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文檔簡介
明陽1.5MW風(fēng)力發(fā)電機組電氣系統(tǒng)介紹
明陽風(fēng)力發(fā)電機組電控系統(tǒng)構(gòu)成明陽風(fēng)力發(fā)電機組電控系統(tǒng)主要包括:1、控制系統(tǒng)
1.1、主控控制系統(tǒng)1.2、變槳控制系統(tǒng)
1.3、偏航控制系統(tǒng)2、發(fā)電機系統(tǒng)3、變頻器明陽風(fēng)力發(fā)電機組電控系統(tǒng)構(gòu)成1.1風(fēng)機控制系統(tǒng)
MY1.5MW風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)是在Beckhoff提供的TwinCAT環(huán)境下,用PLC語言開發(fā)的一個PLC控制系統(tǒng)。軟件是基于安全和控制原理圖設(shè)計的。明陽1.5MW控制通訊系統(tǒng)機艙柜通過光纜和塔基柜的主控制器相連接。整個控制系統(tǒng)以總線方式連接,控制端子符合EtherCAT總線標準。通過CANbus接口,實現(xiàn)振動監(jiān)控和變頻器的連接。通過Profibus/CANbus接口,實現(xiàn)變槳系統(tǒng)的連接。通過EtherNet接口,將風(fēng)機接入以太網(wǎng),組成集散控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)簡介塔基控制柜、機艙控制柜機艙柜塔基柜采用Beckhoff公司產(chǎn)品??刂乒馪LC模塊主要分為輸入、輸出、電源、通訊模塊輸入模塊可分為DI、AI模塊。DI模塊:即數(shù)字量輸入模塊。它包括EL1004,KL1904。AI模塊:即模擬量輸入模塊。它包括KL5001,KL5151\51,KL3042,KL3204。PLC簡介輸出模塊是DO模塊。它包括KL2404,KL2424,KL2904。電源模塊:它包括EL9100(+24v),EL9400(+24V),KL9550(+24V)KL9540(+24V),EL9187(0V)。通訊模塊:EK1100,EL6751(CANBUS),EL6731(Profibus),CX1020,EK1110PLC簡介200個分布在機艙和塔基的IO點通過總線傳輸?shù)絇C控制器上。數(shù)據(jù)實時掃描時間10毫秒,安全端子掃描時間為4毫秒。TwinCATSAFE安全端子獨立于CPU運行,當(dāng)CPU出現(xiàn)故障時,安全系統(tǒng)保證機組在極端情況下的順利停機。先進的控制系統(tǒng)先進的控制策略先進的控制策略1、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的控制原代碼,已完全消化吸收。2、控制代碼多達20萬行,具有完善的機組控制流程,實現(xiàn)自動偏航、自動變槳、轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制、功率閉環(huán)控制、自動啟停機等功能。3、機組故障狀態(tài)700個,全面監(jiān)控機組的運行狀態(tài),保證機組處于安全狀態(tài)。4、機組參數(shù)800多個,詳細的參數(shù)列表方便系統(tǒng)調(diào)試運行。先進的控制策略5、根據(jù)風(fēng)速的變化,風(fēng)輪可在限定的任何轉(zhuǎn)速下運行。6、在額定功率以下,槳葉調(diào)到0度,最大限度地獲取能量。7、可靠、快速地變頻調(diào)節(jié)發(fā)電機功率及功率因數(shù)。8、輸出功率穩(wěn)定,提供優(yōu)質(zhì)電能。9、三槳葉獨立的變槳傳動控制單元。10、完善的自動偏航功能。11、優(yōu)化的控制策略可提高抗臺風(fēng)能力。安全鏈原理安全鏈原理
安全鏈是獨立于計算機系統(tǒng)的最高一級保護措施。采用反邏輯設(shè)計,將導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機組處于危險狀態(tài)的故障接點串聯(lián)成一個回路,一旦其中一個接點動作,將導(dǎo)致安全鏈斷開,觸發(fā)緊急停機。緊急停機后,只能手動復(fù)位后才能重新起動。安全鏈結(jié)點安全鏈節(jié)點:明陽1.5MW風(fēng)力發(fā)電機組在設(shè)計時對安全問題進行了周全的考慮,風(fēng)力發(fā)電機組安全鏈中包含的節(jié)點有:塔基急停按鈕信號機艙急停按鈕信號變槳急停信號安全鏈結(jié)點安全鏈節(jié)點:PCH振動大急停信號扭纜開關(guān)保護信號超速監(jiān)視器超速信號PLC系統(tǒng)故障安全鏈動作示意圖安全鏈觸發(fā)機組安全鏈中任意接點斷開都將引起機組急停,急停包括兩個狀態(tài):急停1和急停2狀態(tài)。急停1狀態(tài)由除急停按鈕以外的安全鏈接點中的其他接點斷開引起,急停2狀態(tài)由急停按鈕觸發(fā)引起。機組急停后安全鏈復(fù)位必須手動完成。安全鏈觸發(fā)機組動作機組緊急停機,發(fā)出變槳緊急順槳(EFC)信號,槳葉由蓄電池供電轉(zhuǎn)到91o觸發(fā)限位開關(guān)◆塔基安全模塊DO輸出24VDC電源斷開,輸出指令切斷安全鏈觸發(fā)機組動作◆機艙安全模塊DO輸出24VDC電源斷開,輸出指令切斷◆變槳400VAC電源斷開◆轉(zhuǎn)子制動器抱閘(在轉(zhuǎn)速監(jiān)視器設(shè)定轉(zhuǎn)速以下)。機組復(fù)位因為機組的復(fù)位操作有權(quán)限限制,所以操作之前必須先登錄。復(fù)位狀態(tài)代碼:按下機艙柜上的復(fù)位故障碼按鈕;或按下塔基柜上的復(fù)位故障碼按鈕;機組復(fù)位復(fù)位安全鏈:按下機艙柜上的復(fù)位安全鏈按鈕;或按下塔基柜上的復(fù)位安全鏈按鈕;當(dāng)塔基與機艙柜上的檢修開關(guān)都不在檢修位置時,可在遠程計算機上復(fù)位。1.2變槳控制系統(tǒng)1.21功能描述變槳系統(tǒng)的所有部件都安裝在輪轂上。風(fēng)機正常運行時所有部件都隨輪轂以一定的速度旋轉(zhuǎn)。變槳系統(tǒng)的作用是控制風(fēng)機葉片旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的角度。1.2變槳控制系統(tǒng)1.21功能描述變槳系統(tǒng)通過控制葉片的角度來控制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速,進而控制風(fēng)機的輸出功率,并能夠通過空氣動力制動的方式使風(fēng)機安全停機。風(fēng)機的葉片(根部)通過變槳軸承與輪轂相連,每個葉片都要有自己的相對獨立的電控同步的變槳驅(qū)動系統(tǒng)。變槳驅(qū)動系統(tǒng)通過一個小齒輪與變槳軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動。1.2變槳控制系統(tǒng)1.21功能描述變槳系統(tǒng)都具有備用電池供電系統(tǒng),以保證在發(fā)生嚴重故障或重大事故(比如變槳系統(tǒng)的主電源供電失效后)的情況下可以安全停機(葉片順槳到91度限位位置)。此外還需要一個冗余限位開關(guān)(用于100度限位),在主限位開關(guān)(用于91度限位)失效時確保變槳電機的安全制動。1.2.1功能描述
每個變槳驅(qū)動系統(tǒng)都配有一個絕對值編碼器安裝在電機的非驅(qū)動端(電機尾部),還配有一個冗余的絕對值編碼器安裝在葉片根部變槳軸承內(nèi)齒旁,它通過一個小齒輪與變槳軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動記錄變槳角度。1.2.2
SSB變槳系統(tǒng)組成
SSB變槳控制系統(tǒng)有中控箱、軸控箱(3個)、電池箱(3個)、變槳電機(3個)組成。1.2.2
SSB變槳系統(tǒng)組成1.2.2
SSB變槳系統(tǒng)組成中央控制箱:主要用于電能分配和通過PLC控制器對槳葉進行控制調(diào)節(jié)。SSB變槳系統(tǒng)介紹軸控箱:電機驅(qū)動器,控制變槳電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。SSB變槳系統(tǒng)介紹變槳電機:為直流串勵電機,驅(qū)動槳葉偏轉(zhuǎn)SSB變槳系統(tǒng)介紹電池箱:備用電源,外不斷電等等緊急故障時為順槳提供電力OAT變槳系統(tǒng)介紹
OAT變槳控制系統(tǒng)由中控箱、軸控箱(3個)、變槳電機(3個)組成。OAT變槳系統(tǒng)介紹
中控箱:主要功能是進行電源分配。OAT變槳系統(tǒng)介紹軸控箱:內(nèi)有PMM、PMC控制器和電池組,功能是控制槳葉變槳,控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向和緊急故障時為變槳電機提供電源。OAT變槳系統(tǒng)介紹變槳電機,變槳電機為交流電機。1.3偏航系統(tǒng)風(fēng)向總是變化的,為了捕獲最大的風(fēng)能,必須每隔一段時間計算一次風(fēng)向偏差,如果超過范圍,就要偏航對風(fēng)。風(fēng)力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)主要由偏航軸承、偏航驅(qū)動器、偏航制動器、潤滑泵、偏航位置傳感器組成。1.3.1偏航系統(tǒng)示意圖1.3.2偏航系統(tǒng)組成偏航軸承:偏航電機下面有一個小齒輪與大齒輪嚙合,這個大齒輪叫偏航軸承,由偏航電機驅(qū)動。偏航軸承承載機組中主要部件的重量,并傳遞氣動推力到塔架,軸承中含有齒圈,偏航驅(qū)動機構(gòu)中的小齒輪與之嚙合。1.3.2偏航系統(tǒng)組成偏航驅(qū)動器:驅(qū)動裝置由驅(qū)動電動機、減速器、傳動齒輪、齒輪間隙調(diào)整機構(gòu)等組成。偏航驅(qū)動裝置要求起動平穩(wěn),轉(zhuǎn)速均無振動現(xiàn)象。1.3.2偏航系統(tǒng)組成偏航電機:在風(fēng)力發(fā)電中,葉輪應(yīng)該總是處在對風(fēng)狀態(tài),以便于風(fēng)輪最大程度的吸收風(fēng)能。偏航電機就起轉(zhuǎn)動機艙使葉輪對風(fēng)的作用。本風(fēng)力發(fā)電機組共有4臺偏航電機。偏航制動器:直接液壓制動鉗,用于偏航對風(fēng)后固定機艙位置。2、雙饋發(fā)電系統(tǒng)
◆雙饋發(fā)電系統(tǒng)用于風(fēng)力發(fā)電等變速運行的領(lǐng)域。風(fēng)速的頻繁而快速的變化使發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度在大范圍內(nèi)變化,因此同步發(fā)電機不適合。
◆MY1.5S/Se風(fēng)力發(fā)電機組采用雙饋異步發(fā)電機,發(fā)電機定子同電網(wǎng)直接相連,發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)同雙饋變頻器相連,雙饋變頻器由電網(wǎng)供電,對轉(zhuǎn)子進行交流勵磁。雙饋發(fā)電系統(tǒng)的特點◆雙饋發(fā)電系統(tǒng)可以在發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速的+/-30%之間的大范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。風(fēng)速的隨機變化會引起發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化,隨著轉(zhuǎn)子物理轉(zhuǎn)速的變化,通過變頻器改變交流勵磁的交流電的頻率,幅值,相序以及相位,以使定子輸出的電壓幅值和電流頻率保持恒定,同時可以向電網(wǎng)輸出感性或容性的無功。
雙饋發(fā)電系統(tǒng)的特點雙饋發(fā)電系統(tǒng)使用的雙饋變頻器其容量只占整個機組容量的1/4~1/3,對于1.5MW的機組,只需要容量為500KVA的雙饋變頻器,容量的減少直接降低了變頻器的成本。雙饋變頻器雙饋變頻器雙饋變頻器雙饋變頻器變頻器功能:1、實現(xiàn)雙饋異步發(fā)電機的變速恒頻控制雙饋異步發(fā)電機的勵磁電源來自電網(wǎng),且勵磁電流為直流,變頻器在這個環(huán)節(jié)上的作用就是從電網(wǎng)吸收電源進行整流,給發(fā)電機提供勵磁電流,并且變頻器要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁交流電壓的頻率和相序,使轉(zhuǎn)子物理轉(zhuǎn)速同電磁轉(zhuǎn)速的矢量和等于同步轉(zhuǎn)速。使異步發(fā)電機的運行類似于同步發(fā)電機的運行狀態(tài),實現(xiàn)雙饋異步發(fā)電機的變速恒頻控制。
雙饋變頻器2、實現(xiàn)發(fā)電機與外部電網(wǎng)的連接由于風(fēng)是不穩(wěn)定的,風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化而變化,其功率也隨之變化,為了實現(xiàn)機組與外部電網(wǎng)的柔性連接,需要對機組輸出電壓、頻率、相位進行調(diào)節(jié)以保持和電網(wǎng)一致。變頻器的實現(xiàn)的功能就是對機組輸出電壓、頻率、相位進行調(diào)節(jié)以滿足并網(wǎng)條件,實現(xiàn)機組與外電網(wǎng)相連。
雙饋變頻器拓撲電路結(jié)構(gòu)變頻器的功能3、保護傳動單元、支撐電網(wǎng)(LVRT)這個功能是通過Crowbar來實現(xiàn)的,Crowbar用來在電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況時防止出現(xiàn)過電壓,例如在電網(wǎng)失壓或電網(wǎng)短路時。Crowbar包括Crowbar
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