偏航控制系统

基本控制要求 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。
安装在主机架下部，为的重力 型加速度传感器，它直接连接到 紧急停机回路上。此外，有振动 传感器监视塔基和驱动链，如果 测量值超限，立刻正常停机。
振动传感器
4.6 温度传感器 （12个） 用于反映风力发电机组系统的工作状况。

温度 PT100



A轴承 B轴承 定子线圈（3个） 温度 PTC 定子线圈（3取2） 电刷磨损 成组报警 超压保护（保险管） 转子/定子 温度 PT100 油箱 高速轴 1#轴承 高速轴 2#轴承 齿轮箱进油口（冷却油） 油压， 模拟量 齿轮箱进油口（冷却油） 主轴轴承温度 PT100 主轴轴承箱 外部温度 PT100 机舱下面 机舱内部 PT100 机舱控制柜附近

手动偏航
手动偏航是三种偏航方式中优先级最高的。通过显示屏上的组 合按键可以顺时针和逆时针偏航。手动偏航可以通过按键停止或在转 过180°后自动停止。

自动对风偏航 风机自动对风偏航跟风向、风速有关，只有在风速 低于设定的偏航启动风速2.5m/s时是才能自动偏航，确定 了风向的偏离角度和方向后，频率最为关键，频率取得高， 会造成偏航电机的频繁启动和停止，频率取得低，会降低 对风的灵敏度，影响风机的出力。对FD型风机来说，安装 有两个偏航方向记数传感器,当风向在1分钟内偏离8°或 在2分钟内偏离16°时才会松开偏航刹车，延时0.2s，启 动偏航电机，执行自动对风偏航。在达到设定的偏航停止 角度-2°时，延时0.5s，制动偏航刹车，停止偏航电机。
第四章 操作面板应用
1 基本功能

快速启动 正常停机 复位和执行自动运行 功能键选择各种操作 显示菜单反映各种状态信息
主控制系统包含下列菜单： -启动菜单 -状态统计菜单 -状态菜单 -事件列表菜单
-序列号菜单 -状态代码列表菜单 -电网菜单
第五章 手动控制操作

停止和启动风机 手动偏航控制 手动刹车控制
4.7 刹车磨损传感器
刹车磨损传感器安装在齿轮箱刹车器上，只有在刹车 被完全释放后，开关才能动作，微动开关指示刹车衬套的 磨损。当刹车片磨损到一定值后，传感器给出一个信号， 要求正常关闭风机，如要再次运行则要求手动复位下，在 这信号后还可以进行3次启动或3天运行。然后必须要求更 换新的刹车衬套，更换后，并要求能被主控制系统识别检 测到。
3.3
发电机变频控制系统
变频器安放在 风机的塔基处。它采用 了自动控制系统，具有 相应的软件数据处理， 输入转矩和与之对应 的功率点，形成转矩功 率曲线，用来控制风机 的功率，通过控制编程 具有对常见故障的自处 理能力。
3.4 偏航控制系统包括：
四个偏航驱动装置， 七个偏航刹车卡钳组成。 偏航过程分手动偏航、 自动对风偏航和解缆偏航 三个过程。
MD70型风机（1.5MW)
基本参数 机型 FD70 额定功率(kW) 1,500 切入风速(m/s) 3.5 额定风速(m/s) 13.5 切出风速(m/s) 25.0 抗暴风能力(m/s) 56.0
FD77 1,500 3.0 12.5 20.0 51.6
MD77型风机（1.5MW)
第二章 风机控制系统概述

解缆偏航
当电缆扭曲圈数达到2圈且 风速低于3m/ s时，或电缆 扭曲圈数达到3圈时，表示 风机向一个风向，要自动偏 航解缆；风机安装有电缆扭 曲开关，该开关直接连接到 安全链，当电缆扭曲的圈数 达到4圈，说明自动解缆失败， 因此要触发安全链紧急停机。
3.5 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
手动偏航控制开关
刹车开关

复位安全链
只有运行人员才允许复位安全链。
维护开关
第六章 风机运行
风机能够正常运行，除了风速和电网要满足要求外，风机的各个 部分都必须正常，比如 偏航系统，液压泵，齿轮箱，电机，电气控制 柜，传感器，那部分有故障，轻则影响风机的出力，严重则可以使风 机受到致命的打击。因此在编制监控软件时除了了解风机主要部分的 运行控制过程外，各个输入信号的监测及故障判断都必不可少。
1.4 风力发电机组的布置
风电场的排布主要考虑地形、地貌以及风电机组之间 尾流的影响，以获得最大的发电量。 在风能资源风向非常明显的地区，机组排列可以与主 导风能方向垂直，平行交错布置，行距一般为风轮直径的 8～10倍，列距一般为风轮直径的2～3倍。


东方汽轮机厂的FD型风机是一种 额定功率为1500kW，频率为50Hz 或60Hz的变桨控制、可变速的涡 轮风机。 现阶段我厂的风机主要是FD70、 FD77型。
6.1 风机启动前的准备 6.2 风机控制流程
风机并网运行时会遇到各种状况而停机，因而叶片会因不同的停 机方式停在不同的位置，不同的停机方式会导致不同的刹车程序，并 导致有不同的刹车状态。包括下列刹车程序：刹车程序200、刹车程 序190、刹车程序180、刹车程序75、刹车程序50。



（2）I/O信息： 在WP3100模块中含有数字量输入输出点、模拟 量输入输出点、高速记数测量点、温度PT100测量 点、电网电压电流测量点和用于通讯的串口和光纤 口。

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 齿轮箱、发电机摆动、振动 油压、刹车衬套的磨损 电缆的弯曲 气象数据的监视 危机故障的冗余检查等。
3.1.1 WP3100控制器
专门设计用于控制风机——从停机到拾取多 种速度。活性安全和先进的数据收集。 （1）功能：

用于所有类型风机的智能控制器。 所有控制功能一体化。 先进的数据收集和存储。 满足用户需求的灵活设计。 整体实时电网测量。 易于扩展。 远程程序更新。C语言设计。 一体化的I/O和COM端口。 用户语言：缺省的控制语言是英语， 其他语言是可以选择的。