2.0MW風電機組培訓教材控制系統2021/4/1711概述

H93CH-2.0MW型風電機組是變槳變速功率調節、三葉片、上風向、水平軸、雙饋式并網型風力發電設備，按照GL、IECTC2A+風況進行設計計算，整個機組的噪聲特性符IEC61400-11標準的規定，整機見下圖。2021/4/1722021/4/173

1．1主要技術參數風輪直徑

93.6m掃掠面積

6877m2風輪布置形式 上風向葉片數量 3旋轉方向 順時針（cw），面向風輪額定功率

2068kW無功功率調節0.9（感性）—1—0.9（容性）輸出電壓 690V±10%電網頻率 50Hz±1%切入風速 3m/s切出風速 25m/s（600s平均風速）2021/4/174額定風速 9.7m/s轉速范圍 8.7～16.8rpm額定轉速 15rpm安全風速

70m/s（50年一遇，3秒平均風速）功率調節方式 電氣變槳葉片變槳范圍 0°～91°風輪仰角

5°風輪錐角

3.5°設計使用壽命

20年防雷保護等級

IEC61400-24Ⅰ級注*：空氣密度為1.169kg/m3下的值。2021/4/1751．2風機控制系統布局

2021/4/1762控制系統

H93CH-2.0MW風電機組控制系統是全自動化運行設備、實時監測、控制風力發電機組運行，只有設備維護時才需要手動操作。控制系統內置單機遠程監控功能，可以通過網絡監視、控制風電機組運行。控制系統還具有運行數據記錄功能，可以查看運行日志。控制系統主要由PLC及I/0模塊、供電設備、傳感器、執行器件等構成，這些控制設備、執行器件安裝于塔基、機艙控制柜以及變槳控制柜。2021/4/1772.1控制系統組成

`2021/4/178塔基控制柜 塔基控制柜包含輔助電源、PLC及I/O模塊、電網測量、安全鏈、以太網交換機、控制柜散熱控制及加熱控制、雷電保護等。2021/4/1792.3塔基控制柜塔基控制柜的控制柜門上設置有緊急停機開關、啟動按鈕、停機按鈕、復位按鈕、維護鑰匙開關、故障指示燈、待機指示燈、運行指示燈、維護狀態指示燈、安全鏈指示燈、緊急停機開關動作指示燈、電網連接指示燈、輔助電源開關。所有這些操作、顯示器件可以完成對控制系統的啟動、停機和復位、緊急停機、維護狀態切換等操作，并指示其工作狀態。2021/4/17109、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:33:17PM11、人總是珍惜為得到。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、一個人炫耀什么，說明他內心缺少什么。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、業余生活要有意義，不要越軌。2023/2/32023/2/303February202317、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/3緊急停機開關：按下時斷開安全鏈，機組緊急停機；拉出時接通安全鏈。啟動按鈕：啟動風電機組。停機按鈕：停止風電機組運行。復位按鈕：復位風電機組。維護鑰匙開關：逆時針轉動鑰匙（“0”位置），置控制系統為正常運行狀態；順時針轉動鑰匙（“1”位置），置控制系統為維護狀態，此時可以使用機艙控制柜門上左變槳、右變槳、左偏航、右偏航及機艙遠程操作控制盒上的制動盤制動控制風電機組。待機指示燈（綠色）：指示燈長亮表明風電機組處于準備運行狀態，可以啟動；指示燈閃爍：表明控制系統自動啟動模塊已經激活，經過一段時間后設備會自動啟動，或者表示故障信號已被復位。2021/4/1712運行指示燈（綠色）：指示燈亮，表明風電機組處于正常運行狀態。故障指示燈（紅色）：表明風電機組出現故障。維護狀態指示燈（藍色）：表明風電機組處于維護狀態下，塔基控制柜或機艙控制柜門上的維護鑰匙開關處于“0”位置。安全鏈指示燈（紅色）：表明安全鏈斷開。緊急停機開關動作指示燈（紅色）：表明緊急停機開關斷開。電網連接指示燈（綠色）：表明風電機組與電網連接。輔助電源開關：逆時針轉動到“OFF”位置，則關閉塔基、機艙和輪轂的所有輔助電源；順時針轉動到“ON”位置，則接通塔基、機艙和輪轂的所有輔助電源2021/4/1713

機艙控制柜： 機艙控制柜包含齒輪箱監測與控制、發電機監測與控制、制動器監測與控制、偏航監測與控制、風速風向/環境監測、潤滑油/冷卻水監測與控制、潤滑油離線過濾裝置監測與控制、機艙溫度監測與控制、安全鏈路、I/O模塊、維護控制、控制柜散熱和加熱控制、雷電保護等2021/4/17142.3機艙控制柜機艙控制柜的控制柜門上設置有緊急停機開關、啟動按鈕、停機按鈕、復位按鈕、維護鑰匙開關、左變槳、右變槳、左偏航、右偏航、故障指示燈、待機指示燈、運行指示燈、維護狀態指示燈、安全鏈指示燈、緊急停機開關動作指示燈、電源開關。這些操作、顯示器件可以完成對控制系統的啟動、停機和復位、緊急停機、維護狀態切換、維護狀態下的左右變槳、維護狀態下的左右偏航等操作，并指示系統故障。2021/4/1715機艙控制柜的控制柜門上設置有緊急停機開關、啟動按鈕、停機按鈕、復位按鈕、維護鑰匙開關、左變槳、右變槳、左偏航、右偏航、故障指示燈、待機指示燈、運行指示燈、維護狀態指示燈、安全鏈指示燈、緊急停機開關動作指示燈、電源開關。這些操作、顯示器件可以完成對控制系統的啟動、停機和復位、緊急停機、維護狀態切換、維護狀態下的左右變槳、維護狀態下的左右偏航等操作，并指示系統故障。2021/4/1716緊急停機開關：按下時斷開安全鏈，機組緊急停機；拉出時接通安全鏈。啟動按鈕：啟動風電機組。停機按鈕：停止風電機組運行。復位按鈕：復位風電機組。維護鑰匙開關：逆時針轉動鑰匙（“0”位置），置控制系統為正常運行狀態；順時針轉動鑰匙（“1”位置），置控制系統為維護狀態，此時可以使用機艙控制柜門上左變槳、右變槳、左偏航、右偏航及機艙遙控手柄上的制動盤制動控制風電機組。左變槳：在維護狀態下，完成變槳角度由89°向40°移動。右變槳：在維護狀態下，完成變槳角度由40°向89°移動。左偏航：在維護狀態下，完成風電機組左偏航。右偏航：在維護狀態下，完成風電機組右偏航。2021/4/1717待機指示燈（綠色）：指示燈長亮表明風電機組處于準備運行狀態，可以啟動；指示燈閃爍表明控制系統自動啟動模塊已經激活，經過一段時間后設備會自動啟動，或者表示故障信號已被復位。運行指示燈（綠色）：指示燈亮，表明風電機組處于正常運行狀態。故障指示燈（紅色）：表明風電機組出現故障。維護狀態指示燈（藍色）：表明風電機組處于維護狀態下，塔基控制柜或機艙控制柜門上的維護鑰匙開關處于“0”位置。安全鏈指示燈（紅色）：表明安全鏈斷開。緊急停機開關動作指示燈（紅色）：表明緊急停機開關斷開。指示燈閃爍：表示控制系統工作正常。電源開關：逆時針轉動到“OFF”位置，則關閉塔基至機艙和輪轂的所有輔助電源；順時針轉動到“ON”位置，則接通塔基至機艙和輪轂的所有輔助電源。2021/4/1718機艙控制柜手柄：緊急停機開關：按下時斷開安全鏈，機組緊急停機；拉出時接通安全鏈。啟動按鈕：啟動風電機組。停機按鈕：停止風電機組運行。制動：按“制動”，則剎車制動。2021/4/1719安全鏈是獨立于控制系統的安全控制，若安全鏈任一接點中斷，將由安全系統執行緊急停機，將觸發以下事件：

·變槳電機和蓄電池組接通,葉片以7°/s的速度順槳，直到觸發91°行程開關；

·制動器在轉子轉速＜5rpm時投入,以最大力矩制動

·風電機組在零功率脫網

·禁止偏航安全鏈被觸發,在故障排除后,只能通過塔基或機艙控制柜上的“復位”，按鈕手動復位,風電機組才允許重新運行。2021/4/17202.6控制系統運行

控制系統實時采集風電機組各分系統參數及環境參數，以及各控制系統按鈕信號，根據控制系統策略對風機進行實時控制。另外，還可以根據遠程監控系統發來的控制命令進行控制。控制系統靠傳感器數據來實現實時、連續的監控，一旦參數不在預先設定的范圍，將按照故障等級控制風電機組發出的故障報告、正常停機、快速停機或緊急停機，并將記錄下故障時的風機數據。控制軟件依據風機控制要求，控制程序由主控制流程和各個監控子模塊組成，所有的模塊根據重要性和實時性要求，分別作1s任務、500ms任務、20ms任務執行。另外，控制系統設置有獨立的安全系統，由超速安全鏈信號、振動開關、扭纜開關、控制器安全鏈接點、輪轂安全接點、緊急停機開關等串聯成。若安全鏈路由于前述任一接點中斷而斷開，將由安全系統執行緊急停機。2021/4/17212.6.1工作模式

2021/4/1722初始化：PLC上電自檢后執行初始化程序，讀取初始化數據，并設置初始化控制參數。初始化時間約20S，如果初始化正常，則20S后進入待機模式。待機模式：如果將維護鑰匙開關切換到“維護”狀態，則控制系統進入維護模式。如果有導致停機的故障、或者按下停機按鈕、或者遠程停機命令將進入停機模式。如果沒有故障，則進入自檢。如果變槳測試狀態正常、沒有故障、無須解纜、齒輪箱油溫正常，則允許進入啟動模式。如果滿足自動啟動條件或者手動啟動，則進入啟動模式。啟動模式：如果有導致停機的故障、或者按下停機按鈕、或者遠程停機命令、或者切換到維護、或者風力不夠、或者需要解纜，則進入停機模式。2021/4/1723如果轉子轉速大于設定轉速、風向偏移小于設定值，而且沒有風暴，則進入加速運行模式。加速運行模式：此時葉片角根據發電機實際轉速、風速、葉片類型得出，目的是減小角度使發電機（或轉子）加速。如果發電機轉速達到發電轉速，則進入發電運行模式。發電運行模式，此時：根據轉速---轉矩曲線控制發電機轉矩和葉片角，輸出電功率。轉子轉速控制在8.7～16.8rpm。如果機艙于風向偏差大于規定值，或者出現風暴，或者出現導致停機的故障、按下停機按鈕、遠程停機命令、切換到維護模式等，則進入停機模式。

2021/4/1724停機模式：風電機組發生導致停機的故障、或者按下停機按鈕、或者遠程停機命令、或者運行過程中切換到維護狀態等，控制系統將進入停機模式。如果轉子轉速小于2rpm，則進入待機模式。維護模式：將維護鑰匙開關切換到“維護”狀態，則控制系統進入維護模式。依據維護控制命令可以分別進行變槳、偏航、控制器等維護測試。2021/4/17252.6.2運行監控控制系統將檢測風電機組運行的所有參數，控制機組正常運行。如果某個重要參數的測量值在預定范圍之外，將控制機組停機。視故障的嚴重性程度，機器執行一般停機、快速停機、緊急停機，或者只發出故障報告而不停機。機組出現故障時，將記錄故障信息和故障時的運行參數報告。2021/4/17262.6.3轉速監控控制系統將檢測主軸轉速（2個模擬量）、編碼器主軸轉速信號、發電機（由變頻器采集）轉速信號。經過控制系統處理，將得到以下信號：計算用于控制的轉速信號；轉速校驗：如果轉速差超過rpm，且轉子轉速超過rpm，則發出轉速比較故障，執行正常停機；臨界轉速檢測：如果轉子轉速超過rpm，則發出超臨界轉速故障，執行快速停機；緊急停機轉速檢測：如果轉子轉速超過rpm，則發出超緊急轉速故障，執行緊急停機，禁止自動啟動。2021/4/17272.6.4溫度監控控制系統將監測齒輪箱系統、發電機系統、變頻器、控制柜、主軸承、環境、變槳系統等溫度，控制軟件將依據所測溫度值進行控制。極限溫度控制：如果所監測到的溫度超過所允許的極限值，則進入故障停機。降容運行：當某些與發電運行有關的溫度上升到一定程度，控制系統將控制機組降容運行。報警控制：當某些溫度值超過報警點時，將發出報警信號。其他控制：根據溫度控制齒輪箱潤滑油加熱、油冷風扇啟動、發電機冷卻水加熱、水冷風扇啟動、控制柜散熱、控制柜加熱、等等。2021/4/17282.6.5電網監控控制系統將監測電網電壓、電流、頻率等參數，計算有功功率及無功功率，并依據所測參數值對風電機組進行控制。電網參數極限控制：如果所檢測的電網參數超過運行極限值，則導致故障停機。2021/4/17292.6.6風速風向監控控制系統通過對風速、風向的監測，控制機組運行。風暴停機：除“維修”模式外，機組在其他運行模式下都有可能碰到需要風暴停機的情況，此時系統執行正常停機。小風停機：轉速低于設定值，則小風停機。偏航控制：當機艙與風向偏差大于設定值時，啟動偏航。風速校驗：取2個傳感器信號互相校驗，發出傳感器故障信號，并取合適的風速值用于控制。風向校驗：取2個傳感器信號互相校驗，發出傳感器故障信號，并取合適的風速值用于控制。2021/4/17302.6.7振動加速度監控機艙控制柜內的振動加速度檢測模塊檢測機艙振動加速度，當加速度大于設定值時，執行正常停機。另外，當機艙振動開關動作后，將觸發安全鏈，執行緊急停機。

加速度傳感器振動開關2021/4/17312.6.8機艙位置監控依據風速大小、運行模式、機艙位置等控制風機小風解纜或停機解纜或禁止自動啟動或緊急停機。

風向儀風速儀2021/4/17322.6.9偏航、主軸制動系統監控控制系統將檢測液壓系統工作狀態信號、主軸剎車狀態信號，并根據風電機組運行狀況對制動系統進行控制。2021/4/17332.6.10齒輪箱系統控制

控制系統將監測齒輪箱及其潤滑系統的工作狀態信號，并根據風電機組運行狀況對其進行控制。2021/4/17342.6.11發電機系統監控

控制系統將監測發電機及其冷卻系統的工作狀態信號，并根據風電機組運行狀況對其進行控制。2021/4/17352.6.12偏航系統監控

控制系統根據風向和風電機組運行狀況對其進行控制。下圖為偏航驅動，偏航位置編碼器及偏航位置開關。2021/4/17362.6.13風電機組啟動運行

當所有安裝/接線完成并檢查正確后,可以啟動風電機組運行.

拉出塔基控制柜、機艙控制柜的緊急停機開關；檢查所有控制柜的開關處于閉和狀態；接通外部3×690V主電源；控制系統進入初始化階段，大約20S后完成初始化；如果風電機組沒有故障，則進入待機模式；如果待機正常、無故障而且沒有切換到維護狀態，則進入啟動工作模式；如果轉子轉速大于3轉持續45S、系統無故障、齒輪箱油溫滿足啟動溫度且無故障，則進入加速狀態；如果轉子轉速大于8.7轉且無故障，則進入發電模式。2021/4/17372.6.1