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风力发电机及其系统ppt课件

17
风力发电机系统
恒速恒频同步风力发电机系统
三要素：（1）同步发电机（2）调速器（3）励磁调节器
18
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的定、转子结构
定子铁心
定子绕组
转子磁极 19
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的基本工作原理 — 产生感应电动势
（1）风力机拖着发电机的转子以恒定转速n1沿发电机组的结构
6
直驱永磁同步风力发电机组
7
风力发电机组的基础知识
桨叶的升力与阻力
桨叶的距角
桨叶围绕翼展长度方向的轴线旋转的角度。显然，桨距角的变动对桨叶的升力影响很大。
8
风力机风能转换效率特性
• 风轮的功率
P
1 2
AV 3Cp
• 风能转换率
Cp f (TSR, )
16
风力发电机系统
风力发电机系统的分类：
恒速恒频风力发电机系统
（1）同步发电机系统（2）笼型异步发电机系统（3）绕线转子RCC异步发电机系统
变速恒频风力发电机系统
（1）变速恒频鼠笼异步发电机系统（高速）（2）变速恒频双馈异步发电机系统（高速）（3）变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速）（4）变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速）（5）变速恒频横向磁通发电机系统（中、低速）
15
风力发电机组
风电机组的分类：
（3）按传动机构分类升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机。直驱型：将低速风力机和低速发电机直接连接。
（4）按发电机分类异步型：笼型单速异步发电机、笼型双速变极异步发电机；绕线式异步发电机。同步型：电励磁同步发电机；永磁同步发电机。
（5）按并网方式分类并网型：直接或间接并入电网，可省却储能环节。离网型：需配储能环节，也可与柴发、光伏并联运行。

风力发电机组控制系统

控制系统的作用
——捕获最佳风能并转换为电功率
• 偏航系统使风机一直处于迎风面，使风机捕获最佳风能，使风机发出尽可能多的电功率。
风力发电机组控制系统课件
12
控制系统的作用
——提供满足用户需求的电能质量
• 风力发电机组按照《国家电网公司风电场接入电网技术规定（试行）》的电能质量要求向电网供电，对功率因数进行，提供相应的无功功率。
风力发电机组控制系统课件 16
• • • • • • 电网电压；频率；风机进/出口电流；功率因数；有功功率；无功功率。
风力发电机组控制系统课件
10
控制系统的作用
——保证风机的安全
• • • • • • •
超速保护；电缆扭缆保护；变桨系统保护；电网保护；雷电保护；传感器故障保护；振动保护。
风力发电机组控制系统课件 11
控制系统的作用
• 控制系统的基本功能是对风机的启动、停止、切入（电网）和切出（电网）、输出功率的限制系统课件
3
控制系统的作用
控制系统的作用： • 监测风机运行状态； • 保证风机的安全； • 捕获最佳风能并转换为电功率； • 提供满足用户需求的电能质量。
风力发电机组控制系统课件
4
控制系统的作用
——监测风机运行状态
气象状态监测：
• 风速大小——采用2只机械式传感器； • 风向——采用机械式传感器。
风力发电机组控制系统课件
5
控制系统的作用
——监测风机运行状态
变桨系统监测：
• • • • • • • 桨叶位置——A、B编码器；风暴（位置）保护状态；驱动电机温度；轮毂控制柜内温度；变桨速度监测；变桨通讯状态；变桨系统故障监测。

《风机控制系统培训》PPT课件

电网数据管理
培训ppt
5
系统设计(机舱)
培训ppt
6
系统设计(塔基)
培训ppt
7
QUEST公司控制系统
QUEST公司提供的风力发电控制系统控制器
科若斯中心控制器
测量准确性高经证实的高可靠性经过标准工业总线系统的
输入/输出信号简单快捷的配置高效益的产品 Motorola MPC 555
风
远程通讯
纪录
历史
监视
报警
打印
场
控
风场监视控制系统支撑软件
制
变压器监视接入
风机本机监视接入
其它信号接入
DLS或类似接口接
入
风力发电机组控制算法
本机
系统诊断历史及数及报警据存储
HMI
通讯接口
逻辑实现平台
控
制
实时网络操作系统平台
I/O模块通讯
Profi BUS 通讯
A I/O 通讯模式
机执构行
柔性设计的控制系统以满足不同用户需求
集成实时电网测量易于扩展远程软件升级
培训ppt
15
MITA的风力发电控制系统
培训ppt
16
MITA的风力发电控制系统
硬件设计特点
集成I/O及COM端口满足风机控制的紧凑型设计易于扩展集成实时电网测量友好的用户界面基于MITA控制技术的控制系统网络适用于不同规模的风场
培训ppt
23
GH的风场控制系统
培训ppt
24
远程对话单元(RIU) (Remote Interface unit (RIU))
统计分析(Statistical analysis)

风力发电机组各系统介绍ppt课件

37
五、冷却润滑系统
• 作用 1、对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑。 2、对齿轮箱进行冷却散热。
38
39
• 冷却润滑系统组成润滑油泵：将齿箱润滑油吸入，输出压力油。
40
滤油器：将油液过滤，给齿箱提供清洁的润滑油，通常精度为10μm。冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。连接管路：连接各个部件。附件：提供滤油器堵塞报警，显示回油压力。
32
33
刹车系统的控制机构－液压系统
34
四、支承系统
• 塔架的作用支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔架上的力和风载
• 基础的作用安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各种载荷。
35
• 塔架材料：Q345 轮毂高度：依据项目和当地风切变指数综合考虑而定
36
• 基础钢筋混凝土
叶
失速、定桨玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
8

轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L
• 涂层：
HEMPEL
• 与桨叶连接：高强度螺栓
9
主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
43
• ３、通过过滤器的油液进入阀组，当油液温度较低时，油液直接流回齿轮箱各个轴承和齿面的润滑点，这时系统只起润滑作用。当油液温度达到设定值时，通过阀的调配，油液全部强行通过冷却器，给油液进行冷却后再流回齿轮箱各个润滑点。
44
19
偏航齿箱
参数： • 型式：法兰联接的同轴行星（摆线）齿轮箱 • 额定输入功率: 1.5kW • 额定输入转速: 940rpm • 额定输出转速: 1.245rpm • 额定传动比: 755 • 额定输入扭矩: 15Nm • 使用环境温度： -30℃～+40℃ • 噪声（声功率级）：≤90 dB（A） • 润滑油： Mobil或Shell、BP的合成齿轮油

风力发电机组控制系统介绍

开发故障诊断算法，对机组运行数据进行实时分析，及时发现并处理故障。
故障预警机制
建立故障预警机制，提前预测可能出现的故障，避免意外停机带来的损失。
04 功能模块详解
偏航控制系统
风向标与传感器
实时监测风向变化，为偏航控制提供准确数据。
偏航电机与减速器
驱动机组偏航，确保风轮始终对准风向。
偏航轴承与润滑系统
风力发电机组控制系统介绍
目录
• 引言 • 控制系统组成与原理 • 关键技术与实现方法 • 功能模块详解 • 操作与维护管理 • 发展趋势与挑战
01 引言
背景与意义
能源危机与环境污染
风力发电技术的发展
随着化石能源的日益枯竭和环境污染的加剧，可再生能源的开发利用成为迫切需求。
随着风力发电技术的不断进步和成熟，风力发电机组在电力系统中的比重逐渐增加。
高风能利用率。
独立变桨控制
通过对每个叶片的独立变桨控制，减少风力发电机组在复杂风况下的载荷波动，提高稳定性。
安全保护控制
在极端天气或机组故障等情况下，及时采取制动、停机等保护措施，确保风力发电机组的安全运行。
03 关键技术与实现方法
传感器技术应用
风速风向传感器
用于实时监测风速和风向，为控制系统提供输入信号。
01
02
03
智能化监测与诊断
利用先进传感器和算法，对风力发电机组进行实时监测和故障诊断，提高运维效率。
智能化控制策略
基于大数据和人工智能技术，优化风力发电机组的控制策略，提高发电效率和稳定性。
智能化运维管理
利用物联网和云计算技术，实现风力发电机组的远程监控和运维管理，降低运维成本。

风电培训-控制系统ppt讲座

• PLC正常运行时，扫描周期的长短不仅与CPU的运算速度有关，也与 I/O的点数和性质有关，同时与用户程序的长短和编程水平有关。因此，编程人员应不断学习和掌握有关PLC 的硬件结构及软件编程技巧，提高编程水平，以缩小PLC的扫描周期，提高测试与控制的精度及可靠性。
3.3 机舱控制柜
WP4051
（3）以上信号由WPL351采集后，由WPL110经光纤电缆送至塔底柜，经WP4000处理后，由光纤通信返回机舱柜，再由WPL351输出，来控制各分控制器及其执行机构的动作。（变桨、变速、偏航、制动等）
（4）根据传感器提供的反馈信号，对机组进行安全保护或紧急关机。
3.4 塔底控制柜
去机舱柜通信模块
• 用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户对具体工作要求编制的PLC编程语言程序；用户功能存储器用来存放（记忆）用户程序中使用的 ON/OFF状态、数值、数据等，它构成了PLC的各种内部器件，也称为“软元件”。用户存储器存储量的大小是表征PLC性能的重要指标之一。
电量变送器
传感器网络
WP4051
WPL11 0
WPL4000
WPL150
WPL351
与变流器通信
图3.3
控制执行机构
塔底控制柜的主要任务如下：
（1）主控制器的CPU模块位于塔底控制柜，主要完成数据采集以及I/O信号处理、逻辑运算、通过光纤通信接收和处理机舱柜信号，产生和输出控制信号，与变流器通信，实现功率调节和变速恒频控制，与监控系统通信，传递监控信息。
图3.1
（1）中央处理器（CPU）
CPU是PLC的核心，按系统程序所赋予的功能指挥PLC工作。其主要功能如下：

风力发电机及其系统PPT课件

（2）定子铁心槽内的导体与转子上的主磁极之间发生相对运动
（3）导体切割磁力线感应出电动势
导体感应电动势的方向可用右手定则判断！
交变频率： f pn1 [Hz] 60
p：磁极的极对数
20
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的基本工作原理 — 产生电磁制动力
（1）载流导体在磁场中受到电磁力（2）绕组电流受力形成电磁转矩（3）电磁转矩阻止转子旋转，是一种
0
if (Ff )
空载特性 E0＝f ( if )
23
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的外特性
U
外特性：同步发电机在n＝nN ，if＝
const，cos＝const的条件下，端电

cos() 0.8 压U和负载电流I 的关系曲线。
UN
cos 1 外特性反映负载性质不同时，端电
cos 0.8
4
双馈异步风力发电机组
5
风力发电机组的结构
6
直驱永磁同步风力发电机组
7
风力发电机组的基础知识
桨叶的升力与阻力
桨叶的距角
桨叶围绕翼展长度方向的轴线旋转的角度。显然，桨距角的变动对桨叶的升力影响很大。
8
风力机风能转换效率特性
• 风轮的功率
P
1 2
AV3Cp
• 风能转换率
Cpf(TS,R )
风电机组对发电机系统的基本要求：
（1）将旋转风力机的机械能高效率地转换为电能转速、转矩、效率、电压、电流、体积、重量
（2）输出的电能质量应满足电力系统的并网要求频率、有功、无功、波形畸变率、三相不平衡度、并网冲击、电压跌落跨越
（3）与风力机系统匹配，最大限度发挥风力机的风能转换率有无齿轮箱（直驱）、变速（MPPT）、变桨（恒功）

风力发电控制系统综述(PPT)

限后，发出报警信温度越低至某设定值后，起动电加热器，温度升高至某设
定值后时，停止加热器运行;同时电加热器也用于控制发电机的
温度端差在合理的范围内。
风电控制系统辅助设备逻辑
• 增速齿轮箱系统
•
齿轮箱系统用于将风轮转速增速至双馈发电机的正常
转速运行范围内，需监视和控制齿轮油泵、齿轮油冷却器、
•
第三部分风电控制系统辅助设备逻辑
风电控制系统辅助设备逻辑
• 发电机系统
•
监控发电机运行参数，通过3台冷却风扇和4台电加热器，控
制发电机线圈温度、轴承温度、滑环室温度在适当的范围内，相
关逻辑如下：
•
当发电机温度升高至某设定值后，起动冷却风扇，当温度降
低到某设定值时，停止风扇运行;当发电机温度过高或过低并超
加热器、润滑油泵等等。
•
当齿轮油压力低于设定值时，起动齿轮油泵;当压力高
于设定值时，停止齿轮油泵。当压力越限后，发出警报，
并执行停机程序。
•
齿轮油冷却器/加热器控制齿轮油温度：当温度低于设
定值时，起动加热器，当温度高于设定值时停止加热器;当
温度高于某设定值时，起动齿轮油冷却器，当温度降低到
设定值时停止齿轮油冷却器。
• 润滑油泵控制，当润滑油压低于设定值时，起动润滑油泵，当油压高于某设定值时，停止润滑油泵。
风电控制系统辅助设备逻辑
• 偏航系统控制
•
根据当前的机舱角度和测量的低频平均风向信
号值，以及机组当前的运行状态、负荷信号，调节
CW(顺时针)和CCW(逆时针)电机，实现自动对风、电
缆解缆控制。
•
自动对风：当机组处于运行状态或待机状态时，
风电控制系统基本功能

风力发电机组控制系统介绍专题培训课件

由于空气密度、叶轮半径及风速均为不可控值，唯一可以控制的参量就是风力机功率系数（风能利用系数）Cp ，其理论极限值为 0.593。若在任何风速下，风机都运行在最大Cp值下，则可增加其输出功率。
2019/12/5
4
三 XE82风机控制系统的功能及组成
风力发电机组控制系统的功能
自动或手动启动和停止风力发电机组；叶片变浆控制实现风机的功率限制和轮毂转速限
2019/12/5
9
轮毂控制柜安装在风力发电机的轮毂内，主要处理轮毂里的I/O信号，用以实现风机的变浆控制、轮毂辅助控制和紧急变浆；
风机主控系统柜和机舱控制柜的连接是通过光纤完成，它具有抗电磁干扰，且传输时间以微秒计的特性，与背板传输的时间相当。
机舱控制柜和轮毂控制柜的连接是通过滑环完成，采用的通讯协议是CANopen，通讯速率为 500Kbits/s。
2019/12/5
3
二风力发电机组的输出功率
P r1 2C p()R2V3
Pr 风轮吸收的功率，W ρ 空气密度，kg/m3 R 风轮的半径，m V 风速，m/s Cp 风力机的功率系数 β 桨距角 λ 叶尖速比（λ=Vtip/Vwind=ωR/V） ω 风轮旋转角速度，rad/s Vtip 风轮叶尖速度，m/s
2019/12/5
10
变频器与主控系统的通讯也是采用通讯速率为 500 Kbits/s的CANopen通讯协议，使用的连接线是屏蔽铜电缆。
变频器控制系统不是风机控制系统的一部分，它是一个自动控制系统，变频器开关的闭合/断开命令以及转矩和速度给定是从风机主控系统发送到变频器的，变频器可以发送一个故障请求使风机停机。
操作界面接口：与本地操作界面通讯；

风力发电机组及其控制系统PPT课件

风力机的结构风力机
传动链
发电机
变速发电技术
27
2.1.2 风力机的结构和组成
风轮一般由2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。
28
2.1.2 风力机的结构和组成
小型风力机的叶片部分采用木质材料，中、大型风力机的叶片的趋势都倾向于采用玻璃纤维或高强度复合材料。
29
2.1.2 风力机的结构和组成
32
(3)电动机驱动的风向跟踪系统对大型风力发电机组，一般采用电动机驱动的风向跟踪系统。整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调节
系统和扭缆保护装置等部分组成。偏航调节系统包括风向标和偏航系统调节软件。风向标对应每一个风向都有一个相应的脉冲输出信号，通过偏航系统软件确定其偏航方向和偏航角度，然后将偏航信号放大传送给电动机，通过减速机构转动风力机平台，直到对准风向为止。
叶片数少的风力机通常称为高速风力机，它在高速运行时有较高的风能利用系数，但起动风速较高。由于其叶片数很少，在输出同样功率的条件下比低速风轮要轻得多，因此适用于发电。
20
水平轴风力机随风轮与塔架相对位置的不同而有上风向与下风向之分。
上风向：风轮在塔架的前面迎风旋转，叫做上风向风力机。上风向风力机必须有某种调向装置来保持风轮迎风。
14
风电产业
➢ 全球风电发展趋势 ✓ 机组容量大型化、产业规模化
➢ 新时期风电发展要求 ✓ 整体性要求更高、零部件相关技术有待提高 ✓ 与电网联系紧密，能效、稳定性要求提高 ✓ 控制系统重要性越发体现
➢ 我国风电发展存在问题 ✓ 风电建设与技术支持体系的不平衡 ✓ 控制系统研发、生产最为薄弱
15
2.风电机组的构成
2.06%

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为使叶轮能够最大限度地获得风能，需要使叶轮时刻处于迎风方向。偏航驱动系统的作用就是不断调整机舱方向，使得风电机组在发电时，其叶轮始终处于迎风方向；
当风速高于额定风速时，为了保证风力发电机工作在额定功率状态，需要调整叶片的角度以使叶轮得到的风能与发电机的额定功率相匹配。变桨系统的作用就是在风速高于额定风速时，通过调节叶片角度使发电机始终工作在额定状态。
⑹ 空模块
2020/10/9
13
⑦通道交换机
⑧24VDC ⑨5VDC
主控柜本地监控系统(触摸屏)
风力发电机本地参数设置及状态显示
风速、转速等信息概览启动条件及步骤参数列表最近100次事件报告轮毂参数设置及状态显示机舱参数设置及状态显示发电机状态显示变频器及水冷系统状态显示及参数设置电网状态显示发电量统计(年\月\日)(有功电量/无功电量) 可利用率统计风机运行时间统计故障及报警事件
本地操作面板的触摸屏也不是风机控制和安全系统的一个非常重要的部件，这也就意味着触摸屏关闭也不会影响风机的控制和安全系统，但一般情况下触摸屏需要正常工作。
2020/10/9
11
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
➢ XE82风力发电机组的组成
XE82风力发电机组由叶轮、主轴承、同步发电机、变桨系统、偏航系统、主控制系统、变频器、变压器及其他辅助部件组成。
➢ 工作原理
叶轮将风能转化为机械能，首先通过主轴承将机械能传递给发电机，发电机把机械能转化为电能，再通过风力机专用变频器将发电机发出的频率和幅值变化的交流电转化为频率和幅值均恒定的交流电，然后通过升压变压器转化成风电场需要的电压，最后通过变电站送入电网；
操作界面接口：与本地操作界面通讯；
2020/10/9
6
风力发电机组控制系统的组成
➢ 塔基控制柜
风机各控制功能、中央处理CPU及通讯风机本地监控和操作
➢ 机舱控制柜
机舱CAN主站主控制系统的远程I/O站偏航控制及其他辅助控制功能
➢ 轮毂控制柜
轮毂CAN从站变桨控制及其他辅助控制功能
2020/10/9
路器、继电器、加热元件及端子板等
2020/10/9
12
PLC主站系统
⑴ 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）
②通讯模块（主）
④DIO248
⑥PLC 备用模块
③照明
⑤AIO288
.与RTU进行数据交换
①CPU模块
⑵ FM模块（FASTBUS总线通讯模块）
（优选）风力发电机组控制系统介绍ppt
2020/10/9
1
主要内容
一、XE82风力发电机组的组成和工作原理二、风力发电机组的输出功率三、XE82风机控制系统的功能及组成四、XE82风机安全系统介绍五、Bachmann M1 PLC系统特点
2020/10/9
2
一 XE82风力发电机组的组成和工作原理
2020/10/9
10
变频器与主控系统的通讯也是采用通讯速率为 500 Kbits/s的CANopen通讯协议，使用的连接线是屏蔽铜电缆。
变频器控制系统不是风机控制系统的一部分，它是一个自动控制系统，变频器开关的闭合/断开命令以及转矩和速度给定是从风机主控系统发送到变频器的，变频器可以发送一个故障请求使风机停机。
由于空气密度、叶轮半径及风速均为不可控值，唯一可以控制的参量就是风力机功率系数（风能利用系数）Cp ，其理论极限值为 0.593。若在任何风速下，风机都运行在最大Cp值下，则可增加其输出功率。
2020/10/9
4
三 XE82风机控制系统的功能及组成
风力发电机组控制系统的功能
自动或手动启动和停止风力发电机组；叶片变浆控制实现风机的功率限制和轮毂转速限
7
风机控制系统框图
2020/10/9
8
控制柜介绍
塔基控制柜（风力发电机主控柜）安装在风力发电机的塔筒底部，用以实现风力发电机组的启动和停机、偏航控制、辅助控制、保护和监控，并且实现风机变浆控制、偏航控制和变频器控制的协调；
机舱控制柜安装在风力发电机的机舱内，主要处理机舱里的I/O信号，用以实现偏航控制、机舱的辅助控制、塔筒加速度监控和发电机保护监控；
2020/10/9
14
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
2020/10/9
9
轮毂控制柜安装在风力发电机的轮毂内，主要处理轮毂里的I/O信号，用以实现风机的变浆控制、轮毂辅助控制和紧急变浆；
风机主控系统柜和机舱控制柜的连接是通过光纤完成，它具有抗电磁干扰，且传输时间以微秒计的特性，与背板传输的时间相当。
机舱控制柜和轮毂控制柜的连接是通过滑环完成，采用的通讯协议是CANopen，通讯速率为 500Kbits/s。
2020/10/9
3
二风力发电机组的输出功率
Pr
1 2
C
p
(
)
R
2
V 3
Pr 风轮吸收的功率，W ρ 空气密度，kg/m3 R 风轮的半径，m V 风速，m/s Cp 风力机的功率系数 β 桨距角
λ 叶尖速比（λ=Vtip/Vwind=ωR/V） ω 风轮旋转角速度，rad/s
Vtip 风轮叶尖速度，m/s
.与机舱PLC从站进行数据交换
⑷ DI/O模块
.处理各种外部开关量输入/输出，如：
风机起动/停车、复位、变压器各
个开关的状态、变频器及冷却装置 Nhomakorabea等外部开关信号
⑸ AI/O模块
⒀紧急继电器
⑿继电器开关
⑾温度监控器
⑩保险开关
.处理各种外部模拟量信号，如：变频器冷却装置的入口和出口水压、变压器温度等
制；偏航控制实现风机最大面积迎风；风速和风向监测；风机保护系统；紧急保护系统以及周期性紧急系统检查；
2020/10/9
5
各种监控功能（发电机定子温度、轴承温度、控制箱温度、变浆电机温度、电池等）；
与变频器控制系统的CANOPEN通讯和控制；
辅助控制功能（油脂泵、维护刹车、锁紧销、冷却风扇等）；