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1、风力发电机组电控系统工作报告风场控制风场控制风机被控设备风机被控设备本机控制本机控制I/O卡件卡件变桨控制变桨控制变流控制变流控制本机控制本机控制系统通讯组件系统通讯组件服务器服务器本机控制本机控制控制层控制层操作员站操作员站工程师站工程师站打印机打印机网关网关本机控制器本机控制器变流控制变流控制变桨控制变桨控制风力机本机监视风力机本机监视其它控制设备其它控制设备系统通讯组件系统通讯组件风力发电机组控制系统硬件图风力发电机组控制系统硬件图笔记本电脑笔记本电脑实时网络操作系统平台实时网络操作系统平台历史及数历史及数据存储据存储逻辑实现平台逻辑实现平台偏航、液压等偏航、液压等I/O模块通讯模块通讯
2、风力发电机组控制算法风力发电机组控制算法DLS或类似接口或类似接口接入接入系统诊断系统诊断及报警及报警变桨系统控制变桨系统控制Profi BUS 通讯通讯变流器系统变流器系统 A I/O 通讯模式通讯模式通讯通讯接口接口HMI风机本机监视接入风机本机监视接入变压器监视接入变压器监视接入其它信号接入其它信号接入风场监视控制系统支撑软件风场监视控制系统支撑软件打印打印报警报警监视监视纪录纪录历史历史远程通讯远程通讯风风场场控控制制本本机机控控制制执执行行机机构构风力发电机组控制软件系统图风力发电机组控制软件系统图倍福公司风力发电控制系统实例倍福公司风力发电控制系统实例DeWind D8:2 MW/
3、叶片液压定调叶片液压定调/双馈反应发电机双馈反应发电机(DFIG)/变速箱变速箱风能:参考案例及专用知识n应用案例 1:涡轮调节及自动控制(II)nDeWind D8:2 MW/叶片液压定调叶片液压定调/双双馈反应发电机馈反应发电机/变速箱变速箱 n系统设计系统设计(概观概观)Gearbox:变速箱变速箱电网数据管理电网数据管理系统设计系统设计(机舱机舱)系统设计系统设计(塔基塔基)QUEST公司控制系统QUEST公司提供的风力发电控制系统控制器n科若斯中心控制器q测量准确性高q经证实的高可靠性q经过标准工业总线系统的输入/输出信号q简单快捷的配置q 高效益的产品qMotorola MPC 5
4、55QUEST公司控制系统 采用输入/输出（I/O）单元分布在风力发电机周围，大幅度的减少电缆的数量。QUEST公司控制系统n科若斯测量变压器（电压互感器）qChorus Trafo 科若斯变压器（电压互感器）qSingle phase typeqMax Voltage（最高电压）690VqAccuracy（精确性）0.3%qOutput（输出）0 10VQUEST公司控制系统n闸流晶体管驱动器模块qThyristor outputs（闸流晶体管输出）6qOutput voltage,max（最大输出电压）690VqOutput current,max（最大输出电流）1AqOver-curre
5、nt protection（电流保护装置）YesqDigital inputs（数字输入）6QUEST公司控制系统n用于添加和操作数据库记录的工具；n支持各类输入/输出（I/O）总线装置的数据库；n用于定义输入/输出（I/O）的工具，无论该n端口是在CPU 单元上或是在设备的总线系n统输入/输出（I/O）模块上；n任务周期间隔可以为1、10、100 或1000毫秒；nTrue RMS 的测量适用于6 个电压和3 个电流,测量频率可高至10 毫秒一次；n通讯端口的管理；n周期性数值的处理（例如风向）；n用于模拟和数字测量的滤波器；n定时器；n数据资料记录；n图形界面工具箱；软件系统主要用途和功能
6、VESTAS控制系统n底部和顶部的处理器模块MITA的风力发电控制系统MITA的风力发电控制系统nWP3100 Controllern适用于不同型号风机的智能控制器n集成所有控制功能n先进的数据采集和存储n柔性设计的控制系统以满足不同用户需求n集成实时电网测量n易于扩展n远程软件升级MITA的风力发电控制系统MITA的风力发电控制系统硬件设计特点硬件设计特点q集成I/O及COM端口q满足风机控制的紧凑型设计q易于扩展 q集成实时电网测量q友好的用户界面q基于MITA控制技术的控制系统网络q适用于不同规模的风场MITA的风力发电控制系统Software and Statisticsq集成所有功能
7、并采用c语言编程可实现通过网络的远程软件更新；q风力机的远程访问；q参数和数据的密码保护；q数据统计并实现日、月、年的统计报告；q故障诊断及报警；q提供多种用户语言。中科院电工所的风机控制系统中科院电工所的风机控制系统中科院电工所的风机控制系统技术开发历程q承担多个风力发电控及变流器系统国家级项目q22KW变速恒频控制系统试验验证q大连天元电机全功率试验验证q国电玉门风场600KW G42机组现场试验中科院电工所的风机控制系统国电玉门风场600MW G42机组现场试验n将A12号机组的所有测量线、反馈线、控制线和动力线进行标号，并详细记录。n将原位于机舱内的主控柜拆除，从机舱内吊下；并在原来位
8、置上安装科诺的信号转接柜。n将原有的线路完全拆除后，全部引入科诺的控制室内，与科诺的控制系统和变流器连接。n检查和测试所有接线的正确性和信号的准确性。n为监控机舱内的情况，在机舱内额外安装了一套监视系统。中科院电工所的风机控制系统现场试验结果n一次并网成功；n好的电气控制特性；n优于原机组的功率控制曲线；n30天的运行考核期测试成功，对比试验结果良好：q科诺A12号机组7.3万千瓦q金风600MW机组6.9万千瓦qGamesa7.4万千瓦存在问题：q通讯问题；q阵风超速；q变桨调节特性同主控系统匹配。GH的风场控制系统远程对话单元(RIU)(Remote Interface unit(RIU)
9、n统计分析(Statistical analysis)n独立于风场网络(Independent of site network)n高采样频率，有准确时间纪录的数据(High sample rate,accurate time stamped data)n保持最大的数据完整性-断网后两个月的储存(Maximum data integrity 2 months storage during network outage)n实时数据采集和下载(Campaign and download real time data)n客户数据分析(Custom data analysis)GH SCADA 系统的优
10、点n风机维护(Turbine maintenance)n性能优化(Performance optimisation)n编辑功能，例如，停机时间和利用率重新计算(Editing e.g.downtime&availability reassignment)n丰富的报告功能，可按合同要求进行追踪(Complex reports,traceable to contract obligations)n故障的法律分析(Forensic analysis of faults)n独立工程师分析(I.E.analysis)n针对制造商的破产赔偿要求(LD claim against anufacturer)n
11、可用于支持运营和维护合同(Can be used to support O&M contract)n简化日常检查(Simplifies routine checks)n允许重点检查有问题的地方(Permits focus on problem areas)n与基本要求相关的报告(Reports relate to bottom line)n简化非常详细分析的工作量(Simplifies very detailed analysis)n明确所有关键的问题(Clarifies all crucial issues)n准确的有支持的信息资料(Accurate and supportable info
12、rmation)GH 风场群设计的方案n可逐渐增加的网络n服务器或客户自选方案q卫星/其它高速联网q公司网络q远程用户qGH SCADA q服务器q工作站中科院电工所的风场控制系统INTERNETGPRSRS232电源电源MD600CP340路由器路由器防火墙防火墙监控室监控室DC+DCC数据中心数据中心DC端口：端口：9100中科院电工所的风场控制系统n采用标准化的通信网络技术PROFIBUS现场总线技术，实现大型风电场风电机组集中和远程监控。主要用于大型并网风电场百台以上风电机组的集群监控。可根据不同的风电机组制定相适应得通信协议。n功能特点：功能特点：q采用了现场总线技术，速度快，系统可
13、靠q可选择对多台风电机组同时进行远控操作q模块化功能组合结构，扩展能力强q积木式数据存储结构，提高了数据查询速度，扩大数据存储范围中科院电工所的风场控制系统n通信管理系统自动与事先设定的风电机组建立通信连接，并且有通信中断后的自动重连接功能。n监视功能实时监视可控风电机组的运行状态（如待机、大/小电机发电、停机等）、瞬时运行数据、统计运行数据、历史运行数据等。绘制曲线现场绘制风速-功率曲线、风速分布曲线、风速趋势曲线。n集中控制功能在中央控制室集中实现对多台风电机组的远程开机、停机、左/右偏航、复位等功能。n数据管理系统自动进行历史数据存储，自动进行数据维护，自动生成日报表、月报表和年度报表，
14、支持数据查询，并且有数据导出功能。n修改参数远程修改风电机组运行参数。故障报警与处理故障报警（视觉报警和红色警示条报警）、故障数据保存、故障现场数据读取显示。n异地远程监控通过Internet或电话拨号等远程通信手段，可以实现在异地对大型风电场的远程管理。风力发电控制系统小结风场控制风场控制现场设备现场设备I/O卡件卡件变桨控制变桨控制变流控制变流控制系统通讯组件系统通讯组件服务器服务器本机控制本机控制操作员站操作员站工程师站工程师站打印机打印机网关网关本机控制器本机控制器变流控制变流控制变桨控制变桨控制风力机本机监视风力机本机监视其它控制设备其它控制设备系统通讯组件系统通讯组件风力发电机组控
15、制系统硬件图风力发电机组控制系统硬件图笔记本电脑笔记本电脑实时网络操作系统平台实时网络操作系统平台历史及数历史及数据存储据存储逻辑实现平台逻辑实现平台偏航、液压等偏航、液压等I/O模块通讯模块通讯风力发电机组控制算法风力发电机组控制算法DLS或类似接口或类似接口接入接入系统诊断系统诊断及报警及报警变桨等系统控制变桨等系统控制Profi BUS 通讯通讯变流器控制系统变流器控制系统 A I/O 通讯模式通讯模式通讯通讯接口接口HMI风机本机监视接入风机本机监视接入变电站监视接入变电站监视接入其它信号接入其它信号接入风场监视控制系统支撑软件风场监视控制系统支撑软件打印打印报警报警监视监视纪录纪录历
16、史历史远程通讯远程通讯风风场场控控制制本本机机控控制制执执行行机机构构风力发电机组控制软件系统图风力发电机组控制软件系统图风机控制系统n风机本机控制系统结构q设计机舱及塔基控制箱；q分布的I/O；q可扩展的网络设计；n控制系统厂商特点q设计生产控制器及关键检测元件；q同自有风场控制系统的集成；n控制系统的现场工作n风场控制系统q风场管理（风电厂运行、业主监视、制造商监控）；q丰富的通讯方式。风机控制系统主要工作n同样机相关q控制功能逻辑设计和实现；q控制系统调试工作；q半实物仿真试验平台；q风机控制柜控制箱组装；q被控对象控制特性；q信号及动力电缆设计；q控制系统HMI、历史功能及报警功能；q
17、风场控制系统。风机控制系统主要工作n其它重要工作q完整的风场控制系统；q风机电气控制系统功能试验台；q控制系统硬件设计；q关键零部件生产。材料出库风力发电机组控制系统全生产工艺流程系统生产系统生产执行单位：生产组 地 点：电控生产车间时 间：2.5周机柜柜体安装电缆制造电子安装带电调试主机联调现场调试机柜检验底板安装卡件底座安装走线槽安装同轴电缆信号电缆通讯电缆电源继电器及端子控制器及I/O电缆连接通道检测逻辑检查系统性能参数测定临时电缆连接系统联调机柜现场安装现场接线系统调试系统调试系统调试执行单位：调试组 地 点：总装车间、现场时 间：同整机进度控制系统程序框图设计n了解风机系统运行及控制
18、过程；n理解和验证Aerodyn开发控制程序；n现场调试技术基础；n技术开发即国产化基础。居于Aerodyn SCS说明的控制程序框图设计n采用UML的系统需求分析过程n用例分析清楚表现不同部件操作关系n用于系统逻辑软件开发的第一版SCS功能说明已完成控制系统程序框图设计n序列图表示动作执行过程运行控制区域划分控制系统程序框图设计n形成的程序开发文档控制系统功能试验平台n意义：变频恒速风力发电融合了现代机械传动、电力电子技术和现代控制理论，而由于我国1.5MW变速恒频风力发电机产业多处于设计和试制阶段。电气控制系统只有充分的工程化试验工程化试验，得出较确切的结论和数据，才能应用于大规模产业化生
19、产。建设风力发电系统及传动技术试验平台，提高风电机组关键零部件的实验室测试能力，掌握风电机组的关键测试技术，是保证产品质量的基础，对提高风电机组的性能将起到重要作用。控制系统功能试验平台n全功率试验平台功能框图 控制系统功能试验平台n1.5MW双馈式风力发电机组变流器全功率试验平台系统组成框图 风场控制系统开发计划n风场控制系统远端访问风场控制系统风场控制系统参与的工作n风机变流器技术合同；n风机变桨系统电气控制部分；n电机滑环；n其他一些监视控制仪表。今后工作重点nAERODYN开发控制系统的技术引进及样机系统生产：q技术引进：n完善控制系统技术文档；n针对Aerodyn公司开发的逻辑功能试
20、验；n控制系统及控制设备选型；今后工作重点q系统调试工作：n主工艺参数的确定；n控制系统调试文档；n工厂试验项目及试验目的；n工厂调试步骤及检查项目（FAT）；n现场试验项目及试验目的；n现场调试步骤及检查项目（SAT）；今后工作重点q样机生产：n电缆设计；n控制柜及系统集成；n系统配电柜。q半实物试验平台；nGH blade及控制套件；（3.7万欧元）nMathlab建模模仿风能变化；n多被控对象特性模拟；n其他配套设备约20万人民币。今后工作重点n被控对象的性能特点：q变流器；q发电机；q变桨控制系统；q液压刹车系统；q偏航控制；q传感器；q其它电气设备。今后工作重点n风场控制系统：实现本
21、机同集中控制中心的通讯，完成对风机集中监视控制功能；实现运行数据的存储；通过公网的远程登录。其他有必要的工作n全功能风场控制系统的开发q目的：n技术积累及风场运行数据收集；n风力发电机的远程维护；n风力机的运行安全；n电控部分的技术产品。q以GH风场控制为蓝本的技术开发；n硬件采用RIU的配网模式；n通过公网或其它方式实现远程监视管理功能；n实现异地的风力发电机维护和监视；n多风场风机控制管理。q软硬件开发费用按照两套系统收益完成（约80万）其他有必要的工作n专用的控制系统硬件开发q目的：n专用的控制系统硬件可实现高效率的逻辑运算；n针对风力发电机运行环境的硬件设计；n灵活的系统扩展能力；n保
22、持风力发电机控制算法的先进性；n较高的经济效益。q专有控制系统硬件技术要点；nVxWorks实时操作系统；n工业以太网实现可靠灵活的组网方式；n控制系统远程登录功能；q控制器开发费用约50万其他有必要的工作n风力发电机功率试验台q目的：实现真实的风力发电机运行模拟。q试验方案：n小功率电机拖动及发电控制；n全功率方案：q全功率电机拖动；q已购风力发电机及变流器为动力源拖动。其他有必要的工作n同其他科研单位的横向合作q目的：n优势互补实现共赢；n更快的技术创新。q已联系单位：n中科院电工所；n湖南株洲电力拖动国家重点实验室；n清华大学电机系风电组；n清华大学热能系。组织机构图事业部经理技术开发部
23、（经理1人，其他21人）制造部（经理1人其它35人）物流部（3人）质保部（6人）电力电子组（4人）风场控制开发（5人）本机控制开发（6人）组装（30人）电缆制作（5人）综合部（2人）专有控制系统开发（6）07年人员计划序号专业小组工作简述工程师技术工人第一阶段（完成三台样机试验安装）1风机控制系统风机控制组引进风机控制技术消化吸收22硬件组风机机柜、电缆、电源及相关硬件设计23电力电子发电机及变流器24风场控制系统系统硬件设计网络拓扑及系统安全设计25软件开发26生产机柜安装柜内设备安装、接线等117 安装调试安装调试电缆布线、现场安装调试18小计121n产供销研风电公司网络拓扑图风电公司网络拓扑图风场网络拓扑图风场网络拓扑图保定厂区网络拓扑图保定厂区网络拓扑图Internet风场远程监控系统开发组风场远程监控系统开发组风机主控工作组风机主控工作组电力电子工作组电力电子工作组电控组北京工作区