双馈风力发电机组电控系统设计.ppt

双馈风电机组电控系统 华北电力大学 2010.4 概述 基于分散控制系统理念，针对直驱和双馈风力发电机组设计控制系统。 右图为双馈风电机组示意图 概述 整个机组控制系统基于CAN总线设计。 主控系统采用基于微控制器ARM的工控主板，主板具有CAN总线通讯功能。主板具有液晶屏/触摸屏接口，可以外接三菱等品牌液晶屏作为人机接口。 机组各类数据选用具有CAN接口的数据采集模块采集。 机组各类输出信号通过具有CAN接口的模块输出。 系统设计方案 系统总体结构如图所示。 机组网络拓扑结构 网络连接 系统设计方案 系统设计方案 各控制模块直接布置在控制对象的工作点，数据采集系统由各种CAN接口采集卡组成，分散在机组不同部位。 主控系统及各子系统之间的通讯采用现场总线CAN总线。 主控制器以基于ARM处理器的工控主板为硬件平台，以嵌入式Linux为操作系统。同时外接带触摸屏的LCD显示器。 系统设计方案 主控制系统主要功能： 与机舱柜偏航控制系统通讯，接收机舱信号，并根据实时情况进行判断发出偏航或液压站的工作信号； 与变桨系统通信，接收变桨信号，并对变桨系统发送实时控制信号，控制变桨动作； 对变流系统进行实时的检测，根据不同的风况和电网状况，进行双馈电机交流励磁控制，使风机的发电功率保持最佳；另一方面，控制机组输出电压的相位，频率等，进行并网控制。 与中央监控系统通讯、传递信息，接收中央监控中心的指令，如机组的启停、复位等，同时发送机组现场运行参数至中央控制计算机。 主控制器设计--硬件结构 控制器硬件选用EPC8980系列工控主板，该主板具有必要的外围电路，其硬件结构如图。 数据通讯系统 数据通讯系统由各种基于CAN总线接口的I/O模块组成，分散在机组不同部位，包括：数字量输入/输出、模拟量输入/输出，脉冲输入等。 I/O模块选用基于CAN总线的工业级分布式I/O模块—-iCAN数据通讯模块，该模块在单个设备中集成了现场总线CAN接口，并提供可靠的iCAN高层协议。 中央监控 中央监控的功能 控制功能：实现远程停机、复位、启动、偏航的命令 数据收集功能：实时读取就地控制系统的数据 数据管理并制成相应表格功能： 形成各种曲线，制作日报表、月报表、年报表，并通过数据对风机运行状况进行分析 中央监控的实现方式 数据通讯接口：TCP/IP网络接口 数据通讯方式：中央监控为主站，就地控制器为从站。主轮询方式读取数据方式 通讯介质：风机和风机之间，风机到中央监控之间均采用光纤介质 数据采集监控 监测电网的电压、频率，发电机输出电流、功率、功率因数，风速，风向，叶轮转速，发电机转速，液压系统状况，偏航系统状况，软启动环节工作状况，风力发电机组内部的关键设备和关键点的温度，监测风力发电机组运行状态和故障情况，收集风力发电机组运行数据。 变流器单元 变流器单元 MW级变流系统先进的控制策略和特殊设计的制动单元使风机系统具有很好的低电压穿越能力（LVRT Capability），以适应电网故障状态，在一定时间内保持与电网的联接和不脱网。 变流器单元 MW级变流系统 变流器单元 MW级变流系统 变流器单元 MW级变流系统 变流器单元 目前变流器有两种选择： 1. 进口国外厂商的变流器，包括ABB，Verteco，Freqcon等品牌都有满足要求的变流器。 2. 自主研发的基于双DSP的变流器系统。 可以根据客户需求灵活选择。 变桨单元 风机控制方式的选择 定速定桨控制 (FSFP) 成本低、功率曲线较差 定速变桨控制 (FSVP) 叶轮转速基本保持不变、额定风速以上可以实现恒功率 变速失速控制 (VSFP) 额定风速以下可以实现最优Cp、但额定风速以上功率曲线较差 变速变桨控制 (VSVP) 额定风速以下通过控制发电机的转速使其跟踪风速，这样可以 跟踪最优Cp； 额定风速以上通过扭矩控制器及变桨控制器共同作用，使得功 率、扭矩相对平稳；功率曲线较好。 变桨单元 系统硬件支持电机变桨及液压变桨系统 变桨单元 变桨单元 变桨距控制的目： 使叶片的攻角在一定范围（0度---90度）变化，以便调节输出功率，避免了定桨距机组在确定攻角后，有可能夏季发电低，而冬季又朝发的问题。在低风速段，功率得到优化，能更好的将风能转化电能。 变桨机组的控制策略为： a额定风速以下通过控制发电机的转速使其跟踪风速，这样可以跟踪最优Cp； b额定风速以上通过扭矩控制器及变桨控制器共同作用，使得功率、扭矩相对平稳；功率曲线较好。 变桨单元 额定风速以下阶