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风电控制系统及SCADA系统ppt课件

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风力发电机组 控制系统及SCADA系统 1 风力发电机组的控制系统 ? 风力机的运行及保护需要一个全自动控制系统,它 必须能控制风机自动启动,控制叶片桨距的机械调 节装置及在正常和非正常情况下停机。除了控制功 能,系统用于监测以提供运行状态、风速、风向等 信息。该系统是以计算机为基础,一般具备远程控 制及监测功能。控制系统具有以下主要功能: ? 1、顺序控制启动、停机以及报警和运行信号的监 测 ? 2、偏航系统的低速闭环控制 ? 3、桨距装置快速闭环控制 ? 4、与风电场控制器或远程计算机的通讯 2 风机运行状态划分 ?运行状态 1)机械刹车松开 2)允许机组并网发电 3)偏航系统投入自动 4)变桨系统选择最佳工作状态 5)发电机出口开关闭合,若风速够大可以 发电,则大、小发电机的相应开关闭合 3 风机运行状态划分 ?停机状态 1)机械刹车松开 2)偏航系统停止工作 3)叶片收回至90°变桨系统停止工作 4)发电机出口开关闭合,其余开关均断开 4 风机运行状态划分 ? 紧急停机状态 1)机械刹车与空气动力刹车同时快速动作 2)计算机输出信号被旁路,使计算机没有可能去 激活任何机构 3)计算机仍在运行和测量所有输入信号 4)发电机出口开关和所有接触器断开 5)叶片紧急收回至90°后变桨系统停止工作 6)偏航系统停止工作 ? 风力发电机组进入紧急停机状态后,除非手动进 行复位,否则无法启动。 5 自动运行控制要求 ?1、开机并网控制 当风速十分钟*均值在系统工作区域内,机 械刹车松开,叶片开始变桨,风力作用于风 轮旋转*面上,风机慢慢起动,当转速即将 升到发电机同步转速时,软启动装置使发电 机连入电网呈异步电动机状态,促使转速快 速升高,待软启动结束旁路接触器动作,机 组并入电网运行。 6 自动运行控制要求 ?对于有大、小发电机的风力发电机组组,按 风速范围和功率的大小,确定大、小电机的 投入,但大电机和小电机的发电工作转速不 一致,通常为1000r/m和1500r/m,在小电机 脱网,大电机并网的切换过程中,要求严格 控制,通常必须几秒完成控制。 7 自动运行控制要求 ?2、小风和逆功率脱网 小风和逆功率停机是将风机停在待风状态, 当十分钟*均风速小于小风脱网风速或发电 机输出功率负到一定值后,风机不允许长期 在电网运行,必须脱网,处于自由状态,风 机靠自身的摩擦阻力缓慢停机,进入待风状 态。当风速再次上升,风机又可自动旋转起 来,达到并网转速,风机又投入并网运行。 8 自动运行控制要求 ?3、普通故障脱网停机 机组运行时发生参数越限、状态异常等普通 故障后,风机进入普通停机程序,机组收回 桨叶,软脱网,待低速轴转速低于一定值后 ,再抱机械闸,如果是由于内部因素产生的 可恢复故障,计算机可自行处理,无需维护 人员到现场,即可恢复正常开机。 9 自动运行控制要求 ?4、紧急故障脱网停机 当系统发生紧急故障如风机发生飞车,超速 、振动及负载丢失等故障时,风机进入紧急 停机程序,机组在迅速收回桨叶的同时执行 机械刹车装置,迅速将风机制动,防止故障 进一步加深。 10 自动运行控制要求 ?5、安全链动作停机 安全链动作停机指电控制系统软保护控制失 败时,为安全起见所采取的硬性停机——叶 片迅速变桨收回、机械刹车和脱网同时动作 ,风力发电机组组在几秒内停下来。 11 自动运行控制要求 ?6、大风脱网控制 当风速10分钟*均值大于25m/s时,风力发 电机组可能出现超速和过载,为了机组的安 全,这时风机必须进行大风脱网停机。风机 先投入收回叶片,等功率下降后脱网,20秒 后或者低速轴转速小于一定值时,抱机械闸 ,风机完全停止。当风速回到工作风速区后 ,风机开始恢复自动对风,待转速上升后, 风机又重新开始自动并网运行。 12 自动运行控制要求 ?7、对风控制 风机在工作风速区时,应根据机舱的控制灵 敏度,确定每次偏航的调整角度。由风向标 判定机舱与风向的偏离角度,根据偏离的程 度和风向传感器的灵敏度,时刻调整机舱偏 航电机的运行状态。 13 自动运行控制要求 ?8、功率调节 当风机在额定风速以上并网运行时,一旦发 生过载,必须进行变距调节,减小风轮的捕风 能力,以便达到调节功率的目的,通常桨距 角的调节范围在0°—90° 14 自动运行控制要求 ? 9、软切入控制 风力发电机组组在进入电网运行时,必须进行软 切入控制。通常软并网装置主要由大功率晶闸管和 有关控制驱动电路组成。控制其目的就是通过不断 监测机组的三相电流和发电机的运行状态,限制软 切入装置通过控制主电路晶闸管的导通角,以控制 发电机的端电压,达到限制起动电流的目的。在电 机转速接*同步转速时,旁路接触器动作,将主电 路晶闸管断开,软切入过程结束,软并网成功。 15 风电机组工作状态及控制方法 ?V ≤V ≤V 切入风速 风速 转子最大转速下的风速 最佳Cp值控制:虽然最大Cp值在不同风速下是不相同的,但在风速一定 的情况下,需要使它达到最大。由上面的公式知道,只需要控制发电机 的转速ω ,使叶尖速比值为λ opt即可实现该风速下的最佳风能利用。发电机 的转速控制是通过风电变频器对发电机的控制来实现的。 ?V ≤ V ≤V 转子最大转速下的风速 风速 额定风速 恒转速控制:保持额定转速,直到达到最大功率,这时Cp值不一定最 佳。 V ≤ V ≤V ? 额定风速 风速 切出风速 恒功率控制:通过变桨距调节,保持输出功率为额定值。 16 风力发电机组的控制目标 ? (1)控制系统保持风力发电机组组安全可靠运行 ,同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电 压恒定的交流电送入电网。 ? (2)控制系统采用计算机控制技术实现对风力发 电机组组的运行参数、状态监控显示及故障处理, 完成机组的最佳运行状态管理和控制。 ? (3)利用计算机智能控制实现机组的启停及功率 优化控制,主要进


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