海装风电2MW

2.0MW风电机组培训教材控制系统1概述•H93CH-2.0MW型风电机组是变桨变速功率调节、三叶片、上风向、水平轴、双馈式并网型风力发电设备，按照GL、IECTC2A+风况进行设计计算，整个机组的噪声特性符IEC61400-11标准的规定，整机见下图。1叶片2轮毂3塔筒4主轴5主轴承座6偏航驱动器7齿轮箱润滑泵8控制柜9变频器10冷却风扇11冷却泵12发电机13连轴器14制动器15齿轮箱16机舱起重机17液压站2.0MW机组总体结构图1．1主要技术参数•风轮直径93.6m•扫掠面积6877m2•风轮布置形式上风向•叶片数量3•旋转方向顺时针（cw），面向风轮•额定功率2068kW•无功功率调节0.9（感性）—1—0.9（容性）•输出电压690V±10%•电网频率50Hz±1%•切入风速3m/s•切出风速25m/s（600s平均风速）•额定风速9.7m/s•转速范围8.7～16.8rpm•额定转速15rpm•安全风速70m/s（50年一遇，3秒平均风速）•功率调节方式电气变桨•叶片变桨范围0°～91°•风轮仰角5°•风轮锥角3.5°•设计使用寿命20年•防雷保护等级IEC61400-24Ⅰ级•注*：空气密度为1.169kg/m3下的值。齿轮箱风场监控211塔基控制柜2机舱控制柜45G3变频器电网箱变4滑环35变桨系统动力线辅助电源通信线1．2风机控制系统布局2控制系统•H93CH-2.0MW风电机组控制系统是全自动化运行设备、实时监测、控制风力发电机组运行，只有设备维护时才需要手动操作。控制系统内置单机远程监控功能，可以通过网络监视、控制风电机组运行。控制系统还具有运行数据记录功能，可以查看运行日志。控制系统主要由PLC及I/0模块、供电设备、传感器、执行器件等构成，这些控制设备、执行器件安装于塔基、机舱控制柜以及变桨控制柜。2.1控制系统组成`塔基控制柜塔基控制柜包含辅助电源、PLC及I/O模块、电网测量、安全链、以太网交换机、控制柜散热控制及加热控制、雷电保护等。2.3塔基控制柜•塔基控制柜的控制柜门上设置有紧急停机开关、启动按钮、停机按钮、复位按钮、维护钥匙开关、故障指示灯、待机指示灯、运行指示灯、维护状态指示灯、安全链指示灯、紧急停机开关动作指示灯、电网连接指示灯、辅助电源开关。所有这些操作、显示器件可以完成对控制系统的启动、停机和复位、紧急停机、维护状态切换等操作，并指示其工作状态。•紧急停机开关：按下时断开安全链，机组紧急停机；拉出时接通安全链。•启动按钮：启动风电机组。•停机按钮：停止风电机组运行。•复位按钮：复位风电机组。•维护钥匙开关：逆时针转动钥匙（“0”位置），置控制系统为正常运行状态；顺时针转动钥匙（“1”位置），置控制系统为维护状态，此时可以使用机舱控制柜门上左变桨、右变桨、左偏航、右偏航及机舱远程操作控制盒上的制动盘制动控制风电机组。•待机指示灯（绿色）：指示灯长亮表明风电机组处于准备运行状态，可以启动；指示灯闪烁：表明控制系统自动启动模块已经激活，经过一段时间后设备会自动启动，或者表示故障信号已被复位。•运行指示灯（绿色）：指示灯亮，表明风电机组处于正常运行状态。•故障指示灯（红色）：表明风电机组出现故障。•维护状态指示灯（蓝色）：表明风电机组处于维护状态下，塔基控制柜或机舱控制柜门上的维护钥匙开关处于“0”位置。•安全链指示灯（红色）：表明安全链断开。•紧急停机开关动作指示灯（红色）：表明紧急停机开关断开。•电网连接指示灯（绿色）：表明风电机组与电网连接。•辅助电源开关：逆时针转动到“OFF”位置，则关闭塔基、机舱和轮毂的所有辅助电源；顺时针转动到“ON”位置，则接通塔基、机舱和轮毂的所有辅助电源机舱控制柜：机舱控制柜包含齿轮箱监测与控制、发电机监测与控制、制动器监测与控制、偏航监测与控制、风速风向/环境监测、润滑油/冷却水监测与控制、润滑油离线过滤装置监测与控制、机舱温度监测与控制、安全链路、I/O模块、维护控制、控制柜散热和加热控制、雷电保护等2.3机舱控制柜•机舱控制柜的控制柜门上设置有紧急停机开关、启动按钮、停机按钮、复位按钮、维护钥匙开关、左变桨、右变桨、左偏航、右偏航、故障指示灯、待机指示灯、运行指示灯、维护状态指示灯、安全链指示灯、紧急停机开关动作指示灯、电源开关。这些操作、显示器件可以完成对控制系统的启动、停机和复位、紧急停机、维护状态切换、维护状态下的左右变桨、维护状态下的左右偏航等操作，并指示系统故障。•机舱控制柜的控制柜门上设置有紧急停机开关、启动按钮、停机按钮、复位按钮、维护钥匙开关、左变桨、右变桨、左偏航、右偏航、故障指示灯、待机指示灯、运行指示灯、维护状态指示灯、安全链指示灯、紧急停机开关动作指示灯、电源开关。这些操作、显示器件可以完成对控制系统的启动、停机和复位、紧急停机、维护状态切换、维护状态下的左右变桨、维护状态下的左右偏航等操作，并指示系统故障。•紧急停机开关：按下时断开安全链，机组紧急停机；拉出时接通安全链。•启动按钮：启动风电机组。•停机按钮：停止风电机组运行。•复位按钮：复位风电机组。•维护钥匙开关：逆时针转动钥匙（“0”位置），置控制系统为正常运行状态；顺时针转动钥匙（“1”位置），置控制系统为维护状态，此时可以使用机舱控制柜门上左变桨、右变桨、左偏航、右偏航及机舱遥控手柄上的制动盘制动控制风电机组。•左变桨：在维护状态下，完成变桨角度由89°向40°移动。•右变桨：在维护状态下，完成变桨角度由40°向89°移动。•左偏航：在维护状态下，完成风电机组左偏航。•右偏航：在维护状态下，完成风电机组右偏航。•待机指示灯（绿色）：指示灯长亮表明风电机组处于准备运行状态，可以启动；指示灯闪烁表明控制系统自动启动模块已经激活，经过一段时间后设备会自动启动，或者表示故障信号已被复位。•运行指示灯（绿色）：指示灯亮，表明风电机组处于正常运行状态。•故障指示灯（红色）：表明风电机组出现故障。•维护状态指示灯（蓝色）：表明风电机组处于维护状态下，塔基控制柜或机舱控制柜门上的维护钥匙开关处于“0”位置。•安全链指示灯（红色）：表明安全链断开。•紧急停机开关动作指示灯（红色）：表明紧急停机开关断开。•指示灯闪烁：表示控制系统工作正常。•电源开关：逆时针转动到“OFF”位置，则关闭塔基至机舱和轮毂的所有辅助电源；顺时针转动到“ON”位置，则接通塔基至机舱和轮毂的所有辅助电源。机舱控制柜手柄：•紧急停机开关：按下时断开安全链，机组紧急停机；拉出时接通安全链。•启动按钮：启动风电机组。•停机按钮：停止风电机组运行。•制动：按“制动”，则刹车制动。•安全链是独立于控制系统的安全控制，若安全链任一接点中断，将由安全系统执行紧急停机，将触发以下事件：·变桨电机和蓄电池组接通,叶片以7°/s的速度顺桨，直到触发91°行程开关；·制动器在转子转速＜5rpm时投入,以最大力矩制动·风电机组在零功率脱网·禁止偏航安全链被触发,在故障排除后,只能通过塔基或机舱控制柜上的“复位”，按钮手动复位,风电机组才允许重新运行。2.6控制系统运行•控制系统实时采集风电机组各分系统参数及环境参数，以及各控制系统按钮信号，根据控制系统策略对风机进行实时控制。另外，还可以根据远程监控系统发来的控制命令进行控制。•控制系统靠传感器数据来实现实时、连续的监控，一旦参数不在预先设定的范围，将按照故障等级控制风电机组发出的故障报告、正常停机、快速停机或紧急停机，并将记录下故障时的风机数据。•控制软件依据风机控制要求，控制程序由主控制流程和各个监控子模块组成，所有的模块根据重要性和实时性要求，分别作1s任务、500ms任务、20ms任务执行。•另外，控制系统设置有独立的安全系统，由超速安全链信号、振动开关、扭缆开关、控制器安全链接点、轮毂安全接点、紧急停机开关等串联成。若安全链路由于前述任一接点中断而断开，将由安全系统执行紧急停机。2.6.1工作模式•初始化：PLC上电自检后执行初始化程序，读取初始化数据，并设置初始化控制参数。初始化时间约20S，如果初始化正常，则20S后进入待机模式。•待机模式：–如果将维护钥匙开关切换到“维护”状态，则控制系统进入维护模式。–如果有导致停机的故障、或者按下停机按钮、或者远程停机命令将进入停机模式。–如果没有故障，则进入自检。如果变桨测试状态正常、没有故障、无须解缆、齿轮箱油温正常，则允许进入启动模式。如果满足自动启动条件或者手动启动，则进入启动模式。•启动模式：–如果有导致停机的故障、或者按下停机按钮、或者远程停机命令、或者切换到维护、或者风力不够、或者需要解缆，则进入停机模式。•如果转子转速大于设定转速、风向偏移小于设定值，而且没有风暴，则进入加速运行模式。•加速运行模式：此时叶片角根据发电机实际转速、风速、叶片类型得出，目的是减小角度使发电机（或转子）加速。如果发电机转速达到发电转速，则进入发电运行模式。•发电运行模式，此时：–根据转速---转矩曲线控制发电机转矩和叶片角，输出电功率。–转子转速控制在8.7～16.8rpm。–如果机舱于风向偏差大于规定值，或者出现风暴，或者出现导致停机的故障、按下停机按钮、远程停机命令、切换到维护模式等，则进入停机模式。•停机模式：风电机组发生导致停机的故障、或者按下停机按钮、或者远程停机命令、或者运行过程中切换到维护状态等，控制系统将进入停机模式。•如果转子转速小于2rpm，则进入待机模式。•维护模式：将维护钥匙开关切换到“维护”状态，则控制系统进入维护模式。依据维护控制命令可以分别进行变桨、偏航、控制器等维护测试。2.6.2运行监控•控制系统将检测风电机组运行的所有参数，控制机组正常运行。如果某个重要参数的测量值在预定范围之外，将控制机组停机。视故障的严重性程度，机器执行一般停机、快速停机、紧急停机，或者只发出故障报告而不停机。机组出现故障时，将记录故障信息和故障时的运行参数报告。2.6.3转速监控•控制系统将检测主轴转速（2个模拟量）、编码器主轴转速信号、发电机（由变频器采集）转速信号。经过控制系统处理，将得到以下信号：•计算用于控制的转速信号；•转速校验：如果转速差超过rpm，且转子转速超过rpm，则发出转速比较故障，执行正常停机；•临界转速检测：如果转子转速超过rpm，则发出超临界转速故障，执行快速停机；•紧急停机转速检测：如果转子转速超过rpm，则发出超紧急转速故障，执行紧急停机，禁止自动启动。2.6.4温度监控•控制系统将监测齿轮箱系统、发电机系统、变频器、控制柜、主轴承、环境、变桨系统等温度，控制软件将依据所测温度值进行控制。•极限温度控制：如果所监测到的温度超过所允许的极限值，则进入故障停机。•降容运行：当某些与发电运行有关的温度上升到一定程度，控制系统将控制机组降容运行。•报警控制：当某些温度值超过报警点时，将发出报警信号。•其他控制：根据温度控制齿轮箱润滑油加热、油冷风扇启动、发电机冷却水加热、水冷风扇启动、控制柜散热、控制柜加热、等等。2.6.5电网监控•控制系统将监测电网电压、电流、频率等参数，计算有功功率及无功功率，并依据所测参数值对风电机组进行控制。•电网参数极限控制：如果所检测的电网参数超过运行极限值，则导致故障停机。2.6.6风速风向监控•控制系统通过对风速、风向的监测，控制机组运行。•风暴停机：除“维修”模式外，机组在其他运行模式下都有可能碰到需要风暴停机的情况，此时系统执行正常停机。•小风停机：转速低于设定值，则小风停机。•偏航控制：当机舱与风向偏差大于设定值时，启动偏航。•风速校验：取2个传感器信号互相校验，发出传感器故障信号，并取合适的风速值用于控制。•风向校验：取2个传感器信号互相校验，发出传感器故障信号，并取合适的风速值用于控制。2.6.7振动加速度监控•机舱控制柜内的振动加速度检测模块检测机舱振动加速度，当加速度大于设定值时，执行正常停机。•另外，当机舱振动开关动作后，将触发安全链，执行紧急停机。•加速度传感器振动开关2.6.8机舱位置监控•依据风速大小、运行模式、机舱位置等控制风机小