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风力发电控制系统综述

风力发电控制系统综述

摘要:本文对风力发电整个控制系统进行了简述,并对风力发电控制系统基本功能进行了详细的说明,然后对目前我厂风力发电技术状态及对策进行了简单描述,最后简单介绍了目前风力发电的主要方向。

一风电控制系统简述

风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心,实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能;每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组;高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路,将机组的实时数据送至上位机界面;上位机操作员站是风电厂的运行监视核心,并具备完善的机组状态监视、参数报警,实时/历史数据的记录显示等功能,操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。

风力发电机组控制单元(WPCU)是每台风机的控制核心,分散布置在机组的塔筒和机舱内。由于风电机组现场运行环境恶劣,对控制系统的可靠性要求非常高,而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计,应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力,其系统结构如下:

风电控制系统的现场控制站包括:塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。风电控制系统的网络结构如图1所示:

风力发电控制系统综述

1、塔座控制站

塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心,主要包括控制器、I/O模件等。控制器硬件采用32位处理器,系统软件采用强实时性的操作系统,运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯,以使机组运行在最佳状态。

控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件,采用符合IEC61131-3标准的组态方式,包括:功能图(FBD)、指令表(LD)、顺序功能块(SFC)、梯形图、结构化文本等组态方式。

2、机舱控制站

机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号,通过现场总线和机组主控制站通讯,主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能,此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。

3、变桨距系统

大型MW级以上风电机组通常采用液压变桨系统或电动变桨系统。变桨系统由前端控制器对3个风机叶片的桨距驱动装置进行控制,其是主控制器的执行单元,采用CANOPEN与主控制器进行通讯,以调节3个叶片的桨距工作在最佳状态。变桨系统有后备电源系统和安全链保护,保证在危急工况下紧急停机。

4、变流器系统

大型风力发电机组目前普遍采用大功率的变流器以实现发电能源的变换,变流器系统通过现场总线与主控制器进行通讯,实现机组的转速、有功功率和无功功率的调节。

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