中科院电工所的风机控制系统
技术开发历程
承担多个风力发电控及变流器系统国家级项目 22KW变速恒频控制系统试验验证 大连天元电机全功率试验验证 国电玉门风场600KW G42机组现场试验
中科院电工所的风机控制系统
国电玉门风场600MW G42机组现场试验
将A12号机组的所有测量线、反馈线、控制线和动力线进 行标号，并详细记录。
Digital inputs （数字输入） 6
QUEST公司控制系统
软件系统主要用途和功能
用于添加和操作数据库记录 的工具；
支持各类输入/输出（I/O） 总线装置的数据库；
用于定义输入/输出（I/O） 的工具，无论该
端口是在CPU 单元上或是在 设备的总线系
统输入/输出（I/O）模块上； 任务周期间隔可以为1、10、
电网数据管理
系统设计(机舱)
系统设计(塔基)
QUEST公司控制系统
QUEST公司提供的风力发 电控制系统控制器
科若斯中心控制器
测量准确性高 经证实的高可靠性 经过标准工业总线系统的
输入/输出信号 简单快捷的配置 高效益的产品 Motorola MPC 555
QUEST公司控制系统
MITA的风力发电控制系统
WP3100 Controller 适用于不同型号风机的智能
控制器 集成所有控制功能 先进的数据采集和存储 柔性设计的控制系统以满足
不同用户需求 集成实时电网测量 易于扩展 远程软件升级
MITA的风力发电控制系统
MITA的风力发电控制系统
硬件设计特点
集成I/O及COM端口 满足风机控制的紧凑型设计 易于扩展 集成实时电网测量 友好的用户界面 基于MITA控制技术的控制系统网络 适用于不同规模的风场
监视功能实时监视可控风电机组的运行状态（如待机、大/小电机 发电、停机等）、瞬时运行数据、统计运行数据、历史运行数据 等。绘制曲线现场绘制风速-功率曲线、风速分布曲线、风速趋势 曲线。
集中控制功能在中央控制室集中实现对多台风电机组的远程开机、 停机、左/右偏航、复位等功能。
数据管理系统自动进行历史数据存储，自动进行数据维护，自动 生成日报表、月报表和年度报表，支持数据查询，并且有数据导 出功能。
控制系统功能试验平台
意义：
变频恒速风力发电融合了现代机械传动、电力电 子技术和现代控制理论，而由于我国1.5MW变速恒频 风力发电机产业多处于设计和试制阶段。电气控制系 统只有充分的工程化试验，得出较确切的结论和数据， 才能应用于大规模产业化生产。
变桨系统控制
变流器系统
倍福公司风力发电控制系统实例
DeWind D8: 2 MW / 叶片液压定调 / 双馈反应发电机 (DFIG) / 变速箱
风能: 参考案例及专用知识 Gearbox:变速箱
应用案例 1: 涡轮调节及自动控制 (II)
DeWind D8: 2 MW / 叶片液压定调 / 双 馈反应发电机 / 变速箱
100 或1000毫秒；
True RMS 的测量适用于6 个电压和3 个电流, 测量频率 可高至10 毫秒一次；
通讯端口的管理； 周期性数值的处理（例如风
向）； 用于模拟和数字测量的滤波
器； 定时器； 数据资料记录； 图形界面工具箱；
VESTAS控制系统
底部和顶部的处理 器模块
MITA的风力发电控制系统
纪录
场
历史
监视
报警
打印
控
风场监视控制系统支撑软件
制
变压器监视接入
风机本机监视接入
其它信号接入
DLS或类似接口接
入
本 机
系统诊断 历史及数 及报警 据存储
HMI
通讯 接口
控
风力发电机组控制算法 逻辑实O模块通讯
Profi BUS 通讯
A I/O 通讯模式
机执 构行
偏航、液压等
风力发电机组电控系统工 作报告
风力发电机组控制系统硬件图
风场控制
服务器
打印机
网关
操作员站
工程师站
本机控制 控制层
本机控制
系统通讯组件
本机控制器 风力机本机监视 笔记本电脑
其它控制设备
系统通讯组件
本机控制
I/O卡件 变桨控制 变流控制
变流控制
变桨控制
风机被控设备
风力发电机组控制软件系统图
风
远程通讯
中科院电工所的风场控制系统
电源
GPRS
INTERN ET
RS232
MD600
防火墙
DC + DCC
监控室
路由器
数据中心 DC 端口： 9100
CP340
中科院电工所的风场控制系统
采用标准化的通信网络技术PROFIBUS现场总线技术， 实现大型风电场风电机组集中和远程监控。主要用于 大型并网风电场百台以上风电机组的集群监控。可根 据不同的风电机组制定相适应得通信协议。
将原位于机舱内的主控柜拆除，从机舱内吊下；并在原来 位置上安装科诺的信号转接柜。
将原有的线路完全拆除后，全部引入科诺的控制室内，与 科诺的控制系统和变流器连接。
检查和测试所有接线的正确性和信号的准确性。 为监控机舱内的情况，在机舱内额外安装了一套监视系统。
中科院电工所的风机控制系统
现场试验结果
操作员站
工程师站
本机控制 系统通讯组件
本机控制器 风力机本机监视 笔记本电脑
其它控制设备
系统通讯组件
I/O卡件 变桨控制 变流控制
变流控制
变桨控制
现场设备
风力发电机组控制软件系统图
风
远程通讯
纪录
场
历史
监视
报警
打印
控
风场监视控制系统支撑软件
制
变电站监视接入
风机本机监视接入
其它信号接入
DLS或类似接口接
QUEST公司控制系统
闸流晶体管驱动器模块
Thyristor outputs （闸流 晶体管输出） 6
Output voltage, max（最 大输出电压） 690V
Output current, max （最 大输出电流） 1A
Over-current protection （电流保护装置） Yes
unit (RIU))
统计分析(Statistical analysis) 独立于风场网络(Independent of site
network) 高采样频率，有准确时间纪录的数据
(High sample rate, accurate time stamped data) 保持最大的数据完整性-断网后两个月 的储存(Maximum data integrity – 2 months storage during network outage) 实时数据采集和下载(Campaign and download real time data) 客户数据分析(Custom data analysis)
逻辑检查
通道检测
系统调试
系统联调
现场接线
临时电缆连 接
机柜现场安 装
机柜柜 体安装
电缆制造 电子安装
系统生产
执行单位：生产组 地 点：电控生产车间 时 间：2.5周
带电调试
主机联调
现场调试
系统调试
执行单位：调试组 地 点：总装车间、现场 时 间：同整机进度
控制系统程序框图设计
了解风机系统运行及控制过程； 理解和验证Aerodyn开发控制程序； 现场调试技术基础； 技术开发即国产化基础。
居于Aerodyn SCS说明的控制程序框图 设计
采用UML的系统需 求分析过程
用例分析清楚表现 不同部件操作关系
用于系统逻辑软件 开发的第一版SCS 功能说明已完成
控制系统程序框图设计
序列图表示动作执行 过程
运行控制区域划分
控制系统程序框图设计
形 成 的 程 序 开 发 文 档
明确所有关键的问题(Clarifies all crucial issues)
准确的有支持的信息资料(Accurate and supportable information)
GH 风场群设计的方案
可逐渐增加的网络
服务器或客户自选方案
卫星/其它高速联网 公司网络 远程用户 GH SCADA 服务器 工作站
功能特点：
采用了现场总线技术，速度快，系统可靠 可选择对多台风电机组同时进行远控操作 模块化功能组合结构，扩展能力强 积木式数据存储结构，提高了数据查询速度，扩大数据存储
范围
中科院电工所的风场控制系统
通信管理系统自动与事先设定的风电机组建立通信连接，并且有 通信中断后的自动重连接功能。
入
本 机
系统诊断 历史及数 及报警 据存储
HMI
通讯 接口
控
风力发电机组控制算法 逻辑实现平台
制
实时网络操作系统平台
I/O模块通讯
Profi BUS 通讯
A I/O 通讯模式
机执 构行
偏航、液压等
变桨等系统控制
变流器控制系统
风机控制系统
风机本机控制系统结构
设计机舱及塔基控制箱； 分布的I/O；
修改参数远程修改风电机组运行参数。故障报警与处理故障报警 （视觉报警和红色警示条报警）、故障数据保存、故障现场数据 读取显示。
异地远程监控通过Internet或电话拨号等远程通信手段，可以实现 在异地对大型风电场的远程管理。
风力发电控制系统小结
风力发电机组控制系统硬件图
风场控制
服务器
打印机
网关
风机控制系统主要工作
其它重要工作
完整的风场控制系统； 风机电气控制系统功能试验台； 控制系统硬件设计； 关键零部件生产。