东汽风机控制系统.docx

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东汽风机控制系统

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东汽风机控制系统

第一章风机控制系统概述

风机所有的监视和控制功能都通过控制系统来实现，它们通过各种连接到控制模块的传感器来监视、控制和保护。

控制系统给出叶片变桨角度和发电机系统转矩值，因而作用给电气系统的分散控制单元的上位机和旋转轮毂的叶片变桨调节系统。

采用最优化的能量场算法，使风机不遭受没必要的动态压力。

它包括电网电压、频率、相位、转轴转速、齿轮箱、发电机、现场的各种温度、摆动、振动、油压、刹车衬套的磨损、电缆的弯曲和气象数据的监视。

危机故障的冗余检查，以及在紧急情况下，甚至在控制系统不运行或缺乏外部电源的情况，它们通过硬接线连接安全链立即触发和关闭风机。

甚至在主电源完全耗尽，为确保最大的安全，照明灯光还是能继续照明。

运行数据可以通过连接到远程通讯模块或因特网的PC机进行历史数据的调用，也就是说，风机的完整的状况信息可以被熟悉的操作人员和维护人员获知利用。

但是要提供安全密码等级，正确的安全密码才允许远程控制。

1风力发电机组的基本控制要求

风力发电机组的启动、停止、切入（电网）和切出（电网）、输入功率的限制、风轮的主动对风,以及对运行过程中故障的监测和保护必须能够自动控制。

风力资源丰富的地区通常都是在海岛或边远地区的甚至海上，发电机组通常要求能够无人值班运行和远程监控，这就要求发电机组的控制系统有很高的可靠性。

2控制系统的基本功能

并网运行的FD型风力发电机组的控制系统具备以下功能：

（1）根据风速信号自动进入启动状态或从电网切出。

（2）根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。

（3）根据风向信号自动偏航对风。

（4）发电机超速或转轴超速，能紧急停机。

（5）当电网故障，发电机脱网时，能确保机组安全停机。

（6）电缆扭曲到一定值后，能自动解缆。

（7）当机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行检测和记录，对

出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，并能够根据记录的数据，生

成各种图表，以反映风力发电机组的各项性能。

（8）对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通信的功能。

风机控制系统图

第二章控制系统及安全规范

1主控系统

主控系统位于塔顶的机舱主控制柜内，控制模块通过光纤数据传输电缆和RS485串口分别与塔基变频器开关柜上的显示操作屏和变桨控制系统相连。

主控柜中包含有高度集成的控制模块WP3100、超速模块、转速模块、各种空气开关、电机启动保护开关、继电器、接触器等。

图主控柜

主控系统连续不断的发出转矩给定值到变频器控制系统，发出叶片角度给定值到变桨控制系统，变桨控制系统的同步控制器驱动轮毂中的变浆控制电机来进行各种调节和控制。

每个系统都带有自己的监视功能，变频器能独立工作且能自行停止，它也给定模拟信号到主控系统，主控系统在给定相应的信号到变桨系统，然后驱动叶片变化角度。

。

在变浆控制系统中，系统自身监视只对故障起作用，象下列故障：

叶片和叶片角度偏差等。

它能够通过通讯电缆请求主控系统快速停机。

2安全链

安全链是一个硬回路，由所有能触发紧急停机的触点串联而成，任何一个触发都会导致紧急停机。

以下是构成紧急停机的信号点：

位于机舱控制柜上的紧急停机按钮，机舱内便携式控制盒停机按钮，变频器控制柜上的紧急停机按钮。

低速轴超速信号，发电机转速超速信号。

超过额定功率的倍。

振动超限

主控系统触发的变浆控制失败

电缆扭曲：

±4旋转

3变浆控制

三个叶片变桨分别由三个带变频控制的三个直流电机驱动，通过L+B控制器同步调整动作。

如果是电网故障或安全停机，每个电机的电源由各自的后备蓄电池提供。

变桨控制除了调节功率外，还作为三重冗余保护。

每个叶片多安装有一个角度编码器，每个电机也装有一个编码器，在运行中，L+B控制还监视变桨电机的电流和温度，三个蓄电池循环充电控制，蓄电池电压检测，并通过串口与控制器WP3100通讯进行数据传输。

4安全刹车

风机装有两个刹车卡钳，通过作用在装在高速轴上的刹车盘来止动。

刹车卡钳直接安装在齿轮箱壳体上。

止动时靠弹簧力，张开时靠液压力。

为了防止驱动装置过度拉紧，液压回路上的刹车卡钳可以通过不同压力等级产生刹车转矩。

为了刹车时转轴能停下来，刹车转矩等于100％额定转轴转矩（刹车力矩等级1）。

大约后刹车制动程序开始执行，刹车转矩增加到等级2，此时刹车器持续施加等于2倍额定转轴转矩的压力。

刹车器张开的最大要求压力：

120bar

运行压力：

140～160bar

最大压力：

（极限值）200bar

第三章传感器

1转速传感器

风力发电机组转速的测量点有三个：

即发电机输入端转速、齿轮箱输出端转速和风轮转速，发电机输入端转速一个，齿轮箱输出端转速一个，风轮转速两个，还有两个转速传感器安装在机舱与塔筒连接的齿轮上，用来识别偏航旋转方向。

图转速传感器

2偏航计数传感器（偏航角度）

从机舱到塔筒间布置的柔性电缆由于偏航控制会变得扭曲。

如果在扭曲达到两圈后正好由于风速原因导致风机停机，此时主控系统将会使机舱旋转，直到电缆不再扭曲。

如果一直在扭曲达到3圈前还是不能进行解缠绕，系统产生正常停机程序程序，使电缆解缠绕。

当电缆扭曲达到±4圈后安全回路将会中断，紧急停机。

图偏航计数传感器

3风速

风机配有两个装在相配支架上的加热风速计，支架有一个接地环对风速计提供避雷功能。

电缆铺设在穿线管中。

图风速传感器

4风向

风向计也安装同一个支架上，能360°范围测量，为了防止结冰，风向计能根据环境温度采取适度的自动加热。

图风向传感器

5振动传感器

安装在主机架下部，为的重力型加速度传感器，它直接连接到紧急停机回路上。

此外，有振动传感器监视塔基和驱动链，如果测量值超限，立刻正常停机。

图振动传感器

6温度传感器

温度PT100A轴承

B轴承

定子线圈（3个）

温度PTC定子线圈（3取2）

电刷磨损成组报警

超压保护（保险管）转子/定子

温度PT100油箱

高速轴1#轴承

高速轴2#轴承

齿轮箱进油口（冷却油）

油压，模拟量齿轮箱进油口（冷却油）

主轴轴承温度PT100主轴轴承箱

外部温度PT100机舱下面

机舱内部PT100机舱控制柜附近

7刹车磨损传感器

刹车磨损传感器安装在齿轮箱刹车器上，只有在刹车被完全释放后，开关才能动作，微动开关指示刹车衬套的磨损。

当刹车片磨损到一定值后，传感器给出一个信号，要求正常关闭风机，如要再次运行则要求手动复位下，在这信号后还可以进行3次启动或3天运行。

然后必须要求更换新的刹车衬套，更换后，并要求能被主控制系统识别检测到。

第四章操作面板应用

1基本功能

-按CTRL激活显示灯（屏幕节电功能）。

-连续按两次任何按键可以激活控制面板。

-某些功能的激活需要同时按两个键。

如同时按下CTRL或SHIFT键可以激活想要的功能。

2功能键运用

按键显示功能

WEC停机：

风机正常停机。

复位和执行自动运行。

快速启动。

指示选择菜单的位置

指示有关联的其它菜单

对按键0到9向前和向后转换数字和字母

按下F3后，当按键1时将显示字母A，再

次按键1将显示字母B，第3次将显示C。

然而如果包含字母的值被编辑，字母也被

显示。

光标上移一行。

显示上级菜单。

光标下移一行。

显示下一个菜单。

屏幕向上翻滚。

屏幕向下翻滚。

显示图形。

光标跳到菜单的最后一行。

光标跳到菜单的起始行。

退出子菜单，返回上一菜单。

退出所有的子菜单，返回主菜单。

按ENTER键激活子菜单，如果编辑值

位于菜单的某特定的行中，按ENTER

键将激活该编辑行。

光标左移。

光标右移。

光标跳到行末。

光标跳到行首。

删除光标右边的字符，下一个字符左移。

交互式选择插入或删除模式。

插入模式：

当输入一个字符，它插在光

标位置，而下一个字符右移。

删除模式：

当输入一个字符，它将取代

光标所在的位置。

输入标明的数字或指定的字母。

取消和终止输入。

输入值确认且取代原值，编辑行为结束，

（如果输入值超出范围，编辑行还是激

活，将显示为最大或最小值。

）

暂停风向跟踪（偏航控制）。

自动风向跟踪（偏航控制）。

手动偏航控制，向左旋转。

手动偏航控制，向右旋转。

降低显示亮度。

增加显示亮度。

3工作菜单的使用

菜单按键

通过按键F5和F10可以向右或向左显示菜单，当屏幕滚动时将简要显示菜单名称。

按键F4和F9可以向上或向下显示文字行，当向左或向右滚动屏幕时，下个菜单的首行是不会自动显示的，而显示为最近显示的菜单，这样方便在两个菜单之间切换。

菜单结构示意图

菜单结构

菜单分为三层，子菜单隐藏在主菜单下，子菜单还包含另一层子菜单。

如果有一子菜单隐藏在主菜单命令后，光标将变成矩形。

子菜单可以通过光标和按ENTER键调用相应的菜单命令打开子菜单。

下层子菜单也可以以同样的方式打开。

按ESC键将退出子菜单回到上一级菜单。

登陆控制面板

按两次ENTER后显示上面的界面，

访问权限请求

1应用光标选择访问权限（AccessPrivileges），按下ENTER按键，被激活权限编辑。

2输入密码（光标移动，但是密码不会显示）。

3输入密码后按ENTER键确认。

如果密码有效，根据密码等级将会产生相应的访问权限。

访问权限决定了哪些菜单能被显示和哪些部分可以编辑。

解除访问权限

1光标移到访问权限（AccessPrivileges）行。

2按两次ENTER键，访问权限被解除

活动状态请求

1应用光标，活动状态请求（RequestActiveStatus）按键ENTER确定。

2输入用户号码，将显示为“ActiveStatusEnabled”，字母“a”将显示在右向角，表明控制面板已被激活。

注意：

如果有一个优先级高的控制面板已被激活，就不能进行任何数据输入到该控制面板的操作。

解除活动状态

1移动光标到活动状态行（ActiveStatusEnabled）

2按两次ENTER键。

活动状态被解除。

注意：

对安装在变频器上的控制面板，如果在30分钟内没有任何操作，访问权限和活动状态都会自动复位。

对机舱主控制柜上的面板，活动状态必须在离开机舱前手动复位。

当活动状态解除后，访问权限会自动复位。

如果机舱控制面板活动状态不解除，风机将不能通过变频器上的控制面板或远程控制。

复位状态代码

如果提示为错误的状态代码，可以根据先前的状态代码分类查找，这样的状态代码可以有多种方式进行复位。

基本来说：

一个状态代码能应用控制面板通过远程或就地复位。

在复位之前，已经激活的状态代码首先要解除。

所有可能的状态代码在控制系统操作员手册中有列表。

4控制面板中参数

概述

在风机移交后可运行的风机，下列信息将会在控制面板中显示：

显示内容功能描述

02-02-17日期

16:

14:

04时间

G并网运行

功率

7.4m/s风速

16R/MIN转子转速（r/min）

1558R/MIN发电机转速（r/min）

0°，39％当前变桨角度和转矩（额定转距的百分比）

WARING（SystemOK）风机系统状况

RUNINGG1风机运行状况

菜单内容

主控制系统包含下列菜单

启动菜单（Startmenu）

状态统计菜单（StatusCountsmenu）

状态菜单（Statusmenu）

事件列表菜单（EventListmenu）

电网菜单（Gridmenu）

序列号菜单（SerialNumbermenu）

状态代码列表菜单（StatusCodeListmenu）

开始菜单

开始菜单显示风机当前状况。

在启动菜单中将显示下列信息：

416V为相电压值。

操作员输入的密码显示访问权限99，此外通过指明的显示来激活状态（ActiveStatus）。

状态菜单

状态菜单显示有运行时间、启动代码、生产代码、压力、温度和各状态的数字量的输入和输出。

通常，子菜单通过对应的光标行和按ENTER键打开，下图是温度子菜单。

电网菜单

电网菜单支持电压和电流等数据的远程查询。

测量值不是一个平均值，而是一个在20ms内的瞬时值。

在电网菜单中，common子菜单显示有电网中的三相电压值、电流值、反作用功率、频率和电压电流之间的相位角。

在电网菜单中，seperately子菜单中显示有电网中的电压和电流的相位值、电压之间的相位角。

在峰值（Peakvalues）子菜单中显示有最大值或最后一次复位的相电压和相电流值。

状态代码列表菜单

在状态列表菜单中能显示最近的100个状态代码，在列表中最顶上的为最近的激活的状态代码。

状态代码可以通过选择状态号码、时间、状态代码文字或状态代码数字显示。

按ENTER键可以显示不同的文字行。

显示的状态代码文字和数字中的状态代码数字指的是状态代码章节中相应的数字，它还含有另外的信息。

状态统计菜单

状态统计菜单表示为R/MIN数据存储复位后每个独立的状态代码存在多久。

统计可以按以下方式修改：

1选择适当的行。

2按ENTER键，选择的行被激活可以被修改。

如果选择了状态数字且再次按ENTER键确认，已经存在的状态代码的次数将在选择的行中显示。

状态统计菜单

事件列表菜单

事件列表能显示最近的100个运行事件、刹车程序事件和状态代码事件。

事件情况项目0表示为最近的发生事件。

事件列表菜单

序列号菜单

序列号菜单显示有主程序和从程序的工程号和版本号。

用来通讯的WP3100控制器的电路板和模块的名字、生产代码和序列号也都能显示。

序列号菜单

第五章手动控制操作

通常，风机是全自动运行的。

如果想或有必要进入参数通常用控制面板。

1停止和启动风机

风机处于正常运行状态，意味着，风机已经连接到电网且产生了功率。

尽管开始的试车只允许有经过全面培训的熟练工人来操作，风机的停机和重启可以由低级的授权人员来操作。

停止风机

在任意的控制面板，按停机键，风机就会停止。

启动风机

1要求访问权限和激活状态。

2按控制面板的复位按钮。

风机执行许多检测后开始自动启动，大约2分钟后轴再次开始旋转。

注意：

启动风机没必要按启动按钮，如果按了启动按钮，唯一的影响是降低启动所需的时间。

2手动偏航控制

手动偏航控制开关位于变频器控制柜的控制面板的下方。

警告！

在风机运行时不要试图使用该功能。

当手动偏航控制开关打开时，自动偏航控制将会被旁路。

因此，这个开关只有下面所描述的情况下使用。

可以用手动偏航控制来测试和检查风机机舱移到一个特定的位置。

图5-1手动偏航控制开关

该开关有三个位置：

（1）CCW逆时针方向偏航

（2）CW顺时针方向偏航

（0）0位置开关一释放就会自动返回到0位置。

3手动刹车控制

在检修期间，可以使用该刹车控制开关，如果风机不旋转，刹车开关的使用可以使机舱停在任意想要的位置。

特别是在插入轴锁的锁脚到轴的锁盘中，手动刹车功能是很有用的。

图5-2刹车开关

4复位安全链

只有运行人员才允许复位安全链。

可以按变频器开关柜或机舱顶部箱体上的复位开关复位安全链。

此外，也可以按控制面板的复位按钮。

在复位安全链前必须使得触发的安全链回复。

5维护开关

当在轮毂中工作时，要使用检修维护开关代替紧急停机按钮。

两个开关都有激活安全链和锁住辅助电力驱动的功能。

在使用维护开关的同时，还是通过变桨同步控制器来控制变桨驱动。

维护开关是钥匙开关，可以防止风机未授权启动。

图5-3检修开关

第六章风机运行

风机能够正常运行，除了风速和电网要满足要求外，风机的各个部分都必须正常，比如偏航系统，液压泵，齿轮箱，电机，电气控制柜，传感器，那部分有故障，轻则影响风机的出力，严重则可以使风机受到致命的打击。

因此在编制监控软件时除了了解风机主要部分的运行控制过程外，各个输入信号的监测及故障判断都必不可少。

1风机启动前的准备

风机在运行之前要确定风机安全链、偏航系统、刹车系统、齿轮箱系统及变频器并网系统无故障，风速在一定的时间间隔内大于启动风速而小于切出风速，风速与主风向保持一致。

2风机控制流程

基础

风机从并网运行到静止，根据停止的方式会导致不同的刹车程序，因而叶片会停在不同的位置并导致有不同的刹车状态。

包括下列刹车程序：

刹车程序200、刹车程序190、刹车程序180、刹车程序75、刹车程序50。

启动

由于风机是自动运行的，因此根据风机的静止时所处的刹车程序和叶片的位置，机组要通过不同的启动程序返回运行状态。

2.2.1启动方式A（简称A启动）

当机组停机时风轮叶片角度处于70°位置，且刹车不制动时，刹车状态由“切除空转”命令控制，在允许的误差后，机组开始以转速曲线控制方式启动，并快速通过塔筒的共振范围。

如果风突然停止或产生共振，启动程序将中断、叶片重新回到70°位置。

如果启动成功，异步发电机的转速达到1500r/min，允许的速度范围为1500r/min±250r/min，转速良好。

、变频器连接到电网，直流回路电容器充电，供励磁电压。

此时，功率还是零，叶片角度设置成相应的限定值。

叶片角度逐渐向0°位置推进，转矩的设定值开始随之增加。

利用设定的曲线来避免不必要的过头控制。

启动完成，系统进入持续并网运行模式。

如果风变弱，转速将下降，如果风大，系统将进入恒定的1800r/min的控制。

2.2.2启动方式B（简称B启动）

B启动和A启动唯一不同的是初始状态，B启动是在执行刹车程序50或75后才开始启动的，启动过程与A启动的过程一样。

2.2.3启动方式C（简称C启动）

它是在刹车执行程序180、190或200停机后启动，与A和B启动截然不同的是，C启动需要执行自检。

“自检”程序如下：

风速传感器信号值正确与否检查。

风向传感器信号检查。

变桨驱动同步运行检查。

蓄电池电量检查。

在检查的同时刹车已制动，通过磨损传感器检测到如果刹车片已经磨损超过限定值，机组显示故障。

如果没有，叶片向70°位置旋转。

在该过程中刹车是不能滑动的。

如果刹车有滑动，机组要停机。

否则，到70°位置后，刹车是释放打开。

在变桨控制期间，启动所有的叶片角度的监视功能，以便一些可能的变桨控制故障被检测到。

成功自检后，真正的启动程序开始。

启动过程与A启动的过程一样。

停机

风机的停止可以分为紧急停机、快速停机、正常停机和手动停机。

2.3.1紧急停机

功率超限，既超过额定功率的倍；振动异常；转轴超速或齿轮箱输出轴转速超限，超过额定速的倍；按紧急停机按钮；刹车故障；电源故障将会紧急停机。

紧急停机安全链打开，将导致刹车程序200，风轮叶片以每秒15°的速度旋转，变桨控制驱动动力由后备蓄电池提供。

直到叶片到92°位置，限位开关动作。

如果超过92°没有触发将发出故障信号，叶片还继续偏转到95°限位开关动作。

弹簧压力会随着转轴刹车慢慢减少，因此它只适用于额定转矩刹车，在设定的时间后，整个液压系统将断电，刹车装置以2倍额定转矩来制动。

发电机解列脱网。

该过程不受主控制器的影响。

2.3.2快速停机

主开关跳闸；变桨速度太慢；由后备蓄电池供电后，限位开关不动作将导致快速Ⅱb停机，刹车程序190，风轮叶片以每秒近15°的速度旋转到92°的位置。

变桨控制驱动装置由后备蓄电池供电。

主轴刹车制动，但30s后释放。

电网故障如：

不对称，过压或低压、超频或低频、突然的矢量变化将导致快速Ⅱa停机，刹车程序180，风轮叶片以每秒近15°的速度旋转到92°的位置。

变桨控制驱动装置由后备蓄电池供电。

主轴刹车不制动。

变频器关闭；变频器断开发电机与电网的连接、超过最大运行转速的倍，将导致快速Ⅰ停机，刹车程序75，风轮叶片以每秒10～15°（可调参数）的速度旋转到90°的位置。

变桨控制驱动装置由电网经由变频控制器供电，并运行在可控方式下。

主轴刹车不制动。

2.3.3正常停机

在对设备没有大安全影响，又不需要立即执行的非主要故障，执行正常停机。

如：

超过额定功率倍；发电机线圈、轴承温度、转子轴承温度、齿轮箱油温、齿轮箱轴承温度过高；压力不正常或泵泄漏（泵长时间在运行）；低速和高速齿轮轴之间的速比错误；油压异常；偏航控制故障；风速、风向传感器故障；环境温度低于-15℃；后备蓄电池电压低；变浆控制驱动单元电流不对称；变浆角度不同；塔架和传动装置振动检测值超过限制范围。

刹车程序50，风轮叶片以每秒5°的速度旋转到90°的位置。

变桨控制驱动装置由电网经由变频控制器供电，并运行在可控制的方式下。

根据发电机的转矩-转速曲线图，功率也相应的降低。

在1200r/min时发电机将解列，叶片角度进一步调整到90°，主轴刹车不制动。

在达到风机的切出转速时，也执行正常停机程序。

如果相同的故障重复多次出现，风机装置将不能自动启动。

2.3.4手动停机

可以通过就地触摸屏或远程控制软件中的停止按钮、手动刹车开关，维护开关来手动停机。

在并网运行过程中，通过限制转速控制器的输出信号来减少叶片角度。

如果在强阵风条件下，转速控制器可以进一步减少输出信号。

在这种情况下，控制器自身的功能是不会被削弱。

调整速度为5°/s，风轮速度降低，根据的转矩-转速曲线图，功率也相应的降低。

在接近1000r/min时，发电机将解列，叶片角度进一步调整到92°。

手动停机时不采用刹车。

第七章风机故障状态码分析

各状态码包含以下信息描述：

No.表示状态码号码：

Text状态码名称：

Setdelay设定的延时：

Brakepra.刹车程序：

Rep.st.code重复状态码：

Alarmpra.报警程序：

Yawpra.偏航程序：

Resetpra.复位等级：

Resetdelay复位延时：

7.1.1状态码号码

状态码号码是一个唯一的标准数字。

7.1.2名称

每个状态码都有一个唯一的英文名称。

7.1.3设定时间延时

设定延时是直到状态码设定的复位时间。

7.1.4刹车程序

刹车程序定义在数字0到200之间。

“0”表示刹车状态没有改变，“200”意味着紧急刹车。

如果在同一时间内有多个状态码是可以激活的，那么拥有更高刹车程序号码的状态码会优先激活。

例如：

如果一个刹车程序为50的状态码是激活，随后另一个刹车程序为200的故障产生激活了状态码，那么当前激活的刹车程序将变为200。

7.1.5重复状态码

表示在一定时间内状态码能重复出现的最大次数。

XXXX表示激活的状态码，是否实际状态码已经在ZZ小时内设定超过了YY次。

7.1.6报警程序

状态码是否需要输出报警。

报警程序定义再0到200之间，“0”表示不需要输出报警，“200”表示最严重的报警。

7.1.7偏航程序

偏航程序可以定义在数字0到240之间。

这里“0”表示偏航没有改变，“240”表示所有的偏航锁定。

当更多的状态码在同一时间是激活的时候，拥有更高级偏航程序号码的状态码是激活的。

5.1.8复位程序