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风力发电机组控制系统一风电控制系统简述风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。
现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警，实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。
风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。
由于风电机组现场运行环境恶劣，对控制系统的可靠性要求非常高，而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力，其系统结构如下：风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。
风电控制系统的网络结构。
1、塔座控制站2、塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。
控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。
3、控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件，采用符合IEC61131-3标准的组态方式，包括：功能图（FBD）、指令表（LD）、顺序功能块（SFC）、梯形图、结构化文本等组态方式。
4、2、机舱控制站5、机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。
风力发电机组的控制系统风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越得到人们的重视和使用。
而风力发电最核心的部分就是风力发电机组控制系统。
本文将深入探讨风力发电机组控制系统的相关知识。
一、风力发电机组的基本组成部分风力发电机组通常由3个主要部分组成：风力涡轮、变速器和发电机。
其中变速器是为了将风力涡轮的旋转速度转变成适合发电机的速度，同时保证风力涡轮在各种风速下都能正常转动。
而发电机则是将机械能转变为电能。
二、风力发电机组的控制系统的分类根据控制对象的不同，风力发电机组控制系统可以分为风力涡轮控制系统和整机控制系统。
1. 风力涡轮控制系统风力涡轮控制系统主要由风速测量仪、方向传感器、转矩信号传感器、角度传感器、变桨控制器等部分组成。
其主要作用是对风速和转矩进行检测和获取，然后根据这些数据控制机组桨叶的角度，调节风力涡轮的输出功率，以适应不同的风速和负载要求。
当遭遇大风或预期外部异常情况时，风力涡轮控制系统还可以自动停机。
2. 整机控制系统整机控制系统主要由仪表、控制器、通信模块、电动机传动机构、机械部分等部分组成。
整机控制系统起到了协调、控制各部分工作的作用，可以实现以最佳的效率输出电能。
其主要作用是监控发电机组的运转状态，通过检测各项参数实时调整变速器的转速，并及时进行告警和自动停机。
三、风力发电机组控制系统的关键技术1. 风力涡轮桨叶轴系统的控制风力涡轮桨叶轴系统的控制是风力发电机组控制系统的核心部分之一，也是解决风机输出功率波动和抖动问题的重要技术。
目前常见的调节方式包括机械调节和电动调节两种。
机械调节方式主要采用伺服驱动的伸缩臂与桨叶之间的连杆机构实现，而电动调节则利用变速器的电动油门、电子液压伺服系统或液压拉杆控制桨毂角度。
其中，电动调节方式更加智能化、精准化。
2. 整机控制系统的优化算法整机控制系统的优化算法是风力发电机组控制系统技术的另一个重要方向。
通过对风能、转速、功率、角度等数据进行分析，整机控制系统可通过智能算法，实现最大效率的输出电能。
00风电机组控制系统介绍风电机组控制系统是风力发电系统中的关键设备，主要负责监测和控制整个风电机组的运行。
它包括了多个子系统，如风速测量系统、风向测量系统、电力系统、机械系统等，这些系统协同工作，确保风电机组安全稳定地运行并发挥最大发电效率。
风电机组控制系统的核心是风机控制器（Wind Turbine Controller，简称WTC），它是整个系统的大脑，负责监控风力发电机组的运行状态，调节叶片角度、转速和发电机功率等参数，以实现最佳的发电性能。
WTC通常包括了多个模块，如数据采集模块、信号处理模块、控制算法模块、人机界面模块等，每个模块都扮演着关键的角色，确保整个系统的正常运行。
风速测量系统是风电机组控制系统中一个非常重要的子系统，它通过安装在风车塔顶端的风速传感器来监测周围的风速情况。
这些传感器通常是基于超声波或光学原理工作的，能够精确地测量风速并将数据传输给WTC。
WTC根据接收到的风速数据来调节叶片角度和转速，以确保风电机组在不同风速下都能够高效发电。
与风速测量系统类似，风向测量系统也是风电机组控制系统中的一个重要组成部分。
通过安装在风机塔顶端的风向传感器，它能够准确地测量周围的风向，帮助WTC判断风的来向并做出相应的调整。
在不同的风向下，WTC会调节叶片的角度和转速，以确保风电机组在不同风向下都能够稳定发电。
电力系统也是风电机组控制系统中的关键组成部分，它包括了发电机、变频器、电网连接器等设备。
WTC通过监测电网电压、频率等参数，来控制变频器的输出功率，确保风电机组与电网之间的功率平衡。
此外，电力系统还负责将风机生成的交流电转变为直流电，并通过逆变器将其转换为电网所需的交流电。
机械系统是风电机组控制系统中的另一个重要组成部分，它主要包括了叶片调节系统、转子系统、转速监测系统等。
WTC通过监测这些机械系统的运行状态，来调节叶片的角度和转速，确保风电机组的整体稳定性和可靠性。
叶片调节系统负责调节叶片的角度，以适应不同的风速和风向；转子系统则负责控制整个转子的运行，保证其在各种工况下都能够安全运行。
风力发电机控制系统介绍风力发电机控制系统介绍控制系统概述第一部分风力发电机组的控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。
各种传感器包括：风速传感器、风向传感器、转速传感器、位置传感器、各种电量变送器、温度传感器、振动传感器、限位开关、压力传感器以及各种操作开关和按钮等。
这些传感器信号将传送至控制器进行运算处理。
第一部分控制系统基础主控制器一般以PLC为核心，包括其硬件系统和软件系统。
上述传感器信号表征了风力发电机组目前的运行状态。
当机组的运行状态与设定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，将系统调整到设定运行状态，从而完成各种控制功能。
这些控制功能主要有：机组的启动和停机、变速恒频控制、变桨距控制、偏航控制等。
控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可采用液压执行机构等。
目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或主动失速调节来实现功率控制。
后者采用“变速风力机+变速发电机”，在额定风速以下时，控制发电机的转矩，使系统转速跟踪风速变化，以保持最佳叶尖速比，最大限度地捕获风能；在额定风速以上时，采用变速与变桨距双重控制，以便限制风力机所获取的风能，保证风电机组恒功率（一般为额定功率）输出。
PLC的控制顺序主控制系统（PLC）WP4051 WPL110 WP4000 WPL150 WPL351 WPL351触摸屏电源(通信)模块CPU模块电量测量模块I/O模块I/O模块可给8个存储、处理数据实时DSP 2个RS-485接口模块供电2个串口、电量测量16个DO、26个DI、4个AO光纤通信1个以太网接口可测量三相：4个计数器输入、以太网接口编程环境C、电压电流8个PT100、IEC61131-3 有功无功4个AI（±10V）功率因数4个AI（0~20mA）2个热敏电阻输入目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
密级：公司秘密东方汽轮机有限公司DONGFANG TURBINE Co., Ltd.2.0MW108C型风力发电机组主控制系统说明书编号KF20-001000DSM 版本号 A2014年7 月编号<**ID**>编制<**设计签字**> <**设计签字日期**> 校对<**校对签字**> <**校对签字日期**> 审核<**审核签字**> <**审核签字日期**> 会签<**标准化签字**> <**标准化签字日期**> <**会二签字**> <**会二签字日期**><**会三签字**> <**会三签字日期**><**会四签字**> <**会四签字日期**><**会五签字**> <**会五签字日期**><**会六签字**> <**会六签字日期**><**会七签字**> <**会七签字日期**><**会八签字**> <**会八签字日期**><**会九签字**> <**会九签字日期**> 审定<**审批签字**> <**审批签字日期**>批准<**批准签字**> <**批准签字日期**>换版记录目录序号章 节名称页数备注1 0-1 概述 12 0-2 系统简介 13 0-3 系统硬件114 0-4 系统功能 55 0-5 主控制系统软件说明126 0-6 故障及其处理说明640-1概述风能是一种清洁环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。
随着地球生态保护和人类生存发展的需要，风能的开发利用越来越受到重视。
风力发电机就是利用风能产生电能，水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型，它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。
风力发电机组控制系统摘要:主控系统是风力发电机组的核心，通过数字量和模拟量的输入来完成数据的采集，然后根据内部设定的程序，完成逻辑功能的判断，最后通过模拟量和数字量的输出达到控制机组和保障机组安全稳定运行的目的。
关键词：数据；逻辑；控制1主控系统工作内容⑴主控系统是机组可靠运行的核心，主要完成以下工作：⑵采集数据并处理输入、输出信号；判定逻辑功能；⑶对外围执行机构发出控制指令；⑷与机舱柜及变桨控制系统进行通讯，接收机舱柜及变桨控制系统的信号；⑸与中央监控系统通讯、传递信息。
2数字模拟⑴数字输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开关等。
数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。
输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点的抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输入电流一般为数毫安。
⑵数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机启动器等负载。
数字量输出模块将CPU内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放大的作用。
输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交流负载的双向晶闸管或固态继电器。
⑶模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，主要由A/D转换器组成。
⑷模拟量输出模块将CPU送给它的数字信号转换成电流信号或电压信号，对执行机构进行调节或控制，主要由D/A转换器组成。
⑸CX5020：金风2.0MW主控系统选用CX5020为主控系统的核心控制器CX5020带有两个独立的以太网端口(可定义两个独立的IP地址)和四个USB2.0接口。
一块位于盖板后面并可从外部拆装的可互换的CF卡作为CX5020的引导和存储介质，CX5020还内置了一个1秒钟UPS，可确保在CF卡上安全备份持久性应用数据，目前CX5020选用的操作系统是Windows CE，可以通过CERHOST软件进行访问。
密级：公司秘密东方汽轮机有限公司DONGFANG TURBINE Co., Ltd.2.0MW108C型风力发电机组主控制系统说明书编号KF20-001000DSM版本号 A2014年7 月编制 <**设计签字**> <**设计签字日期**> 校对 <**校对签字**> <**校对签字日期**> 审核<**审核签字**><**审核签字日期**>会签 <**标准化签字**> <**标准化签字日期**> <**会二签字**> <**会二签字日期**> <**会三签字**> <**会三签字日期**> <**会四签字**> <**会四签字日期**> <**会五签字**> <**会五签字日期**> <**会六签字**> <**会六签字日期**> <**会七签字**> <**会七签字日期**> <**会八签字**> <**会八签字日期**> <**会九签字**> <**会九签字日期**> 审定 <**审批签字**> <**审批签字日期**> 批准<**批准签字**><**批准签字日期**>编号换版记录目录序号章 节名称页数备注1 0-1 概述 12 0-2 系统简介 13 0-3 系统硬件114 0-4 系统功能 55 0-5 主控制系统软件说明126 0-6 故障及其处理说明640-1概述风能是一种清洁环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。
随着地球生态保护和人类生存发展的需要，风能的开发利用越来越受到重视。
风力发电机就是利用风能产生电能，水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型，它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。
风力发电机的控制技术和伺服传动技术是其核心和关键技术，这与一般工业控制方式不同。
风力发电机组控制系统是一个综合性的控制系统，主要由机舱主控系统、变桨系统、变频控制系统三部分组成，通过现场总线以及以太网连接在一起，各个模块都有独立的控制单元，可独立完成与自身相关的功能（图0-1-1）。
目的是保证机组的安全可靠运行、获取最大风能和向电网提供优质的电能。
图0-1-1风机的主控系统是整个风力发电机组的核心部件，它主要完成机舱数据采集、判断和处理，检测每个部分传感器是否有故障，通过各类传感器对电网、风况及风机运行参数进行监控，并与变频系统、变桨系统保持数据通讯，根据各方面的数据做出综合分析，发出控制指令，实现系统的启动与停机控制、并网与脱网控制、开桨与收桨控制、偏航与解缆控制、运行数据的采集与统计、远程数据传输、风机远程控制等。
系统主要参数如下：●控制柜外形尺寸：1800mm×1200mm×400mm●柜内自带照明、加热及除湿系统●主电源：690V AC，50Hz●辅电源：400V AC，50Hz, 230V AC，50Hz●主控制器硬件：FCN控制器●生存温度：-40℃～+70℃（变化率<1℃/min）●工作温度：-30℃～+60℃（变化率<0.5℃/min）●工作海拔：0～2000m●通讯接口：RS485、RS232、Ethernet，可支持CANopen、MODBUS等●允许本地和远程设备操作人员通过以太网口进行数据读取和操作●可以通过网口进行远程软件升级和调试●可生成各种运行数据报表和文档●CPU 平均寿命＞20 年●VX-Works 实时操作系统●CPU：166MHz●RAM 内存：128M●FLASH 内存：128M●掉电存储：410K●编程语言: 符合IEC61131-3标准,支持功能框图（FBD）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、结构化文本（ST）、指令清单（IL）编程●多任务操作：可以同时进行16个任务在整个风力发电控制系统中，根据控制要求可以配置不同的模块以实现不同的功能，从而使整个控制系统具有很强的扩展性。
采用模块化组合可以提高控制系统的可靠性和灵活性。
系统硬件表：3.1CPU模块NFCP100a）主要技术特点●处理器型号为MMX-Pentium166MHz●主存储器128MB（ECC）；静态RAM为1MB（ECC），电池供电●全双重化通信方式，异步同2个以太网端口：100/10Mbps，100BASE-TX或10BASE-T，RJ45模数插口●I/O接口支持SB总线●具有看门狗定时器、温度监视器等功能b）功能描述每个控制单元上安装有一个CPU模块，也可安装两个以用于双重化CPU配置。
CPU模块运行一套实时操作系统（OS），支持符合IEC61131-3国际标准的编程语言，并可用作Java虚拟机。
3.2 基板模块NFBU200a）主要技术特点●标准配备两个专用插槽(P1和P2)用于双重化电源模块●双重化SB总线配置●可选用一套控制单元或扩展单元●十个功能插槽(其中有两个专供CPU模块使用)b）功能描述基板模块是一个底架。
各种功能模块，例如CPU、电源、SB总线重复模块和I/O模块均安装在该底架上，从而配置成一个控制单元或扩展单元。
3.3 电源模块NFPW442a）主要技术特点●额定输入电压AC 220~240V（输入电压范围AC 170~264V）●输入频率47~66Hz（额定：50/60Hz）●输入电流最大0.7A （熔丝额定值3.15A）●额定输出电压+5.1V DC总线●额定输出电流0~7.8A（峰值电流11.8A）●总输出40W(峰值60W)b）功能描述电源模块安装在基板模块上，为其他模块提供稳定的电源。
除了主电源输入之外，本电源模块还配备DC 24V电源的输入端子。
来自这些端子的DC 24V电源输入作为模拟现场电源并为模拟I/O模块供电，以驱动它们的现场接口电路并通过基板模块为连接的现场设备供电。
当DC 24V电源用于数字输出时，则必须将其接至相应I/O模块的单独端子上。
3.4 RS485通讯模块NFLR121RSa）主要技术特点●支持半双工/全双工通讯方式●一点对多点连接方式●最大波特率为115200bps●最长通讯距离为1200m●使用屏蔽双铰线b）功能描述通过RS-485通讯模块与电网测量模块，振动测量模块和变桨控制器进行通讯。
3.5 数字量输入模块NFDV151a）主要技术特点●输入通道数32●额定输入电压DC 24V●输入ON电压DC 18~26.4V●输入OFF电压DC 5.0V或更低●输入电流（额定输入电压时）4.1mA±20%/通道●瞬时容许最大输入电压DC 30.0V●压接端子接线b）功能描述数字输入模块接收32通道DC 24V ON／OFF信号。
具有检测ON/OFF状态功能以及按钮边计数功能。
3.6 数字量输入模块NFDV161a）主要技术特点●输入通道数64●额定输入电压DC 24V●输入ON电压DC 20~26.4V●输入OFF电压DC 5.0V或更低●输入电流（额定输入电压时）2.5mA±20%/通道●瞬时容许最大输入电压DC 30.0V●MIL连接电缆b）功能描述数字输入模块接收64通道DC 24V ON／OFF信号。
具有检测ON/OFF状态功能以及按钮边计数功能。
3.7 PT100输入模块NFAR181a）主要技术特点●三线制PT100测温●12通道，隔离●允许输入电压±5V●最大承受电压输入和系统之间1500V AC●精度为满量程的±0.03%（0~400Ω）●测量电流1mAb）功能描述PT100输入模块用于测量各种需要检测的温度值，例如机舱内外温度，定子温度，齿轮箱温度等，并将这些温度信号传送给主控系统。
3.8 模拟量输入模块NFAI143a）主要技术特点●16通道输入，通道隔离●精度：满量程的±0.1%●4~20mA信号输入●容许输入电流27mA●输入阶跃响应时间100ms●数据刷新周期10ms●为每个通道设置引脚，可选择2线或4线变送器b）功能描述该模块主要用于4～20mA DC信号测量。
3.9 模拟量输入输出模块NFAI543a）主要技术特点●16通道输出，隔离通道●容许输出电流4~20mA●输出阶跃响应时间100ms●为每个通道设置输出失效●带模拟用压接端子板b）功能描述该模块主要输出4~20mA DC信号。
3.10 高速计数输入模块NFAF135a）主要技术特点●8通道独立输入●输入信号类型有ON/OFF信号，电压脉冲，电流脉冲●输入信号频率0.1~10kHz●测量精度为测量值的0.1%●输入信号和系统之间以及通道之间可耐受最大电压为500V AC●最小输入脉冲时间间隔40usb）功能描述高速计数输入模块用以测量主轴转速，偏航方向等。
3.11数字量输出模块NFDV561a）主要技术特点●输出通道数64●额定外加电压DC 24V●负载电压DC 24V, 100mA●现场电源电压范围DC 20.4~26.4V●输出ON最大电压值DC 2V●输出OFF时最大漏泄电流值0.1mA●电流吸入输出方式●最大负载电流100mA/通道，26.4V●MIL电缆连接b）功能描述数字输出模块输出64通道晶体管触点信号。
具有ON/OFF状态输出功能。
3.12 CANOpen通讯模块NFLC121a）主要技术特点●1个CANOpen通讯口●带模拟用压接端子板b）功能描述该模块用于CANopen通讯。
3.13 SB模块NFSB100a）主要技术特点●串行通信传输方式●128Mbps波特率●可双重化配置b）功能描述安装两个SB重复模块总线以实现SB总线双重化。
每个SB总线重复模块通过一个专用的T型接头和电缆与另外一个相连。
3.14 液晶操作面板T70a）主要技术特点●铝镁合金外壳美观，轻巧，坚固，抗干扰性强●稳定操作系统：Windows CE 操作系统●功能强大处理器：Intel Xscale 处理器●真色彩：6万5千色，色彩鲜艳逼真●网络功能：电子邮件，远程访问与控制， FTP 档案传输●防水功能：抗水枪冲击b）功能描述为风机控制系统量身定制的该液晶操作面板可操作性强，人机界面使用方便。
可以通过该面板对风机进行操作，浏览风机运行状态及设置各项参数。
配备了2个液晶操作面板，一个安装在机舱控制柜处，另一个安装在变频控制柜处。
3.15 交换机SLX-5ES3SCa）主要技术特点●运行模式：非管理型交换机，存储转发，线速交换，无阻塞●内存带宽：3.2 Gbps●端口延迟：5 us●4个RJ45 端口，1个100M光纤端口●自动协商，自动mdi/mdix线型适应，自动切换TxD和RxD●工作温度：-40 ~ 85°Cb）功能描述工业以太网络作为风场传输平台，每台风机配置2台该型号交换机，分别安装于机舱控制柜和变频控制柜，主控制器通过交换机彼此相连，构成环形自愈网。
