华锐15MW风力发电机组培训电气部分.ppt

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1、*1 概述概述 *2 主要内容主要内容 电控部分主要由以下几个方面组成： Training 1500 Control Training 1500 Yaw Training 1500 Brake Training 1500 Oil Training 1500 Water Training 1500 Converter Training 1500 pitch Training 1500 Battery Training 1500 Safety Chain Training 1500 Other *3 ControlControl 控制系统主要分为两部分：控制系统主要分为两部分： 通信回路通信回路

2、控制面板控制面板 远程远程PWMPWM 远程远程PWMPWM软件的操作方法和现场的控制面板基软件的操作方法和现场的控制面板基 本一致，建议在掌握控制面板的使用方法后，本一致，建议在掌握控制面板的使用方法后， 再学习再学习PWMPWM软件的使用。软件的使用。 *4 ControlControl通讯回路通讯回路 *5 ControlControl通讯回路通讯回路 *6 ControlControl控制面板控制面板 优点 只有一个接口 位于控制柜NCC310柜门 连接到主站PLC 位于控制柜TBC100柜门 连接到塔基PLC 不需要额外的操作软件 简单、使用、可靠 *7 ControlControl

3、控制面板控制面板 可以操作的对象： 风机的启动、停止 变桨的启动、停止 刹车的启动、停止 变频器的相关操作 偏航的操作 油冷系统的操作 水冷系统的操作 加热系统的操作 *8 ControlControl控制面板控制面板 可以查看的参数信息 风机所处的状态 例如：运行、停机、故障 查看即时的故障信息 例如：故障代码、简单描述 各个设备的即时参数 例如：温度、电压、角度 各个设备所处的状态 例如：启动、停止 信息的记录 例如：发电量、发电时间、 耗电量 *9 ControlControl控制面板控制面板 *10 ControlControl菜单内容菜单内容 *11 ControlControlWP

4、MWPM 远程的远程的WPMWPM操作有操作有ServerServer、LocalLocal组成组成 ServerServer用于整个风场的管理用于整个风场的管理 LocalLocal用于单个风机的管理用于单个风机的管理 其操作方法和使用控制面板基本一致其操作方法和使用控制面板基本一致 control *12 主程序界面主程序界面 *13 群操作群操作 *14 风机状态风机状态 发电状态 不在线状态 故障状态 *15 查看某台风机的详细信息查看某台风机的详细信息 单击主界面内某台风机即可单击主界面内某台风机即可 *16 某台风机主界面 *17 命令栏详细信息命令栏详细信息 *18 实时数据实时

5、数据 POWERPOWER一分一分钟钟有功功率有功功率 WINSPEWINSPE 一秒一秒钟钟平均平均风风速速 IWINFILIWINFIL五分五分钟钟平均平均风风速速 *19 Spe.ConSpe.Con发电发电 机机检测检测 速度速度 Spe.RotSpe.Rot轮毂检测轮毂检测 速度速度 速度速度 *20 变桨变桨 IhubIhububTorubTor 变桨电机力矩变桨电机力矩 IhubIhububTorubTor 变桨电机力矩变桨电机力矩 IhubIhububTorubTor 变桨电机力矩变桨电机力矩 HubPos001 HubPos001 叶片叶片1 1角度角度 HubPos002

6、HubPos002 叶片叶片2 2角度角度 HubPos003 HubPos003 叶片叶片3 3角度角度 *21 温温 度度 *22 历史数据历史数据- -故障故障 *23 历史数据历史数据- -故障故障 *24 历史数据历史数据- -总计数器总计数器 *25 历史数据历史数据- -功率曲线功率曲线 风频 发电量 *26 工作概况工作概况 SL1500SL1500风力发电机组目前使风力发电机组目前使 用的是超声波风速风向测试用的是超声波风速风向测试 仪。仪。 风速仪可以测量风速、风向风速仪可以测量风速、风向 、和外界温度。、和外界温度。 通过防雷模块、串行通讯数通过防雷模块、串行通讯数 据线

7、传给从站据线传给从站PLCPLC。 通过对风向的测试，确定风通过对风向的测试，确定风 力发电机组与正风向之间的力发电机组与正风向之间的 夹角。夹角。 通过对风速的检测，从而限通过对风速的检测，从而限 制风力发电机组的工作状态制风力发电机组的工作状态 *27 工作概况工作概况 风速风速 范围范围0 065m/s65m/s 风向风向 范围范围0 0360 360 温度温度 范围范围-40-40+70C+70C 加热功能加热功能 *28 工作原理工作原理 风速和风向的测量风速和风向的测量 测量结果处理为瞬时风速、测量结果处理为瞬时风速、5min5min的平均风速的平均风速 *29 信号采集和通讯协议

8、信号采集和通讯协议 风速风向仪与RS232/RS485转换 设备的RS485接口连接 根据转换接口拨码设置不同，连 接方式也不同。 PLC与风速仪间数据传输遵照 RS232协议 风速仪信号有RXD、RXD、 TXD、TXD、24V电源。 6（RXB）5 3（TXB）4 7（RXA）2 4（TXA）1 双工模式 （ 8、9 off） 6（RXB）45 7（RXA）12 单工模式 （ 8、9 on） RS422接口端子风速仪接口端子工作模式 单工 双工使用中 *30 偏航变频器偏航变频器 偏航变频器与从站偏航变频器与从站PLCPLC连连 接，接，PLCPLC通过通过CANCAN总线与总线与 偏航变

9、频器通讯。偏航变频器通讯。 偏航变频器内部有独立的偏航变频器内部有独立的 程序。程序。PLCPLC内对偏航变频内对偏航变频 器有设置程序。器有设置程序。 偏航变频器需要偏航变频器需要380VAC380VAC ，经过，经过PLCPLC的程序要求，的程序要求， 控制偏航变频器动作。控制偏航变频器动作。 *31 偏航用变频器为开环系统。偏航用变频器为开环系统。 硬件上，偏航用变频器采用了硬件上，偏航用变频器采用了 一拖多的控制拓扑结构：即一一拖多的控制拓扑结构：即一 台变频器控制四台电机。台变频器控制四台电机。 软件上，变桨用变频器采用开软件上，变桨用变频器采用开 环控制，由环控制，由PLCPLC接

10、受凸轮的位置接受凸轮的位置 反馈信号，并向变频器发出速反馈信号，并向变频器发出速 度控制指令、启动时间等信息度控制指令、启动时间等信息 ，从而调节了偏航角度。，从而调节了偏航角度。 偏航变频器偏航变频器 *32 偏航变频器偏航变频器 偏航变频器存在以下两种操作模式：偏航变频器存在以下两种操作模式： PLCPLC模式模式 偏航变频器在偏航变频器在PLCPLC模式下工作，由模式下工作，由PLCPLC经过经过 CANopenCANopen将相关频率和启动将相关频率和启动/ /停止命令传送给偏航变停止命令传送给偏航变 频器。频器。 命令信号也决定了偏航的方向。命令信号也决定了偏航的方向。 手动模式手动

11、模式 手动模式通过连接手动控制盒连接完成。在手动模式手动模式通过连接手动控制盒连接完成。在手动模式 下，偏航变频器通过手动操作盒上的两个按钮控制。下，偏航变频器通过手动操作盒上的两个按钮控制。 输入信号输入信号F F（手动偏航）：向左偏航（手动偏航）：向左偏航 输入信号输入信号R R（手动偏航）：向右偏航（手动偏航）：向右偏航 *33 手动偏航手动偏航 利用三相利用三相380V380V交流电源和手动控制盒即可实现。交流电源和手动控制盒即可实现。 *34 偏航电机偏航电机 偏航电机的额定工作偏航电机的额定工作 电压是电压是380VAC380VAC，额定，额定 功率功率2.2kW2.2kW 偏航电

12、机通过偏航齿偏航电机通过偏航齿 轮箱与偏航大齿圈咬轮箱与偏航大齿圈咬 合。合。 偏航电机有温度控制偏航电机有温度控制 开关保护电机在正常开关保护电机在正常 温度范围内工作。温度范围内工作。 *35 偏航电机偏航电机 刹车反馈刹车反馈 温度控制开关温度控制开关 *36 旋转编码器旋转编码器 旋转编码器主要执行两个旋转编码器主要执行两个 任务任务 第一，检测机舱偏航超出工第一，检测机舱偏航超出工 作位置。作位置。 第二，计算偏航旋转角度。第二，计算偏航旋转角度。 *37 偏航系统的功能是什么偏航系统的功能是什么? ? - - 在安装时配合叶轮吊装在安装时配合叶轮吊装 - - 调整机舱方向，最大限度

13、的吸收风能调整机舱方向，最大限度的吸收风能 组成组成 - - 风速风向仪风速风向仪 - - 偏航变频器偏航变频器 - - 偏航电机偏航电机 - - 旋转编码器旋转编码器 工作情况工作情况 - - 偏航变频器与偏航变频器与PLCPLC连接，控制偏航电机的动作连接，控制偏航电机的动作 - - 四个偏航电机统一协调工作，达到偏航目的四个偏航电机统一协调工作，达到偏航目的 - - 偏航计数器对偏航角度进行计算，反馈报警信号偏航计数器对偏航角度进行计算，反馈报警信号 - - 左右方向偏航极限限制报警左右方向偏航极限限制报警 偏航系统偏航系统 *38 为什么我们需要制动器为什么我们需要制动器? ? 应用于

14、以下情况：应用于以下情况： - - 过速过速 - - 紧急停机紧急停机 - - 风机进行维护时风机进行维护时 - - 为了锁上叶轮锁为了锁上叶轮锁 BrakeBrake主要功能主要功能 *39 BrakeBrake传感器传感器 刹车压力传感器刹车压力传感器 刹车调整传感器刹车调整传感器 刹车打开反馈刹车打开反馈 刹车调整反馈刹车调整反馈 刹车警告传感器刹车警告传感器 刹车片磨损报警刹车片磨损报警 *40 OilOil原则原则 油冷的目的是什么油冷的目的是什么? ? - - 为齿轮箱润滑为齿轮箱润滑 - - 冷却齿轮油冷却齿轮油 组成组成 - - 齿轮箱齿轮箱 - - 油冷泵、过滤器、温度传感器

15、油冷泵、过滤器、温度传感器 - - 油冷风扇油冷风扇 工作情况工作情况 - - 到齿轮箱和冷却系统分两套回路到齿轮箱和冷却系统分两套回路 - - 由参数的设定而决定油路由参数的设定而决定油路 *41 WaterWater 为什么要有水冷系统？为什么要有水冷系统？ 对发电机、变频器、机柜进行冷却。对发电机、变频器、机柜进行冷却。 组成组成 水泵、温度感应模块水泵、温度感应模块 没有风扇的冷却器没有风扇的冷却器 没有过滤器没有过滤器 传感器：冷水温度、热水温度、水压力传感器：冷水温度、热水温度、水压力 状况状况 温度感应模块在软件中不起作用温度感应模块在软件中不起作用 *42 *43 水管分布水管

16、分布 *44 SL1500SL1500中变频器功能介绍中变频器功能介绍 变频器具有以下特点：变频器具有以下特点： 系统元件按系统元件按2020年使用寿命设计。系统可在恒定的转矩年使用寿命设计。系统可在恒定的转矩 或功率下工作，突变转矩和作用在机械部件上的合力或功率下工作，突变转矩和作用在机械部件上的合力 被有效地减到最小，因此使用寿命更长。被有效地减到最小，因此使用寿命更长。 变频器可以通过控制柜上的按钮、变频器可以通过控制柜上的按钮、PCPC机或者自动控制机或者自动控制 系统来操作。当发出启动信号时，变频器可在设定的系统来操作。当发出启动信号时，变频器可在设定的 速度范围内自动运行或者由速度

17、范围内自动运行或者由PLCPLC控制系统根据输入参数控制系统根据输入参数 控制变频器自动运行。控制变频器自动运行。 紧凑、体积小。紧凑、体积小。 防护等级为防护等级为IP55IP55，有效的防尘防水。，有效的防尘防水。 冷却系统采用空水冷冷却方式。功率变频器内部通过冷却系统采用空水冷冷却方式。功率变频器内部通过 位于柜侧的空气水换热器进行冷却。此外在功率变位于柜侧的空气水换热器进行冷却。此外在功率变 频器内有一套专门冷却功率半导体的空气水换热器频器内有一套专门冷却功率半导体的空气水换热器 。有效散热、防止变频器温度过高，保护器件和系统。有效散热、防止变频器温度过高，保护器件和系统 。 *45

18、ConverterConverter *46 ConverterConverter *47 SL1500SL1500中变频器功能介绍中变频器功能介绍 发电机用变频器。发电机用变频器。 硬件上，发电机用变频器为硬件上，发电机用变频器为IGBTIGBT整流变频整流变频 器，器，SVPWM(SVPWM(空间矢量脉宽调制空间矢量脉宽调制 ) )技术。技术。 *48 SL1500SL1500中变频器功能介绍中变频器功能介绍 发电机侧变频器与发发电机侧变频器与发 电机转子相连。电机转子相连。 功率容量上，两倍于功率容量上，两倍于 网侧变频器。网侧变频器。 软件上，发电机侧变软件上，发电机侧变 频器采用矢量

19、控制，频器采用矢量控制， 接受来自发电机的速接受来自发电机的速 度反馈并进行解藕。度反馈并进行解藕。 *49 SL1500SL1500中变频器功能介绍中变频器功能介绍 电机侧变频器电机侧变频器 发电机力矩控制发电机力矩控制 功率因数调节功率因数调节 发电机同步发电机同步 速度监视速度监视 CrowbarCrowbar触发触发 *50 SL1500SL1500中变频器功能介绍中变频器功能介绍 网侧变频器与电网连接。网侧变频器与电网连接。 *51 LSCLSC和和GSCGSC的目的的目的 电网侧变频器电网侧变频器 控制控制DCDC母线母线 预充电预充电 线路滤波同步处理线路滤波同步处理 电网监视电

20、网监视 *52 变速恒频发电机组具有以下优点：变速恒频发电机组具有以下优点： 双馈异步发电机只处理转差能量就可以控制电机的力矩和无功功双馈异步发电机只处理转差能量就可以控制电机的力矩和无功功 率，降低了变频器的造价。变频器的最大容量仅为总机组容量的率，降低了变频器的造价。变频器的最大容量仅为总机组容量的 1/31/3左右。在最大输出功率时，转子和定子共发出左右。在最大输出功率时，转子和定子共发出1.5MW1.5MW的电能。的电能。 转差频率调节转差频率调节, ,调速范围为发电机同步转速的调速范围为发电机同步转速的33.333.3。降低控制系。降低控制系 统成本、减少系统损耗，提高效率。统成本、

21、减少系统损耗，提高效率。 功率因数可调，发电机组具有无功功率控制能力，功率因数可恒功率因数可调，发电机组具有无功功率控制能力，功率因数可恒 为为1 1。根据需要，功率因数可在额定电压下最大达到容性。根据需要，功率因数可在额定电压下最大达到容性0.950.95，感，感 性性0.900.90。 低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得 最大风能；高风速时储存或释放风能量，提高传动系统的柔性，最大风能；高风速时储存或释放风能量，提高传动系统的柔性， 使功率输出更加平稳。使功率输出更加平稳。 先进的双先进的双PWMPWM变频器，实

22、现四象限运行。变频器，实现四象限运行。 变速恒频技术大幅延长了核心部件的使用寿命，同时显著提高发变速恒频技术大幅延长了核心部件的使用寿命，同时显著提高发 电量。电量。 *53 直驱发电机能量流图 93.2% 电网 100% 变频器发电机 4.0% 2.8% 功率损耗 功率损耗 *54 双馈感应电机能量流图 77.8% 100% 19.4% 0.8% 能量损耗 变频器 18.6% 96.4% 电网 2.8% 发电机 *55 交流励磁变速恒频风力发电机发电系统结构图如交流励磁变速恒频风力发电机发电系统结构图如 下所示，其中省略了变压器、滤波器等构件。其中定下所示，其中省略了变压器、滤波器等构件。其

23、中定 子接入电网，转子绕组由频率、相位、幅值都可以调子接入电网，转子绕组由频率、相位、幅值都可以调 节的三相低频交流励磁电流节的三相低频交流励磁电流 *56 并网过程演示并网过程演示 *57 PitchPitch主要功能主要功能 为什么要有变桨系统？为什么要有变桨系统？ 在风速小于目标风速时，通过调整叶片角度，来得到最佳的发电功率。在风速小于目标风速时，通过调整叶片角度，来得到最佳的发电功率。 当风速大于目标风速时，变桨系统调节叶片角度，控制风机的速度和功当风速大于目标风速时，变桨系统调节叶片角度，控制风机的速度和功 率维持在一个最优的水平。率维持在一个最优的水平。 当安全链断开的时候，把叶片

24、转到顺桨位置（安全运行），把风轮当成当安全链断开的时候，把叶片转到顺桨位置（安全运行），把风轮当成 一个空气动力学的刹车来使用。一个空气动力学的刹车来使用。 利用风和叶轮的相互作用，减小摆动从而将机械负载最小化。利用风和叶轮的相互作用，减小摆动从而将机械负载最小化。 变桨系统是如何实现的？变桨系统是如何实现的？ - - 从站从站PLCPLC发出命令发出命令 - - 电气变桨系统，电气变桨系统，3 3个由变频器控制的变桨伺服电机间接变速装置。个由变频器控制的变桨伺服电机间接变速装置。 - - 机舱内的电池系统。机舱内的电池系统。 *58 轮毂轮毂 轴承轴承 小齿轮小齿轮 避雷装置避雷装置 玻璃钢

25、外壳玻璃钢外壳 PitchPitch *59 结构： 变桨制动器 轮毂 轮毂变 桨控制 柜 变桨限 位撞块 变桨接 近开关 缓冲器 极限工作位置 开关 极限工作位置撞块 轮毂罩 分隔壁 导流帽 变桨控制原理与功能变桨控制原理与功能 *60 滑环系统滑环系统 每个叶片一个配备每个叶片一个配备 - - 变桨机柜变桨机柜 - - 变桨驱动变桨驱动 ( (齿轮箱齿轮箱, , 补助马达间接变速补助马达间接变速 装置装置, , 编码器，飞轮单元，刹车编码器，飞轮单元，刹车) ) - - 接近传感器接近传感器 - - 工作位置开关工作位置开关 变桨机柜包括变桨机柜包括 - - 变桨变频器变桨变频器, , 刹

26、车断路器刹车断路器, , - - 总开关总开关, 230VAC , 230VAC 工组插头工组插头 - - 机柜加热器机柜加热器 - - 继电器继电器 PitchPitch *61 与其他类型的风力发电机组相比，与其他类型的风力发电机组相比， 减少了元件的数量。减少了元件的数量。 刹车系统有完整的空气动力学故障刹车系统有完整的空气动力学故障 保护。保护。 轮毂内没有电池。轮毂内没有电池。 Pitch *62 Pitch *63 变桨用变频器为伺服系统变桨用变频器为伺服系统 。 硬件上，变桨用变频器采硬件上，变桨用变频器采 用了一公共整流，三个变用了一公共整流，三个变 桨变频器通过逆变控制电桨变

27、频器通过逆变控制电 机。机。 软件上，变桨用变频器采软件上，变桨用变频器采 用矢量控制，并进行位置用矢量控制，并进行位置 控制，从而对桨叶角度进控制，从而对桨叶角度进 行快速、准确的调节。行快速、准确的调节。 Pitch *64 风向风向 顺桨位置顺桨位置 变桨电机小齿轮变桨电机小齿轮 变桨齿轮边缘变桨齿轮边缘 工作位置工作位置 大约大约9090度的调节范围度的调节范围 Pitch *65 两个独立的刹车系统：电气机械两个独立的刹车系统：电气机械 Pitch *66 Battery 为什么要电池单元？为什么要电池单元？ 确保在电网短时间掉电的时候风机可以正常运确保在电网短时间掉电的时候风机可以

28、正常运 行行 在掉电后，变桨系统可以安全停机在掉电后，变桨系统可以安全停机 掉电后，为控制系统提供掉电后，为控制系统提供24V24V电源电源 *67 Battery *68 用途用途 - - 电池通过整流桥连接到普通的直流电源供电单元，确保变桨系统电池通过整流桥连接到普通的直流电源供电单元，确保变桨系统 供电不会中断。供电不会中断。 - - 风机在自动运行时，首先要检查电池系统是否正常。风机在自动运行时，首先要检查电池系统是否正常。 加热加热 - - 温度传感器在电池柜内，并由温度传感器在电池柜内，并由PLCPLC控制。当温度在零度以下时，控制。当温度在零度以下时， 机柜加热启用。机柜加热启用

29、。 - - 加热控制通过加热控制通过PLCPLC执行。执行。 Battery *69 Safety Chain 安全链的目的是什么？安全链的目的是什么？ 保护风机保护风机 GLGL证书的一部分证书的一部分 保护风机的最后一道保护风机的最后一道 防线防线 注意：注意： 必须检测必须检测 决不允许修改决不允许修改 错误是很严重的错误是很严重的 *70 Safety Chain 24VDC24VDC供供电电电电, , 熔熔丝丝丝丝，急停，急停 发电发电发电发电 机超速机超速 振振动动动动开关开关 轮轮轮轮糓超速糓超速 看看门门门门狗狗 制制动动动动器位置器位置 工作位置工作位置 变桨驱动变桨驱动变桨

30、驱动变桨驱动 存存储继电储继电储继电储继电 器器 轮轮轮轮糓超速糓超速 三个叶片故障三个叶片故障 制制动动动动器打开器打开制制动动动动器关器关闭闭闭闭 *71 Safety Chain 认真对待这些检查，它是保护风机的最后一道防线！ *72 Others防雷保护 *73 雷击雷击 - - 大气放电的电流路径。大气放电的电流路径。 - - 人和物体都有危险。人和物体都有危险。 - - 雷击是一个大气的放电过程。雷击是一个大气的放电过程。 结果结果 - - 放电电流的热效应、磁效应和机械效应。放电电流的热效应、磁效应和机械效应。 - - 沿着放电路径电压下降。沿着放电路径电压下降。 - - 在供应

31、系统中暂时的波动过电压。在供应系统中暂时的波动过电压。 Others防雷保护 *74 OthersOthers防雷保护防雷保护 保护理论保护理论 - - 基于麦克斯韦尔的磁平衡理论。基于麦克斯韦尔的磁平衡理论。 - - 磁感应远远比阻抗严重。磁感应远远比阻抗严重。 - - 当直径增加的时候磁感应下降。当直径增加的时候磁感应下降。 *75 实现实现 一些导体在外表面，在闭合的表面内磁场为零。一些导体在外表面，在闭合的表面内磁场为零。 每个防雷导体到地和闪电的连接都要至少有两条平行每个防雷导体到地和闪电的连接都要至少有两条平行 的路径。的路径。 避雷导线越短越好。避雷导线越短越好。 避雷装置定位要

32、尽可能的与要保护的系统元件接近。避雷装置定位要尽可能的与要保护的系统元件接近。 保护系统保护系统 所有的金属部分通常都导电。所有的金属部分通常都导电。 在旋转部件和非旋转部件的能量转化时，会有放电间在旋转部件和非旋转部件的能量转化时，会有放电间 隙。隙。 单独的电刷单独的电刷 保护轴承保护轴承 提供一种电荷平衡的方法。提供一种电荷平衡的方法。( (特别是在暴雷到来之前特别是在暴雷到来之前) ) 为每一个可能遭受损坏的元件提供雷击保护。为每一个可能遭受损坏的元件提供雷击保护。 OthersOthers防雷保护防雷保护 *76 转换转换 放电间隙放电间隙 电刷电刷 如果缺少的如果缺少的 话，会怎么话，会怎么 样？样？ 电气损坏电气损坏 轴承损坏轴承损坏 OthersOthers防雷保护防雷保护 *77 接地极 控制配线 （光纤） 避雷用接地线电 机设备接地线 回路接地线 雷击对策 （塔体下部接地） 操作盘 OthersOthers防雷系统防雷系统