风电主控系统

N2.5MW风力发电机组主控系统培训教程一、主控系统功能简述1、概述金风2.5MW风力发电机组是具有三叶片、上风向、变桨变速控制的永磁直驱风力发电机。

该系列风力发电机组电控系统主要由下列子系统组成：主控系统。

主控系统是风力发电机组的“大脑”，它负责整机状态的切换、逻辑判断、故障保护、整机的协调控制、整机的控制算法。

变桨系统。

变桨系统的作用一方面是调节机组功率，另一方面是旋转叶轮的气动刹车。

他有三个独立的电力驱动单元，来控制三个叶片；每个变桨驱动单元都有一个独立的后备储能单元作为掉电后顺桨刹车的应急电源。

三个独立控制的叶片，作为风机3个独立的刹车单元，保证机组在极限风速下可以正常停机。

变流系统。

整套风力发电机组配有全功率的变流器，该变流器采用水冷却方式，并能够支持相关标准对于低电压穿越的要求。

2.5MW机组采用两个独立的变流单元，唯一不同的是第一组变流器内有一个PLC，负责和主控系统通讯。

目前2.5MW变流器有两种配置：TS变流器和GW变流器。

变流器冷却系统。

为变流器提供散热，有两个水冷柜，分别冷却两组功率单元。

发电机冷却系统。

为发电机提供强制风冷，使发电的温升控制在设计范围之内，发电机冷却共有4个电机，2个变频器，采用1拖2的方式，每个变频器分别带两个冷却风扇，分别实现内外循环散热偏航与液压系统。

偏航与液压系统是机组重要的辅助环节，通过液压系统可以方变的操作维护刹车，并实现机组的对风。

2.5MW机组采用有4个4.5kW偏航电机驱动，4个电机为同时工作制；偏航电机电磁刹车采用主控控制方式，既控制系统主控的发出松闸指令后方可启动偏航电机。

安全系统：安全系统独立于主控系统，在逻辑上也高于主控系统，在机组控制系统失效的情况下，能够使机组安全停机。

2.5MW安全链采用4个安全继电器的方式。

防雷与接地系统：降低雷击对风机损坏。

SCADA系统：金风2.5MW机组SCADA系统由就地面板显示部分、上位机监控部分、就地WEB显示部分组成。

风电机组控制系统摘要：风电机组控制系统作为风电机组的重要组成部分，我们有必要对其进行详细的研究论述。

本文主要介绍风电机组控制系统的组成结构和风电机组在运行时不同区域的基本控制策略，以及不同厂家在风电机组主要系统的实现上对软硬件采用情况。

关键词：风电机组 控制系统 构成一、风电机组控制系统的组成结构从实现功能的角度可以将控制系统分为：主控系统、变流控制系统、变桨距控制系统、偏航控制系统、液压控制系统及安全链保护。

这些控制系统通常采用分布式控制系统，主控制器只有一个，且位于地面的塔筒柜里，而从控制器有好几个，这些从控制器之间是通过光纤、工业以太网、profibus 、CANbus 等进行通信的。

为了能够更直观更清晰地了解控制系统的总体结构，以下将展示其结构图，具体如图1： 主控制器运行监控机组起停远程通信故障监测及保护动作电网、风况检测人机界面输入用户命令、变更参数显示系统运行状态、统计数据和故障变桨距控制柜桨距角调整转速控制功率控制系统安全链系统紧急停机保护偏航控制系统自动调向控制解缆控制液压站控制刹车机构压力控制机械刹车控制变流控制柜交流励磁控制并网控制图1 控制系统的总体结构图二、风电机组在运行时不同区域的基本控制策略根据风速情况以及风力机功率特性，变速恒频风力发电机组的运行可以划分成很多区域，分别为：待机区、启动并网区、最大风能追踪区、转速限制区、功率限制区、切出保护区。

（1）待机区：控制系统的带电工作，保证所有执行机构和信号均处于正常状态。

（2）启动并网区：当风速达到切入风速时，风电机组起动，通过变桨距机构调节桨距角使风力机升速，达到并网转速时，执行并网程序，使发电机组顺利切入电网，并带上初负荷。

待发电机出口三相电压的电网电压满足同期条件时，接触器合闸，发电机并入电网。

（3）最大风能追踪区：风力发电机组运行在额定风速以下时，发电机输出功率未达到额定功率，此时控制目标为保持最佳叶尖速比，快速稳定的电机变速控制，尽可能将风能转化为输出的电能，实现风能最大捕获。

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。

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。

风电主控系统风机的控制系统是风机的重要组成部分，它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能捕获以及保证良好的电网兼容性等重要任务，它主要由监控系统、主控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器）几部分组成。

各部分的主要功能如下： 监控系统（SCADA）：监控系统实现对全风场风机状况的监视与启、停操作，它包括大型监控软件及完善的通讯网络。

主控系统：主控系统是风机控制系统的主体，它实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、故障自动停机、自动电缆解绕及自动记录与监控等重要控制、保护功能。

它对外的三个主要接口系统就是监控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器），它与监控系统接口完成风机实时数据及统计数据的交换，与变桨控制系统接口完成对叶片的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，与变频系统（变频器）接口实现对有功功率以及无功功率的自动调节。

变桨控制系统：与主控系统配合，通过对叶片节距角的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，提高了风力发电机组的运行灵活性。

目前来看，变桨控制系统的叶片驱动有液压和电气两种方式，电气驱动方式中又有采用交流电机和直流电机两种不同方案。

究竟采用何种方式主要取决于制造厂家多年来形成的技术路线及传统。

变频系统（变频）器：与主控制系统接口，和发电机、电网连接，直接承担着保证供电品质、提高功率因素，满足电网兼容性标准等重要作用。

从我国目前的情况来看，风机控制系统的上述各个组成部分的自主配套规模还相当不如人意，到目前为止对国外品牌的依赖仍然较大，仍是风电设备制造业中最薄弱的环节。

而风机其它部件，包括叶片、齿轮箱、发电机、轴承等核心部件已基本实现国产化配套（尽管质量水平及运行状况还不能令人满意），之所以如此，原因主要有： （1）我国在这一技术领域的起步较晚，尤其是对兆瓦级以上大功率机组变速恒频控制技术的研究，更是最近几年的事情，这比风机技术先进国家要落后二十年时间。

前已述及，我国风电制造产业是从2005年开始的最近四年才得到快速发展的，国内主要风机制造厂家为了快速抢占市场，都致力于扩大生产规模，无力对控制系统这样的技术含量较高的产品进行自主开发，因此多直接从MITA、Windtec等国外公司采购产品或引进技术。

2024年风电主控系统市场需求分析1. 引言随着可再生能源的迅速发展，风电作为一种清洁、可持续的能源形式得到了广泛应用。

风电主控系统作为风电场的核心控制设备，承担着监测和控制风机运行的重要任务。

本文将对风电主控系统的市场需求进行分析。

2. 市场概况根据国际能源署（IEA）的数据，全球风电装机容量在过去几年取得了快速增长，预计未来几年内仍将保持较高的增长率。

特别是在气候变化和环境保护的背景下，风电作为一种可再生能源形式受到了政府和企业的广泛关注和支持。

在风电主控系统市场方面，根据市场研究公司的数据，预计未来几年内风电主控系统市场将保持较高的增长率。

这主要受以下几个因素的影响：2.1 政策支持各国政府纷纷出台了支持风电发展的政策措施，包括提供补贴和优惠政策、制定清洁能源配额、设立绿色证书交易市场等。

这些政策的实施将大大促进风电主控系统的市场需求。

2.2 技术进步风电主控系统的技术不断创新和进步，使其具备更高的可靠性、稳定性和智能化水平。

例如，智能监测和诊断技术、远程监控和控制技术等的应用，大大提高了风电主控系统的性能和效率。

2.3 市场竞争随着风电市场规模的扩大，风电主控系统市场逐渐由少数大型企业垄断向竞争格局转变。

为了在市场竞争中占有一席之地，企业不断推出新产品、提高产品质量，并提供更全面的售后服务，以满足用户不断提高的需求。

3. 市场需求分析3.1 高可靠性要求风电场的运行环境复杂恶劣，如海上风电场的海洋环境、高山地区的极端气候等。

因此，风电主控系统需要具备高度可靠性，能够在各种恶劣环境下长时间稳定运行。

此外，一旦出现故障，系统需要具备快速诊断和恢复功能，以减少停机时间和经济损失。

3.2 大规模集成能力随着风电场规模的扩大，风电主控系统需要具备更高的集成能力，能够同时监控和控制数十甚至数百台风机的运行。

此外，系统还需要具备与其他相关设备和系统进行数据交互和集成的能力，以实现整个风电场的协同运行和管理。

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。