風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)

　　1、塔座控制站
　　塔座控制站即主控制器機(jī)柜是風(fēng)電機(jī)組設(shè)備控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。 控制器硬件采用32位處理器，系統(tǒng)軟件采用強(qiáng)實時性的操作系統(tǒng)，運行機(jī)組的各類復(fù)雜主控邏輯通過現(xiàn)場總線與機(jī)艙控制器機(jī)柜、變槳距系統(tǒng)、變流器系統(tǒng)進(jìn)行實時通訊，以使機(jī)組運行在最佳狀態(tài)。
　　控制器的組態(tài)采用功能豐富、界面友好的組態(tài)軟件，采用符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)方式，包括：功能圖（FBD）、指令表（LD）、順序功能塊（SFC）、梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本等組態(tài)方式。
　　2、機(jī)艙控制站
　　機(jī)艙控制站采集機(jī)組傳感器測量的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速以及環(huán)境參數(shù)等信號，通過現(xiàn)場總線和機(jī)組主控制站通訊，主控制器通過機(jī)艙控制機(jī)架以實現(xiàn)機(jī)組的偏航、解纜等功能，此外還對機(jī)艙內(nèi)各類輔助電機(jī)、油泵、風(fēng)扇進(jìn)行控制以使機(jī)組工作在最佳狀態(tài)。
　　3、變槳距系統(tǒng)
　　大型MW級以上風(fēng)電機(jī)組通常采用液壓變槳系統(tǒng)或電動變槳系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)由前端控制器對3個風(fēng)機(jī)葉片的槳距驅(qū)動裝置進(jìn)行控制，其是主控制器的執(zhí)行單元，采用CANOPEN與主控制器進(jìn)行通訊，以調(diào)節(jié)3個葉片的槳距工作在最佳狀態(tài)。變槳系統(tǒng)有后備電源系統(tǒng)和安全鏈保護(hù)，保證在危急工況下緊急停機(jī)。
　　4、變流器系統(tǒng)
　　大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組目前普遍采用大功率的變流器以實現(xiàn)發(fā)電能源的變換，變流器系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線與主控制器進(jìn)行通訊，實現(xiàn)機(jī)組的轉(zhuǎn)速、有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)。
　　5、現(xiàn)場觸摸屏站
　　現(xiàn)場觸摸屏站是機(jī)組監(jiān)控的就地操作站，實現(xiàn)風(fēng)力機(jī)組的就地參數(shù)設(shè)置、設(shè)備調(diào)試、維護(hù)等功能，是機(jī)組控制系統(tǒng)的現(xiàn)場上位機(jī)操作員站。
　　6、以太網(wǎng)交換機(jī)（HUB）
　　系統(tǒng)采用工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)，以實現(xiàn)單臺機(jī)組的控制器、現(xiàn)場觸摸屏和遠(yuǎn)端控制中心網(wǎng)絡(luò)的連接?，F(xiàn)場機(jī)柜內(nèi)采用普通雙絞線連接，和遠(yuǎn)程控制室上位機(jī)采用光纜連接。
　　7、現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)
　　主控制器具有CANOPEN、PROFIBUS、MODBUS、以太網(wǎng)等多種類型的現(xiàn)場總線接口，可根據(jù)項目的實際需求進(jìn)行配置。
　　8、UPS電源
　　UPS電源用于保證系統(tǒng)在外部電源斷電的情況下，機(jī)組控制系統(tǒng)、危急保護(hù)系統(tǒng)以及相關(guān)執(zhí)行單元的供電。
　　9、 后備危急安全鏈系統(tǒng)
　　后備危急安全鏈系統(tǒng)獨立于計算機(jī)系統(tǒng)的硬件保護(hù)措施，即使控制系統(tǒng)發(fā)生異常，也不會影響安全鏈的正常動作。安全鏈?zhǔn)菍⒖赡軐︼L(fēng)力發(fā)電機(jī)造成致命傷害的超常故障串聯(lián)成一個回路，當(dāng)安全鏈動作后將引起緊急停機(jī)，機(jī)組脫網(wǎng)，從而最大限度地保證機(jī)組的安全。
　　所有風(fēng)電機(jī)組通過光纖以太網(wǎng)連接至主控室的上位機(jī)操作員站，實現(xiàn)整個風(fēng)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控，上位機(jī)監(jiān)控軟件應(yīng)具有如下功能：
　　① 系統(tǒng)具有友好的控制界面。在編制監(jiān)控軟件時，充分考慮到風(fēng)電場運行管理的要求，使用漢語菜單，使操作簡單，盡可能為風(fēng)電場的管理提供方便。
　?、?系統(tǒng)顯示各臺機(jī)組的運行數(shù)據(jù)，如每臺機(jī)組的瞬時發(fā)電功率、累計發(fā)電量、發(fā)電小時數(shù)、風(fēng)輪及電機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速、風(fēng)向等，將下位機(jī)的這些數(shù)據(jù)調(diào)入上位機(jī)，在顯示器上顯示出來，必要時還可以用曲線或圖表的形式直觀地顯示出來。
　?、?系統(tǒng)顯示各風(fēng)電機(jī)組的運行狀態(tài)，如開機(jī)、停車、調(diào)向、手/自動控制以及大/小發(fā)電機(jī)工作等情況，通過各風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)了解整個風(fēng)電場的運行情況。
　?、?系統(tǒng)能夠及時顯示各機(jī)組運行過程中發(fā)生的故障。在顯示故障時，能顯示出故障的類型及發(fā)生時間，以便運行人員及時處理及消除故障，保證風(fēng)電機(jī)組的安全和持續(xù)運行。
　?、?系統(tǒng)能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組實現(xiàn)集中控制。值班員在集中控制室內(nèi)，只需對標(biāo)明某種功能的相應(yīng)鍵進(jìn)行操作，就能對下位機(jī)進(jìn)行改變設(shè)置狀態(tài)和對其實施控制。如開機(jī)、停機(jī)和左右調(diào)向等。但這類操作有一定的權(quán)限，以保證整個風(fēng)電場的運行安全。
　?、?系統(tǒng)管理。監(jiān)控軟件具有運行數(shù)據(jù)的定時打印和人工即時打印以及故障自動記錄的功能，以便隨時查看風(fēng)電場運行狀況的歷史記錄情況。
　　二 風(fēng)電控制系統(tǒng)基本功能
　?。?）數(shù)據(jù)采集（DAS）功能：包括采集電網(wǎng)、氣象、機(jī)組參數(shù)，實現(xiàn)控制、報警、記錄、曲線功能等；
　?。?）機(jī)組控制功能：包括自動啟動機(jī)組、并網(wǎng)控制、轉(zhuǎn)速控制、功率控制、無功補(bǔ)償控制、自動對風(fēng)控制、解纜控制、自動脫網(wǎng)、安全停機(jī)控制等；
　?。?）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能：包括機(jī)組參數(shù)、相關(guān)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，歷史和實時曲線功能，機(jī)組運行狀況的累計監(jiān)測等。
　　1、數(shù)據(jù)采集（DAS）功能
　　機(jī)組運行過程中進(jìn)行監(jiān)測的相關(guān)參數(shù)包括：
　?。?）電網(wǎng)參數(shù)，包括電網(wǎng)三相電壓、三相電流、電網(wǎng)頻率、功率因數(shù)等。電壓故障檢測：電網(wǎng)電壓閃變、過電壓、低電壓、電壓跌落、相序故障、三相不對稱等。
　?。?）氣象參數(shù)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度等。
　?。?）機(jī)組狀態(tài)參數(shù)檢測，包括：風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)線圈溫度、發(fā)電機(jī)前后軸承溫度、齒輪箱油溫度、齒輪箱前后軸承溫度、液壓系統(tǒng)油溫、油壓、油位、機(jī)艙振動、電纜紐轉(zhuǎn)、機(jī)艙溫度等。
　　風(fēng)電場遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的上位機(jī)和塔座觸摸屏站均可實現(xiàn)機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)視，實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的顯示、記錄、曲線、報警等功能。
　　2、機(jī)組啟停、發(fā)電控制
　?。?）主控系統(tǒng)檢測電網(wǎng)參數(shù)、氣象參數(shù)、機(jī)組運行參數(shù)，當(dāng)條件滿足時，啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行自動解纜、對風(fēng)控制控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，釋放機(jī)組的剎車盤，調(diào)節(jié)槳距角度，風(fēng)車開始自由轉(zhuǎn)動，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
　?。?）當(dāng)外部氣象系統(tǒng)監(jiān)測的風(fēng)速大于某一定值時，主控系統(tǒng)啟動變流器系統(tǒng)開始進(jìn)行轉(zhuǎn)子勵磁，待發(fā)電機(jī)定子輸出電能與電網(wǎng)同頻、同相、同幅時，合閘出口斷路器實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。
　?。?）風(fēng)力機(jī)組功率、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)
　　根據(jù)風(fēng)力機(jī)特性，當(dāng)機(jī)組處于最佳葉尖速比λ運行時，風(fēng)機(jī)機(jī)組將捕獲得最大的能量，雖理論上機(jī)組轉(zhuǎn)速可在任意轉(zhuǎn)速下運行，但受實際機(jī)組轉(zhuǎn)速限制、系統(tǒng)功率限制，不得不將該階段分為以下幾個運行區(qū)域：即變速運行區(qū)域、恒速運行區(qū)域和恒功率運行區(qū)。額定功率內(nèi)的運行狀態(tài)包括：變速運行區(qū)（最佳的λ）和恒速運行區(qū)。