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2MW风力发电机组偏航系统的监测与控制设计1


2MW 变速恒频风力发电机组偏航系统设计

目 录 一、 引言...................................................................................................................... 2 二、 偏航系统的结构及其控制系统.............

............................................................. 2 2.1 偏航系统的结构.............................................................................................. 2 2.2 偏航控制系统.................................................................................................. 2 三、 主要电气设备的选型及部分设备的工作原理.................................................. 4 3.1 变频器的选型.................................................................................................. 4 3.2 偏航电机的选型.............................................................................................. 4 3.3 偏航软启动器工作原理及参数设置的介绍.................................................. 4 四、偏航控制系统软件设计........................................................................................ 5 4.1 偏航程序设计.................................................................................................. 5 4.2 自动润滑.......................................................................................................... 5 4.3 自动偏航.......................................................................................................... 6 4.4 自动解缆.......................................................................................................... 7 4.5 人工偏航.......................................................................................................... 7 五、 结语...................................................................................................................... 8 六、参考文献................................................................................................................ 8

一、引言
近几年, 风能这个名词越来越被人们所熟知。 风能作为一种可再生的清洁能源, 它有其独特的发电方式,就是通过风力发电机组把叶片旋转的机械能转化成电 能,它的外形就像一个大型的大风车,不过想让大风车达到你理想的转速,很简 单你只需要转动木棍, 但对于大型风力发电机组这种方法是不可行的,这就需要 风力发电机组在机舱与塔架之间拥有一个偏航系统, 偏航系统能够控制机组始终 跟踪变化的风向来最优对风, 提高风能利用效率,并且该系统具备一定的保护功 能即当机组由于偏航所引起的电缆发生缠绕超过限定值时,能够自动解缆的功 能, 偏航系统的监测与控制设计对于整个风力发电机组发电和保护起着至关重要 的作用,因此,做好此设计是非常有意义的。 本文主要是利用 PLC 技术实现对偏航系统的监控及其自动控制,PLC 全称为 可编程逻辑控制器,它编程简单、功能强大能让风电场的管理更加便捷,这也能 突出本次设计的目的所在。

二、偏航系统的结构及其控制系统

2.1 偏航系统的结构
2 MW 风电机组采用广泛使用的滚动轴承—电机驱动式偏航系统, 该系统主要 由偏航轴承、偏航驱动(包括偏航电机和偏航减速箱) 、偏航制动、偏航计数器、 扭缆保护装置等部分组成。偏航动作时,偏航制动器处于半制动状态, 提供偏 航时的阻尼力矩, 变频器驱动 6 个偏航电机, 使机舱随偏航轴承按某一方向转动; 偏航停止后,偏航制动处于全制动状态,确保机舱位置固定。

2.2 偏航控制系统
2 MW 偏航系统采用机舱位置闭环方式控制。 通过安装在机舱尾部的风向标测 量风向, 计算其与风机位置编码器检测的机舱位置之间的角度差。当角度差超过 规定值时, 风机控制器控制变频器启动偏航驱动机构调整机舱方向,直到偏差在 设定值范围内,达到对风的目的。偏航控制系统框图如图 1 所示。偏航控制系统 是以变频器为核心驱动部件,控制器 PLC 作为上位机,变频器同时驱动 6 个偏 航电机,从而实现偏航功能,其结构如图 2 所示。图 3 是 2 MW 风电机组偏航 保护电路图。图中位置编码器用来检测机舱的位置;4 个限位开关信号分别显示 机舱偏航的程度, 用于机舱偏航报警和保护,以确保塔筒电缆在风机偏航时不会 被扭断。当检测到偏航的左、右报警限位信号时,风机首先报警停机,然后向相

反的方向转动,自动解缆。当风机检测到机舱扭缆保护限位信号时,风机将紧急 停机保护,变频器停止输出,偏航系统停止工作,通知维护人员前来检查。

图2

偏航控制系统图

三、主要电气设备的选型及部分设备的工作原理

3.1 变频器的选型
变频器选用德国伦茨公司 8400 StateLine 系列产品。其主要优点是:具备多个 数字量输入输出,能实现自主逻辑编程,使上位控制器编程简化;除了标配 CANopen 外, 还具备 EtherCAT 等多种通信接口; 耐高温, 散热片温度可达 90℃; 参数读、写操作方便,便于用户调试和故障诊断;内置 PTC 功能,能监测电机 温度。 偏航控制系统由一台变频器同步驱动 6 个电机, 这种一拖多的控制模式要求变 频器额定电流是多个电机额定电流之和的 1.1~1.3 倍(本文取 1.2 倍) ,且一般采 用 V/f 控制。单个电机的参数为:额定电压 400 V/50 Hz;额定电流 5.6 A;额定 功率 2.2 kW。这就要求变频器额定电流为 1.2×5.6 A×6=40.32 A。 选用 8400Sta teLi ne 系列变频器, 其型号为 E84AVSCE2234VX0,主要参数如 下: 电机功率 Pn=22 kW,输出电流 In=47 A,60s 过载电流 Ipk= 70.5 A,3s 过载电 流 Ipk=89.3 A,开关频率 fc=2~16 kHz。

3.2 偏航电机的选型
本系统选用的偏航电机是带刹车装置的交流异步电动机,其参数为: 3 相 AC380V, 5.5KW, 10.5A, 1440r/min, 电机刹车励磁线圈电压为 AC230V, 0.15A。 偏航减速器的速比为 1/1338。 偏航软启动器是根据六台偏航电机的总额定电流及 额定功率等参数选用了 MOELLER 的软启动器, 型号为 DS6-340-30K-MK, 其电 源额定电压为 3AC 230V-460V±10%,最大适用电机功率为 30KW,额定输出电 流为 55A。

3.3 偏航软启动器工作原理及参数设置的介绍
偏航软启动器作为风机偏航时能确保其平稳启动以降低机舱振动系数的重要 器件, 了解其性能及参数的设置是很重要的。偏航软启动器其实就是利用对双向 晶闸管的通断控制来实现对偏航电机的调压调速, 只是它仅仅用于电机启动时的 调压调速,而在偏航电机启动完成并正常运行后是不起任何调速作用的。

上图描绘出了偏航软启动器的电压输出波形,Ustart 为偏航软启动器输出供给 偏航电机的起始电压。偏航软启动器的输出电压从 Ustart 开始线性上升至 UT1, T2,T3(即电机三相额定电压 380V) ,则偏航电机完成启动并进入全压运行状 态,这段时间为启动时间(即 t-start) 。在风机完成偏航工作后,偏航软启动器的 输出电压从 UT1, T2, T3 下降至 0, 这段时间为结束时间 (即 t-stop) 。 一般 t-stop 设置 0s,而 Ustart、t-start 这两个参数的设置是风机偏航能否平稳启动的关键。 如果 Ustart 设置过大或 t-start 设置过小则起不到平稳启动的目的,如果 Ustart 设 置过小或 t-start 设置过大则启动缓慢,风机的运行效率就低,因此一般在风机调 试时根据每台风机的具体运行情况来设置最为恰当。

四、偏航控制系统软件设计
软件设计阶段,运用倍福编程软件,以偏航控制系统的自动润滑、自动偏航、 自动解缆、人工偏航等功能实现为目标,进行编写,并实际运用到风力发电机组 中。

4.1 偏航程序设计
偏航程序代码采用倍福 Tw inCAT 编程环境, 是一种符合 IEC61131 标准的 PLC 程序设计平台,此软件支持如 ST 结构文本,LD 梯形图,FSC,顺序功能图等编 程语言。偏航系统软件采用了 ST 结构文本开发而成。

4.2 自动润滑
偏航控制系统根据机组偏航的运行时间计算出的油脂消耗量, 设定润滑系统定 时定量的给偏航轴承注入润滑脂,10s/h 即偏航轴承每运行 1 小时,润滑系统工 作 10 秒(一次性打油) ,自动润滑系统流程图如图 4 所示。

4.3 自动偏航
当 20s 内风向改变超出限定值时,控制器发出自动偏航指令。自动偏航控制系 统流程图 5 如下:

如控制流程图所示,根据风向标夹角 ? 值给出偏航控制指令。当 ?=0° 时,表 明机舱已处于准确对风位置,若 5s 内-15° ≦?≦15° ,属于误差范围内,偏航系 统将不做出任何调节。? 值大于 15° 时延时 20s,执行自动偏航动作。在此基础 上,若 ?>180° ,偏航电机启动,机舱顺时针自动对风。若 ?<180° ,偏航电机启 动,机舱逆时针自动对风。

4.4 自动解缆
当风力发电机组由于自动偏航引起的向某一方向偏转圈数过大, 将会造成电缆 的缠绕,甚至绞断,给机组造成严重损失。当风力发电机组自动偏航在某个方向 达到 720° 时,触发软件限位,机组将停机进行自动解缆,向相反方向转动缠绕 圈数解缆,将机舱返回电缆无缠绕位置。当某个方向达到 870° 时,触发凸轮限 位开关中的该方向的扭缆报警开关, 机组将机组将停机进行自动解缆。 若因故障, 自动解缆未起作用,当某个方向达到 900° 时,将出发凸轮限位开关中的扭缆保 护开关,机组断开安全链,发出紧急停机命令和不可自恢复信号,等待执行人工 解缆操作。

4.5 人工偏航
当自动偏航失效或机组维护时, 通常采用人工偏航的方式来对机组进行偏航操 作,程序流程图如图 6 所示:

人工偏航和自动偏航成互锁状态,人工偏航结束后应根据实际工况需要,做好 切换工作。

五、结语
通过以上运用 PLC 技术实现了对风力发电机组偏航系统自动控制分析,完成 本次设计实现了偏航控制系统自动偏航、 自动解缆、 自动润滑、 人工偏航等功能, 保证了风力发电机的正常运行,为风力发电机提高发电效率奠定基础。

六、参考文献:

[1]张岩,吴光宇. 大型风力发电机组偏航控制系统的设计[J]. 科技风,2012,12:86-88. [2]胡国强. 浅谈风力发电机组偏航系统[J]. 电器工业,2012,10:65-69. [3]常杰,孟彦京,朱玉国,陈红利. MW 级风力发电机组偏航控制系统的设计[J]. 陕西科 技大学学报(自然科学版),2009,04:76-79. [4]张嘉英, 王文兰, 蔡永刚. 风力发电机组偏航控制系统[J]. 兵工自动化, 2009, 11:54-55. [5]高文元,马小英,崔鹏,王加伟,王现青. MW 级风力发电机组的偏航系统控制策略[J]. 科学技术与工程,2010,02:415-418. [6]张舜德,高文元,马小英,褚金. 风力发电机组偏航控制系统的优化及仿真[J]. 机械设 计与制造,2010,09:114-115. [7]许雄伟,郭锐,陈林,陈浪平,张熹洋,翟大勇. 基于 8400 StateLine 变频器的 2MW 风力发电机组偏航系统设计[J]. 大功率变流技术,2014,04:28-31. [8]谭诤. 一种兆瓦级风力发电机组偏航系统的设计[J]. 科技传播,2014,13:105-106. [9]陈亮,谭伟,田天,李盛禹,郭杰. 风力发电机组偏航控制研究[J]. 风机技术,2013, 02:64-68. [10]李晓燕. 兆瓦级风力机偏航控制系统设计研究[D].上海交通大学,2007. [11]张慧宁. 风力发电机智能偏航控制系统研究[D].东华大学,2010. [12]王婷. 基于 PLC 的小型风力发电机偏航系统集中控制的研究 [D].内蒙古农业大学, 2013.


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