风力发电机组的控制系统.ppt

3.1风力发电机组控制系统的控制策略和功能
3.2风力发电机组的基本组成
3.3风力发电机组控制系统的基本组成
3.4变桨距系统
3.5偏航系统
3.6液压系统
3.7安全保护系统
3.8控制系统的设计控制目标：
保证系统的可靠运行
能量利用率最大
电能质量高
机组寿命长

常规控制策略：
在运行的风速范围内，确保系统的稳定运行
低风速时，跟踪最佳叶尖速比，获取最大能量
高风速时，限制风能的捕获，保持风力发电机组输出的功率为额定值
减小阵风引起的转矩波动峰值，减小风轮的机械应力和输出的功率波动，避免共振
减小功率传动链的暂态响应
控制器简单，控制代价小
调节机组功率，确保机组输出的电压和频率稳定控制系统要实现的基本功能：
根据风速信号自动加入起动状态、并网或从电网切除；
根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制；
根据风向信号自动对风；迎风装置根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮相啮合的小齿轮转动，使机舱始终对准风向方向
根据功率因数自动投入（或切出）相应的补偿电容。
控制系统要实现的基本功能：
当发电机脱网时，能确保机组安全关机；
在机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，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，以及风力发电机组的各项性能指标；
能实现远程通信。独立运行的风力发电机组
水平轴独立运行的风力发电机组由风轮、尾舵、发电机、支架、电缆、充电器、逆变器、蓄电池组成
并网运行的风力发电机组
并网运行的发电机组由风轮（包括叶片和轮毂）、增速箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成1.轮毂轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传递到传动系统，再传到风力机驱动的对象。1.轮毂同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。在设计中应保证足够的强度。2.叶片：捕获风能并将风力传送到转子轴心。定桨距叶片的叶根与轮毂直接相连，连接结构主要有法兰式，螺纹件预埋式，钻孔组装式三种。
风机叶片设计短片3.调速或限速装置5.机舱7.风力发电机8.偏航装置风力发电机的液压系统属于风力发电机的一种动力系统，主要功能是为变桨控制装置、安全桨距控制装置、偏航驱动和控制装置、停机制动装置提供液压驱动力。它是为风力发电机上一切使用液压作为驱动力装置提供动力。
在定桨距风力发电机组中，液压系统的主要任务是驱动风力发电机的气动刹车和机械刹车；
在变桨距风力发电机组中，主要控制变距机构，实现风力发电机组的转速控制、功率控制，同时也控制机械刹车机构。3.2风力发电机组的基本组成一、控制系统的总体结构风力发电机组控制系统：由传感器、执行机构和软/硬件处理器系统组成。
传感器一般包括：风速仪，风向标，转速传感器，电量采集传感器，桨距角位置传感器，各种限位开关，振动传感器，温度和油位指示器，液压系统压力传感器，操作开关和按纽等。
执行机构一般包括：液压驱动装置或电动变桨距执行机构，发电机转矩控制器，发电机接触器，刹车装置和偏航电机等。
处理系统：通常由计算机或微型控制器和可靠性高的硬件安全链组成，以实现风机运行过程中的各种控制功能，同时必须满足当严重故障发生时，能够保障风力发电机组处于安全状态。
整个系统由主控制系统、机舱偏航控制系统、叶轮变桨控制系统组成，各子系统通过通讯母线系统互联在一起。
采用分布式I/O方式：主控+远程I/O站
PLC控制器组成实时多任务操作系统。所有控制逻辑、控制策略、控制算法全部由PLC完成，执行单元按照PLC输出的控制量进行动作。具体的控制内容包括：
信号的数据采集、处理，
变桨控制、转速控制，实现最大功率点跟踪控制，
功率因数控制，
偏航控制，
自动解缆，
并网和解列控制，
停机制动控制，
安全保护系统，
就地监控、远程监控。信号采集3.3风力发电机组控制系统的基本构成主控系统硬件
大型风电机组系统硬件由塔基控制器模块组和机舱控制器模块组组成。主控系统安装在塔基的主控制柜中。偏航控制系统（机舱控制柜）
偏航控制系统控制策略主要完成机舱/轮毂电源分配/转换，机舱偏航远程I/O，机舱辅助功能控制，塔基加速度监控（振动）及发电机的温度保护等。
偏航控制器由机舱顶部的风向标激活，风向标测量风向给偏航控制系统提供输入信号。通过控制器参数的设定，使偏航载荷最小化。偏航速度设定为0.5°/s。
风向标的测量信号滤波后如果超过15°，风力发电机组即开始偏航对风。风向标输出信号为0，风向即为0°。29/15变桨系统的主要功能是通过调节桨叶对气流的攻角，改变风力机的能量转换效率从而控制风力发电机组的功率输出，变桨系统还在机组需要停机时提供空气动力制动。
变桨执行机构是变速恒频风力发电机组控制系统的一个重要