專利名稱：兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)控制技術(shù)，特別是一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主 控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，得益于國內(nèi)政策導(dǎo)向和國際清潔能源的發(fā)展需求，我國風(fēng)電裝機以年均 100%的速度快速發(fā)展，到2009年底，中國以沈10萬千瓦的裝機容量位居全球第二，美國已 累計裝機3516萬千瓦穩(wěn)居榜首。需求的快速增長也帶動了我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)的快速發(fā)展。截至2009年4月底， 國內(nèi)風(fēng)電機組制造商已將近有80家。主要風(fēng)機制造廠家為了快速搶占市場，都致力于擴大 生產(chǎn)規(guī)模，無力對控制系統(tǒng)這樣技術(shù)含量較高的產(chǎn)品進行自主開發(fā)，因此多直接從國外品 牌公司采購產(chǎn)品或引進技術(shù)。從我國目前的情況來看，風(fēng)機其它部件，包括葉片、齒輪箱、發(fā) 電機、軸承等核心部件已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化配套，而風(fēng)機控制系統(tǒng)的自主配套規(guī)模還相當(dāng)不 如人意，對國外品牌的依賴仍然較大，仍是風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)。尤其是對兆瓦 級以上大功率機組變速恒頻控制技術(shù)的研究，更是最近幾年的事情，這比風(fēng)機技術(shù)先進國 家要落后二十年時間。風(fēng)力發(fā)電是一個高新技術(shù)行業(yè)，無論整機控制、系統(tǒng)仿真還是產(chǎn)品維 護保養(yǎng)，都非常復(fù)雜，然而由于缺乏控制系統(tǒng)的自主知識產(chǎn)權(quán)，即便引進的也是受控于他人 的非核心技術(shù)，雖然國外風(fēng)機控制系統(tǒng)不菲的成套硬件價格及高昂的服務(wù)費用已使國內(nèi)主 機廠家不堪重負(fù)，但也只能過度地依賴國外公司。我國在這一技術(shù)領(lǐng)域的起步較晚，前已述及，我國風(fēng)電制造產(chǎn)業(yè)是從2005年開始 的最近四年才得到快速發(fā)展的，國內(nèi)主要風(fēng)機制造廠家為了快速搶占市場，都致力于擴大 生產(chǎn)規(guī)模，無力對控制系統(tǒng)這樣的技術(shù)含量較高的產(chǎn)品進行自主開發(fā)，因此多直接從國外 公司采購產(chǎn)品或引進技術(shù)。就風(fēng)機控制系統(tǒng)本身的要求來看，確有它的特殊性和復(fù)雜性。從 硬件來講，風(fēng)機控制系統(tǒng)隨風(fēng)機一起安裝在接近自然的環(huán)境中，工作有較大振動、大范圍的 溫度變化、強電磁干擾這樣的復(fù)雜條件下，因此其硬件要求比一般系統(tǒng)要高得多。從軟件來 講，風(fēng)機要實現(xiàn)完全的自動控制，必須有一套與之相適應(yīng)的完善的控制軟件。主控系統(tǒng)、變 槳系統(tǒng)和變頻器需要協(xié)同工作才能實現(xiàn)在較低風(fēng)速下的最大風(fēng)能捕獲、在中等風(fēng)速下的定 轉(zhuǎn)速以及在較大風(fēng)速下的恒頻、恒功運行，這需要在這幾大部件中有一套先進、復(fù)雜的控制 算法。風(fēng)機控制系統(tǒng)是與風(fēng)機特性高度結(jié)合的系統(tǒng)，包括主控、變槳和變頻器在內(nèi)的控 制軟件不僅算法復(fù)雜，而且其各項參數(shù)的設(shè)定與風(fēng)機本身聯(lián)系緊密，風(fēng)機控制系統(tǒng)的任務(wù) 不僅僅是實現(xiàn)對風(fēng)機的高度自動化監(jiān)控以及向電網(wǎng)供電，而且還必須通過合適的控制實現(xiàn) 風(fēng)能捕獲的最大化和載荷的最小化，一般的自動化企業(yè)即使能研制出樣機，也很難得到驗 證，推廣就更加困難。而中小規(guī)模的風(fēng)機制造商又無力進行這樣的開發(fā)。因此，非常有必要 開發(fā)一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)、完全掌握核心技術(shù)的風(fēng)電主控系統(tǒng)，以克服上述困難。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決上述技術(shù)的不足而提供一種能對葉片槳距角、發(fā)電 機扭矩實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，并方便實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)。為了達到上述目的，本實用新型所設(shè)計的一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)，它包括 主控單元、上位監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)，所述的主控單元由塔底控制柜和機艙 控制柜組成，塔底控制柜設(shè)有主控CPU模塊、遠(yuǎn)程IO擴展光纖主模塊、CANOpen通信主模塊、 RS232擴展模塊、塔底通用IO模塊、第一多模光口四電口工業(yè)交換機、單模光電轉(zhuǎn)換器、第 一尾纖盒、就地上位機、多模光纖；機艙控制柜設(shè)有遠(yuǎn)程IO擴展光纖從模塊，RS485模塊，機 艙通用IO模、第二多模光口四電口工業(yè)交換機、第二尾纖盒；主控單元通過單模光電轉(zhuǎn)換 器與上位監(jiān)控系統(tǒng)連接，主控單元通過CANOpen通信主模塊與變頻系統(tǒng)連接，主控單元通 過RS485模塊與變槳控制系統(tǒng)相連。為了方便設(shè)置工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變及控制流程，確保機組的安全運行，主控單元 通過塔底控制柜中的RS232擴展模塊與UPS電源連接，遠(yuǎn)程IO擴展光纖主模塊與第一尾纖 盒連接，RS232擴展模塊與第一多模光口四電口工業(yè)交換機連接；單模光電轉(zhuǎn)換器與第一 尾纖盒連接，在第一多模光口四電口工業(yè)交換機上分別連接單模光電轉(zhuǎn)換器、第一尾纖盒、 就地上位機，在第一尾纖盒上通過多模光纖連接上位監(jiān)控系統(tǒng)。跟據(jù)風(fēng)機的結(jié)構(gòu)由于變獎的功能是改變?nèi)~片的角度，改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，偏航電機 使機艙轉(zhuǎn)動，跟蹤風(fēng)向以獲得最大風(fēng)能，機艙控制柜通過RS485模塊連接變頻系統(tǒng)，機艙控 制柜通過機艙通用IO模連接振動傳感器，通過第二尾纖盒分別與遠(yuǎn)程IO擴展光纖從模塊、 第二多模光口四電口工業(yè)交換機連接。本實用新型所得到的一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)，為實現(xiàn)根據(jù)風(fēng)力機特性，當(dāng) 機組處于最佳葉尖速比λ運行時，風(fēng)機機組將捕獲得最大的能量提供了基本保證，當(dāng)風(fēng)機 并網(wǎng)后，轉(zhuǎn)速小于極限轉(zhuǎn)速、功率低于額定功率時，根據(jù)當(dāng)前實際風(fēng)速，調(diào)節(jié)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，使 機組工作在捕獲最大風(fēng)能的狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)速增加使發(fā)電機轉(zhuǎn)速達上限后，主控單元需維持轉(zhuǎn) 速恒定，風(fēng)力機組發(fā)出的電功率，隨風(fēng)速的增加而增加。當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增加，使轉(zhuǎn)速、功率都達 到上限后，進入恒功率運行區(qū)運行，此狀態(tài)下主控通過變流器，維持機組的功率恒定，主控 單元一方面通過槳距系統(tǒng)的調(diào)節(jié)減少風(fēng)力攻角，減少葉片對風(fēng)能的捕獲；另一方面通過變 流器降低發(fā)電機轉(zhuǎn)矩，使風(fēng)力機組偏離最佳λ曲線運行，維持發(fā)電機的輸出功率穩(wěn)定。

圖1是本實用新型實施例系統(tǒng)配置圖。其中主控CPU模塊1、遠(yuǎn)程IO擴展光纖主模塊2、CANOpen通信主模塊3、RS232 擴展模塊4、塔底通用IO模塊5、第一多模光口四電口工業(yè)交換機61、第二多模光口四電口 工業(yè)交換機62、單模光電轉(zhuǎn)換器7、第一尾纖盒81、第二尾纖盒82、就地上位機9、多模光纖 10、變頻系統(tǒng)11、UPS電源12、遠(yuǎn)程IO擴展光纖從模塊21、RS485模塊22、機艙通用IO模 23、變槳控制系統(tǒng)M、振動傳感器25、主控單元沈、塔底控制柜27、機艙控制柜觀、上位監(jiān)控 系統(tǒng)29。
具體實施方式
下面通過實施例結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述。實施例如圖1所示，本實施例提供的一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)，它包括主控單元沈、 上位監(jiān)控系統(tǒng)四、變槳控制系統(tǒng)M和變頻系統(tǒng)11，所述的主控單元沈由塔底控制柜27 和機艙控制柜觀組成，塔底控制柜27設(shè)有主控CPU模塊1、遠(yuǎn)程IO擴展光纖主模塊2、 CANOpen通信主模塊3、RS232擴展模塊4、塔底通用IO模塊5、第一多模光口四電口工業(yè)交 換機61、單模光電轉(zhuǎn)換器7、第一尾纖盒81、就地上位機9、多模光纖10;機艙控制柜觀設(shè) 有遠(yuǎn)程IO擴展光纖從模塊21，RS485模塊22，機艙通用IO模23、第二多模光口四電口工業(yè) 交換機62、第二尾纖盒82 ；主控單元沈通過單模光電轉(zhuǎn)換器7與上位監(jiān)控系統(tǒng)四連接，主 控單元沈通過CANOpen通信主模塊3與變頻系統(tǒng)11連接，主控單元沈通過RS485模塊22 與變槳控制系統(tǒng)M相連。主控單元與上位監(jiān)控系統(tǒng)的接口完成風(fēng)機實時數(shù)據(jù)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的交換，與變槳控 制系統(tǒng)的接口完成對葉片槳距角的自動調(diào)節(jié)，與變頻系統(tǒng)的接口實現(xiàn)對發(fā)電機扭矩的自動 調(diào)節(jié)。主控單元用于檢測電網(wǎng)參數(shù)、氣象參數(shù)、機組運行參數(shù)，當(dāng)條件滿足時，啟動變槳系統(tǒng) 執(zhí)行自動解纜、對風(fēng)控制，釋放機組的剎車盤，調(diào)節(jié)槳距角度，風(fēng)車開始自由轉(zhuǎn)動，進入待機 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)啟動變頻系統(tǒng)開始進行轉(zhuǎn)子 勵磁，待發(fā)電機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。由于風(fēng)機工作存在運行狀態(tài)、暫停狀態(tài)、停機狀態(tài)以及急停狀態(tài)從高到低四種不 同狀態(tài)。風(fēng)機工作時都需要根據(jù)機組的狀態(tài)，按設(shè)定的控制流程對調(diào)向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、變 槳系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電力電子器件進行控制，實現(xiàn)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，因此為了方便設(shè)置工作 狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變及控制流程，確保機組的安全運行，其特征是主控單元26通過塔底控制柜 27中的RS232擴展模塊4與UPS電源12連接，遠(yuǎn)程IO擴展光纖主模塊2與第一尾纖盒81 連接，RS232擴展模塊4與第一多模光口四電口工業(yè)交換機61連接；單模光電轉(zhuǎn)換器7與 第一尾纖盒81連接，在第一多模光口四電口工業(yè)交換機61上分別連接單模光電轉(zhuǎn)換器7、 第一尾纖盒81、就地上位機9，在第一尾纖盒81上通過多模光纖10連接上位監(jiān)控系統(tǒng)四。跟據(jù)風(fēng)機的結(jié)構(gòu)由于變獎的功能是改變?nèi)~片的角度，改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，偏航電機 使機艙轉(zhuǎn)動，跟蹤風(fēng)向以獲得最大風(fēng)能?；h(huán)是主控和變槳連接的樞紐，它們之間的動力線 和通信都從機艙控制柜通過的，因此機艙控制柜通過RS485模塊連接變頻系統(tǒng)，機艙控制 柜28通過機艙通用IO模23連接振動傳感器25，通過第二尾纖盒82分別與遠(yuǎn)程IO擴展光 纖從模塊21、第二多模光口四電口工業(yè)交換機62連接。
權(quán)利要求1.一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)，它包括主控單元(沈)、上位監(jiān)控系統(tǒng)(四)、變槳控 制系統(tǒng)04)和變頻系統(tǒng)(11)，其特征是所述的主控單元06)由塔底控制柜07)和機艙 控制柜08)組成，塔底控制柜(XT)設(shè)有主控CPU模塊(1)、遠(yuǎn)程IO擴展光纖主模塊0)、 CANOpen通信主模塊( 、RS232擴展模塊(4)、塔底通用IO模塊( 、第一多模光口四電口 工業(yè)交換機(61)、單模光電轉(zhuǎn)換器(7)、第一尾纖盒(81)、就地上位機(9)、多模光纖(10)； 機艙控制柜(28)設(shè)有遠(yuǎn)程IO擴展光纖從模塊(21)，RS485模塊(22)，機艙通用IO模Q3)、 第二多模光口四電口工業(yè)交換機(62)、第二尾纖盒(8 ；主控單元06)通過單模光電轉(zhuǎn)換 器(7)與上位監(jiān)控系統(tǒng)09)連接，主控單元06)通過CANOpen通信主模塊( 與變頻系 統(tǒng)(11)連接，主控單元06)通過RS485模塊0 與變槳控制系統(tǒng)04)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)，其特征是主控單元06)通 過塔底控制柜(XT)中的RS232擴展模塊(4)與UPS電源(1 連接，遠(yuǎn)程IO擴展光纖主 模塊O)與第一尾纖盒(81)連接，RS232擴展模塊(4)與第一多模光口四電口工業(yè)交換機 (61)連接；單模光電轉(zhuǎn)換器(7)與第一尾纖盒(81)連接，在第一多模光口四電口工業(yè)交換 機(61)上分別連接單模光電轉(zhuǎn)換器(7)、第一尾纖盒(81)、就地上位機(9)，在第一尾纖盒 (81)上通過多模光纖(10)連接上位監(jiān)控系統(tǒng)09)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)，其特征是所述的機艙控 制柜08)通過機艙通用IO模連接振動傳感器(25)，通過第二尾纖盒(8 分別與遠(yuǎn) 程IO擴展光纖從模塊(21)、第二多模光口四電口工業(yè)交換機(6 連接。
專利摘要本實用新型公開了一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)，它包括主控單元、上位監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)，所述的主控單元由塔底控制柜和機艙控制柜組成，塔底控制柜設(shè)有主控CPU模塊、遠(yuǎn)程IO擴展光纖主模塊、CANOpen通信主模塊、RS232擴展模塊、塔底通用IO模塊、第一多模光口四電口工業(yè)交換機、單模光電轉(zhuǎn)換器、第一尾纖盒、就地上位機、多模光纖；主控單元通過單模光電轉(zhuǎn)換器與上位監(jiān)控系統(tǒng)連接，通過CANOpen通信主模塊與變頻系統(tǒng)連接，通過RS485模塊與變槳控制系統(tǒng)相連。這種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電主控系統(tǒng)，以風(fēng)力機特性為依據(jù)，當(dāng)機組處于最佳葉尖速比λ運行時，風(fēng)機機組獲得最大能量，維持發(fā)電機的輸出功率穩(wěn)定。
文檔編號F03D7/00GK201851269SQ20102054421
公開日2011年6月1日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者趙明利 申請人:浙江眾科自動化工程科技有限公司