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风电控制系统及SCADA系统

作者:易发棋牌最新网站 发布时间:2020-07-29 10:12 点击数:

  风电控制系统及SCADA系统_电脑基础知识_IT/计算机_专业资料。风力发电机组 控制系统及SCADA系统 风力发电机组的控制系统 ? 风力机的运行及保护需要一个全自动控制系统,它 必须能控制风机自动启动,控制叶片桨距的机械调 节装置及在正常和非正常情况下停机。

  风力发电机组 控制系统及SCADA系统 风力发电机组的控制系统 ? 风力机的运行及保护需要一个全自动控制系统,它 必须能控制风机自动启动,控制叶片桨距的机械调 节装置及在正常和非正常情况下停机。除了控制功 能,系统用于监测以提供运行状态、风速、风向等 信息。该系统是以计算机为基础,一般具备远程控 制及监测功能。控制系统具有以下主要功能: ? 1、顺序控制启动、停机以及报警和运行信号的监 测 ? 2、偏航系统的低速闭环控制 ? 3、桨距装置快速闭环控制 ? 4、与风电场控制器或远程计算机的通讯 风机运行状态划分 ? 运行状态 1)机械刹车松开 2)允许机组并网发电 3)偏航系统投入自动 4)变桨系统选择最佳工作状态 5)发电机出口开关闭合,若风速够大可以 发电,则大、小发电机的相应开关闭合 风机运行状态划分 ? 停机状态 1)机械刹车松开 2)偏航系统停止工作 3)叶片收回至90°变桨系统停止工作 4)发电机出口开关闭合,其余开关均断开 风机运行状态划分 ? 紧急停机状态 1)机械刹车与空气动力刹车同时快速动作 2)计算机输出信号被旁路,使计算机没有可能去 激活任何机构 3)计算机仍在运行和测量所有输入信号 4)发电机出口开关和所有接触器断开 5)叶片紧急收回至90°后变桨系统停止工作 6)偏航系统停止工作 ? 风力发电机组进入紧急停机状态后,除非手动进 行复位,否则无法启动。 自动运行控制要求 ? 1、开机并网控制 当风速十分钟平均值在系统工作区域内,机 械刹车松开,叶片开始变桨,风力作用于风 轮旋转平面上,风机慢慢起动,当转速即将 升到发电机同步转速时,软启动装置使发电 机连入电网呈异步电动机状态,促使转速快 速升高,待软启动结束旁路接触器动作,机 组并入电网运行。 自动运行控制要求 ? 对于有大、小发电机的风力发电机组组,按 风速范围和功率的大小,确定大、小电机的 投入,但大电机和小电机的发电工作转速不 一致,通常为1000r/m和1500r/m,在小电机 脱网,大电机并网的切换过程中,要求严格 控制,通常必须几秒完成控制。 自动运行控制要求 ? 2、小风和逆功率脱网 小风和逆功率停机是将风机停在待风状态, 当十分钟平均风速小于小风脱网风速或发电 机输出功率负到一定值后,风机不允许长期 在电网运行,必须脱网,处于自由状态,风 机靠自身的摩擦阻力缓慢停机,进入待风状 态。当风速再次上升,风机又可自动旋转起 来,达到并网转速,风机又投入并网运行。 自动运行控制要求 ? 3、普通故障脱网停机 机组运行时发生参数越限、状态异常等普通 故障后,风机进入普通停机程序,机组收回 桨叶,软脱网,待低速轴转速低于一定值后 ,再抱机械闸,如果是由于内部因素产生的 可恢复故障,计算机可自行处理,无需维护 人员到现场,即可恢复正常开机。 自动运行控制要求 ? 4、紧急故障脱网停机 当系统发生紧急故障如风机发生飞车,超速 、振动及负载丢失等故障时,风机进入紧急 停机程序,机组在迅速收回桨叶的同时执行 机械刹车装置,迅速将风机制动,防止故障 进一步加深。 自动运行控制要求 ? 5、安全链动作停机 安全链动作停机指电控制系统软保护控制失 败时,为安全起见所采取的硬性停机——叶 片迅速变桨收回、机械刹车和脱网同时动作 ,风力发电机组组在几秒内停下来。 自动运行控制要求 ? 6、大风脱网控制 当风速10分钟平均值大于25m/s时,风力发 电机组可能出现超速和过载,为了机组的安 全,这时风机必须进行大风脱网停机。风机 先投入收回叶片,等功率下降后脱网,20秒 后或者低速轴转速小于一定值时,抱机械闸 ,风机完全停止。当风速回到工作风速区后 ,风机开始恢复自动对风,待转速上升后, 风机又重新开始自动并网运行。 自动运行控制要求 ? 7、对风控制 风机在工作风速区时,应根据机舱的控制灵 敏度,确定每次偏航的调整角度。由风向标 判定机舱与风向的偏离角度,根据偏离的程 度和风向传感器的灵敏度,时刻调整机舱偏 航电机的运行状态。 自动运行控制要求 ? 8、功率调节 当风机在额定风速以上并网运行时,一旦发 生过载,必须进行变距调节,减小风轮的捕风 能力,以便达到调节功率的目的,通常桨距 角的调节范围在0°—90° 自动运行控制要求 ? 9、软切入控制 风力发电机组组在进入电网运行时,必须进行软 切入控制。通常软并网装置主要由大功率晶闸管和 有关控制驱动电路组成。控制其目的就是通过不断 监测机组的三相电流和发电机的运行状态,限制软 切入装置通过控制主电路晶闸管的导通角,以控制 发电机的端电压,达到限制起动电流的目的。在电 机转速接近同步转速时,旁路接触器动作,将主电 路晶闸管断开,软切入过程结束,软并网成功。 风电机组工作状态及控制方法 ?V切入风速≤V风速≤V转子最大转速下的风速 最佳Cp值控制:虽然最大Cp值在不同风速下是不相同的,但在风速一定 的情况下,需要使它达到最大。由上面的公式知道,只需要控制发电机 的转速ω ,使叶尖速比值为λ opt即可实现该风速下的最佳风能利用。发电机 的转速控制是通过风电变频器对发电机的控制来实现的。 ?V转子最大转速下的风速≤ ?V额定风速≤ V ≤V 风速 切出风速 额定风速 恒转速控制:保持额定转速,直到达到最大功率,这时Cp值不一定最 佳。 V ≤V 风速 恒功率控制:通过变桨距调节,保持输出功率为额定值。 风力发电机组的控制目标 ? (1)控制系统保持风力发电机组组安全可靠运行 ,同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电 压恒定的交流电送入电网。 ? (2)控制系统采用计算机控制技术实现对风力发 电机组组的运行参数、状态监控显示及故障处理, 完成机组的最佳运行状态管理和控制。 ? (3)利用计算机智能控制实现机组的启停及功率 优化控制,主要进行软切入、功率因数补偿控制、 大小发电机切换和额定风速以上的恒功率控制。 风机控制系统组成 ? ? ? 塔基控制柜 风机各控制功能中央处理及通讯 风机本地监控和操作 机舱控制柜 主控制系统的远程I/O站 偏航控制及其他辅助控制功能 轮毂控制柜 机舱CAN从站 变桨控制及其他辅助控制功能 控制系统框图 塔基控制柜 塔基控制柜组成 1. PLC主站 2. RTU(远程接口单元) 3. 工业以太网交换机 4. UPS电源 5. 触摸屏(本地监控及操作) 6. 各种按钮、指示灯、小型断 路器、继电器、加热元件、 风机、端子板等等 ? 塔基控制柜 ? PLC主站系统 1.CPU模块(带有以太网接口和CAN MASTER 接口) .机组控制 .变频器控制(CAN BUS和硬接线) .与RTU进行数据交换 2.FM模块(FASTBUS总线通讯模块) .与机舱PLC从站进行数据交换 3.DIO模块 .处理各种外部开关量输入/输出:如风机起动/停车、 变压器高侧压开关的状态、变频器及冷却装置 等外部信号 4.AIO模块 .处理各种外部模拟量信号如:变频器冷却装置的入口、 出口水压、变压器温度等 5.空模块 机舱控制柜 ? 机舱控制柜组成 1.机舱PLC站 电源模块 FASTBUS从站模块 CANBUS主站模块 以太网模块(本地PC维护接口) DIO AIO模块 2.塔基X-Y振动传感器单元PCH 3.紧急故障继电器 4.各种断路器、继电器、开关等 机舱控制柜主要功能 ? 手动/自动偏航控制包括液压刹车 ? 气象站数据检测(风速、风向、温度) ? 润滑系统控制 ? 发电机温度检测和保护 ? 扭缆检测及控制 ? 与塔基PLC主站(FASTBUS)及轮毂PLC从站 (CAN)通讯 ? 本地调试及维护接口 轮毂锁装置 ? 用于固定风轮 ? 使用液压闭锁装置 ? 在风机停机维护时使用 轮毂控制柜 ? 安装于柜体中,分3个部分,每个部分负责一个叶片 ? 轮毂PLC站 CAN SLAVE模块 轮毂转速编码器模块 叶片角度编码器模块 I/O模块(DIO,AIO) ? 伺服驱动单元 ? 紧急变桨蓄电池及监视单元 ? 紧急变桨模块 ? 超速保护继电器 ? 小型断路器,各种继电器及端子板 ? 各种按钮,指示灯及维护开关 轮毂控制柜功能 ? 变桨及紧急收桨控制 ? 紧急收桨系统在线检测 ? 超速保护 ? 轮毂速度检测 ? 变桨轴承和变桨齿轮润滑控制 ? 轮毂温度监视 滑环装置 ? 滑环装置的作用 1.轮毂供电传输 2.CAN总线.轮毂转速传感器安装 SUZLON滑环 Bachmann M1 PLC系统特点 ? 可靠的硬件,适合恶劣的现场环境 环境温度:存储温度-400C-700C(低温型)运行温度:0-600C;相对湿度:5-95% 适合于振动环境 ? 高性能的CPU,大容量的存储器 intel 80386EX,33MHZ,8M内存,最大64M程序存储区,适合于复杂的算法,兼具传统DCS和PLC的优点 ? 灵活的通讯方式,简洁的网络结构 支持CAN、FASTBUS、Profibus等现场总线及工业以太网通讯方式,支持双绞线和光纤通讯介质 ? 多种可编程的I/O模块 I/O模块可灵活进行编程设置,降低了现场处理问题的时间 Bachmann M1 PLC系统特点 ? 实时多任务操作系统VxWorks ? 灵活的编程方式 C++、IL、ST、FDB、LD、SFC、CFC ? 强大的仿真功能 matlab中产生的代码通过M1 PLC的编译工具编译后可以直接在M1 PLC中运行 ? 强大的软件示波器功能 大大降低了分析和调试的时间 ? 多种风电机组工具包 如:生产数据处理、功率曲线、偏航控制、统计分析等等 ? 数据安全 模块化软件设计 ? 风力发电机组模块 主控制顺序(启动/停车/重启等发电顺序)及主风机事件评估 ? 变频器模块 变频器控制及变频器事件评估 ? 机舱模块 偏航控制,机舱辅助控制及机舱事件评估 ? 轮毂模块 变桨控制,轮毂辅助控制及轮毂事件评估 ? 事件处理模块 所有事件处理 ? 硬件模块 I/O地址设定,开关量及模拟量通道设定 模块化软件设计 ? 报告模块 可利用率及生产统计处理 ? 用户接口模块 基于对象的信号处理,主要是与本地监控系统和中央监控系统的数据交换 ? 仿真模块 内置的仿真模块用于控制系统的软件测试,同时还可用于工厂3个控制柜的工厂测 试 ? 库模块 标准函数及标准功能块 BACHMANN模块介绍 MPC型控制器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 使用PC机,适应性强 奔腾III系列处理器 处理器时钟频率400MHZ 2个串口 2个10/100M以太网口 1个USB1.1接口 具备运行、初始化、出错指示的指示灯 大容量外存(最大1G) 32/64/128MB内存 最大512K数据存储器,电池后备电源 64kFRAM数据存储器 PC机板载4/8/16/32/64MB闪存式程序 存储器,4MB内部闪存用于系统软件 DIO数字量输入输出模块 可配置输入/输出比 ? 可从数字传感器读取信号 ? 数字执行机构切换 ? 提供输入与输出I/O电位间的插针 ,并与总线电隔离 ? 防止输出短路,过载热保护 ? 数字输入/输出模块DIO2XX可用于 驱动执行机构、如接触器、继电器 ,气动阀和液压阀,还可用于读取 数字工作设备的信号,如传感器, 光电管设备和各种开关。 ? DIO数字量输入输出模块 ? 16/48/64/80个数字通道 ? 16个通道克设置成输入或 输出I/O点 ? 配置中断输入量 ? 每个通道带有状态指示 LED ? 供电电源18-34V DC,电 源具有极性反接保护 数字输入输出模块TTL264 ? 48个数字输入通道 ? 16个数字输出通道 ? 状态指示:黄色LED表正 常( RDY ) ? 电源内部的5伏直流取自 背板 ? 可连接外部5伏直流电源 AIO模拟量输入输出模块 ? 每个输入通道的输入电压可设 置成±1V,±10V,或者020mA12路Pt100信号 ? 测量范围-100-+300℃ ? 取16个数值做平均,提高精度 ? 出错检测 ? 传感器和执行机构可取单端或 差别连接 ? 可连接2线 温度记录模块PTAI216 温度记录模块PTAI216有4路模拟输 入和12路PT100传感器输入 ? 单端或差分模拟输入信号 ? 可输入2线 ) ? 取样时间2.5毫秒(AI) / 600毫秒 ( Pt100 ) ? 输入与系统电隔离 ? 断线监测投入 ? 监测外部电源电压 ? 温度记录模块PTAI216 温度记录模块PTAI216有4路模拟输 入和12路PT100传感器输入 ? 单端或差分模拟输入信号 ? 可输入2线 ) ? 取样时间2.5毫秒(AI) / 600毫秒 ( Pt100 ) ? 输入与系统电隔离 ? 断线监测投入 ? 监测外部电源电压 ? 计数模块CNT204/x ? 4单路计数输入 ? 状态显示:LED(绿色) 每计数器/ 标志输入 ? 2个输入通道的增量编码器 ? 编码器电源直接连接 ? 输入可以同步 ? 监测所有的电源电压 ? 差分测量(脉冲之间时间 测量) ,分辨率为1微秒 PWM模块 ? 脉宽调制模块PWM202 包含两个高功率输出的直接连 接电感或电阻负载如直流驱动 器,线圈等。使用脉宽调制。 ? 2输出脉宽调制信号 ? 状态显示:LED(绿色) ? 选择高功率或TTL输出信号 ? 监测输出 ? 监测外部电源 ? 监测内部温度 CAN总线 ? CANopen主模块CM202带有 集成处理器,性能高 ? 用于把CAN总线控 制器连接在一起 ? 每个CANopen主模块带有两 个独立的CAN总线 ? 每个CAN总线个 节点 CAN总线M ? 总线米 ? 使用光电耦合器把它与总线 电隔离 ? 短路保护 Fast Bus模块 ? Fast Bus模块FM211和 FS211可把输入/输出远程基 站与主控制器连接在一起 ? 传输介质可选择传输速度为 73MHZ的光缆 ? 它工作在双工模式,是同时 通讯 Fast Bus模块 ? 最多可配置15个子站,子 站间采用光纤传输,最远 距离达150米 ? 信号到达第一个子站处的 时延为3.5微秒,每个子 站间的时延为1.4微秒 ? 控制器系统的所有输入/ 输出模块可用于Fast Bus 子站中 ? 采用光纤可实现电隔离 以太网总控制器 ? EM203模块是一种工业 兼容以太网主控器 ? 它用于访问M1控制器 系统的数据,EM203模 块也能用于子站连接 ? 通过Fast Bus ? 以太网采用 10/100BaseT技术,带 有RJ45接头 ? 通讯电缆最长达100米 ? 状态显示LED 存储卡 模块背板Backplanes BS2xx ? 1-16路模块插槽 ? 可扩充 ? 紧凑设计 ? 防震设计 ? 背部拉扣设计 电源模块 ? M1控制器系统电源 ? 电源接通状态显示LED ? 电源电压18-34VDC,波动 2.6V ? 电源电压监视 ? 电源断开3毫秒后,产生电源 故障信号送至处理器模块 ? 一次/二次电隔离 ? 一次/接地电隔离 SCADA系统 ? 监视控制和数据采集(Supervisory And Data Acquisition,SCADA ? 远程监控系统与风机采用光纤连接 ? 可以利用互联网络进行VPN访问,与主控室 浏览及操作方式相同 Control SCADA系统组成 现有风电场SCADA系统主要由以下3部分组成: 1)就地监控部分:布置在每台风力发电机塔筒的 控制柜内。每台风力发电机的就地控制能够对此 台风力发电机的运行状态进行监控,并对其产生 的数据进行采集。 ? 2)中央监控部分:一般布置在风电场控制室内。 工作人员能够根据画面的切换随时控制和了解风 电场同一型号风力发电机的运行和操作。 ? 3)远程监控部分:根据需要布置在不同地点的远 程控制。远程控制目前一般通过调制解调器等通 讯方式访问中控室主机进行控制。 ? ? SCADA系统特点 ? ? ? ? ? ? ? ? 完全独立的第三方软件,操作具有透明和可追踪的特点 独立的风电机组、电网和气象站远程通讯接口单元 可实现远程访问及控制 可根据风电机组制造商、风场开发人员、运行人员和投资 者的需要进行扩展定制以满足不同层面的要求。 统一的图形接口,报告格式和数据库结构 自动生成的风场功率曲线可以验证实际的发电量及收益是 否达到了期望值 气象站接口单元用于独立的风速和气象参数监视和分析 电网和子站接口单元用于整个风场电气系统的监控


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