直驱式风力发电机组成系统「风力发电机双馈和直驱机型的区别」

时间：2022-12-13 19:17:31来源：搜狐

今天带来直驱式风力发电机组成系统「风力发电机双馈和直驱机型的区别」，关于直驱式风力发电机组成系统「风力发电机双馈和直驱机型的区别」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

一、直驱风力发电机组的主控系统

1.1（电气）控制系统的组成

1.2控制系统各个部分的主要功能

目前，直驱1.5兆瓦风力发电机组控制系统主要分两种：一种是以Switch变流器/天诚自主变流器为主的控制系统；一种是以Freqcon变流器为主的控制系统。

Switch自主变流控制系统：

适合接入电网的频率：50/60 Hz ；

电压：690VAC( /-10%) ；

标准功率因数：1.0，

无功功率范围：-0.95~0.95 ；

运行温度(外界环境)： -30℃ ~ 50℃ ；

强制水冷散热方式；

分布控制方式（每个功率单元都能够独立的执行控制、保护、监测等功能，功率单元之间则通过现场总线连接）。

Freqcon变流控制系统：

适合接入电网的频率：50/60 Hz

电压：620VAC( /-10%) ；

标准功率因数：1.0，

无功功率的调节范围：-0.95~0.95 ；

运行温度(以外界环境运行为准)：零下30℃ ~零上 50℃ ；

采用风冷散热、集中控制方式。

直驱1.5MW风力发电机组的主控系统以德国倍福公司生产的嵌入式PC控制器为核心，组成了机组的PAC控制系统。

控制器实现了机组的过程控制、安全保护、故障检测、参数设定、数据记录、数据显示以及人工操作的功能，配有多种通讯接口，可实现就地通讯和远程通讯。

采用PROFIBUS-DP现场总线组网，安全可靠。

主控系统是机组可靠运行的核心，主要完成以下工作：

1·采集数据并处理输入、输出信号；判定逻辑功能；

2·对外围执行机构发出控制指令；

3·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；

4·与中央监控系统通讯、传递信息。

二、机组主控制系统的组成及功能

2.1直驱1.5兆瓦机组主控制系统使用贝福公司生产的PLC，处理速度快且功能强大：

硬件：

1、主处理器CX1020 采用功能强大的 1GHz Intel® M （系列）CPU ，主频达到1GHz，程序运行速度快。

2、可同时执行多个任务及运行控制。可分成4套控制器，每套4个任务，最小任务周期可达50us。

3、可根据实际使用点数精确配置，支持即插即用功能，配置方便、使用简单。

软件：

1、控制器使用内嵌式操作系统，可选用Windows CE 或嵌入版 Windows XP 操作系统，结构小但功能强大、操作简便；

2、支持IEC61131-3编程语言，通用性较强；

3、支持多种系统接口或者现场总线接口，配置方便，满足实际使用需求；

4、实时性强，具有256级线程优先级，每个线程都有独立的时钟，支持中断嵌套，数据处理能力强。

2.2 CX1020内部通讯结构

2.3直驱1.5兆瓦机组的主控制器组成

直驱1.5兆瓦风力发电机组的主控器由CX1500-M310、CX1020、CX1100、KL9210、KL9010组成。其中CX1500-M310 模块负责DP通讯，CX1020负责机组程序的逻辑判断，CX1100负责CPU的供电及后续模块的通讯，KL9210负责后续模块的供电。

2.4各个子站内部及子站与主站之间的通讯结构

在直驱1.5兆瓦机组的控制系统中，主控制器通过现场总线Profibus-DP与各个子站进行交互通讯，各个功能模块通过K-Bus总线进行通讯，主控制器通过PC104总线接口进行内部通讯。

2.5机组中用到的贝福模块（或功能端子）

1、主控制器CX1020

2、控制器供电电源CX1100-0002

3、Profibus-DP通信主站模块CX1500-M310

4、子站通信模块BK3150（总线耦合器）

5、子站通信模块BC3150（总线端子控制器）

6、4通道数字量输入端子KL1104

7、4通道数字量输出端子KL2134

8、8通道数字量输出端子KL2408

9、4通道模拟量输入端子KL3204

10、电力测量端子KL3403

（目前新机组中已经不再使用，被西门子的PAC3200所代替。）

11、KL3403的替代模块PAC3200电力测量仪

12、4通道模拟量输入端子KL3404

13、1通道模拟量输出端子 KL4001

14、SSI传感器接口端子KL5001

15、总线供电端子KL9210（电流信号）

16、4通道模拟量输入端子KL3454

17、K-Bus总线终端端子KL9010

2.5.1主控制器CX1020

CX1020 的标准配置包括一个 64MB 的 CF 卡以及两个以太网 RJ 45 接口。这两个接口与一个内部交换机相连，用户可以在不使用额外以太网交换机的情况下创建线型拓扑结构。所有其它 CX 系列产品组件都可以通过设备两侧的 PC104 接口进行连接。产品还提供了无源冷却模块。操作系统可以是 Windows CE 或嵌入版 Windows XP。TwinCAT 自动化软件把 CX1020 系统转化为功能强大的 PLC 和运动控制系统，在可视化或者非可视化状态下均可进行操作。与 CX1000 不同，CX1020 也可以通过 TwinCAT NC I完成带插补的轴运动。

2.5.2控制器供电电源CX1100-0002

CX1100-0002模块是系统可以选择的三种电源模块中的一种。所有其他系统组件的电源通过内置 PC104 总线供电，无需单独的电源线。然而，CX1100 组件除了提供电源以外，还可具有其他重要特性：集成的 NOVRAM 可实现故障情况下过程数据的安全存储。有两行字符（每行 16 个字符）的 LCD 显示器用于显示系统和用户信息。

2.5.3 Profibus-DP通信主站模块CX1500-M310

主要用于ProfiBus-DP现场总线的通信，最多可以处理 125 个从站，每个从站可处理 244 个字节的输入、输出、参数、配置、诊断的信号数据。

2.5.4子站通信模块BK3150（总线耦合器）

PROFIBUS-DP “紧凑型”总线耦合器 BK3150 扩展了 Beckhoff 总线端子系统，比较小巧且经济。可以连接多达 64 个总线端子；若采用端子总线扩展技术，则可连接多达 255 个总线端子。PROFIBUS 总线耦合器具有自动波特率检测功能，速率最大可以达到 12 Mbaud ，2 个地址选择开关用于分配地址。为了方便现场总线信号的通讯，提供 1 个 D-sub9 针接口。

2.5.5子站通信模块BC3150（总线端子控制器）

BC3150总线端子控制器是带 PLC 控制功能的总线耦合器。控制器有一个 PROFIBUS-DP 现场总线接口，可在 PROFIBUS-DP 系统中作为智能从站使用。“紧凑型”总线端子控制器 BC3150 比较小巧且经济。BC3150 通过K-BUS总线扩展技术，可连接多达 255 个总线端子。PROFIBUS 控制器自动检测波特率，最大可至12M波特率，使用两个地址选择开关分配地址。总线端子控制器使用符合 IEC 61131-3 标准的 TwinCAT软件进行编程。

2.5.6 4通道数字量输入端子KL1104

KL1104数字量输入端子，从现场设备获得二进制控制信号，并以电隔离的信号形式将数据传输到更高层的自动化单元。KL1104 带有输入滤波。每个总线端子含4个通道，每个通道都有一个 LED 指示其信号状态。

2.5.7 4通道数字量输出端子KL2134

KL2134 数字量输出端子将自动化控制层传输过来的二进制控制信号以电隔离的信号形式传到设备层的执行机构。

KL2134 有反向电压保护功能。每个总线端子含 4 个通道，每个通道都有一个 LED 指示其信号状态。

2.5.8 8通道数字量输出端子KL2408

KL2408数字量输出端子将自动化控制层传输过来的二进制控制信号以电隔离的信号形式传到设备层的执行机构。 KL2408有反向电压保护功能。其负载电流输出具有过载和短路保护功能。每个总线端子含 8 个通道，每个通道都有一个 LED 指示其信号状态。它所连接的元件必须和 KL2408 为同一接地。在闭环中所有电源触点互相连通。在 KL2408 中由 24 V 电源触点为输出供电。

2.5.9 4通道模拟量输入端子KL3204

KL3204 模拟量输入端子可直接连接电阻型传感器。总线端子电路可使用 2 线制连接技术连接传感器。整个温度范围的线性都由一个微处理器来实现。温度范围可任意选定。总线端子的标准设置为：PT100 传感器，分辨率为 0.1℃。故障信号显示灯显示传感器故障（例如断线）。KL3204 含 4 个通道。在机组中主要用于采集温度信号。

2.5.10电力测量端子KL3403

KL3403 总线端子可以测量电网中所有的电气数据。电压测量可以直接连接 L1、L2、L3 和 N 线。电流的测量则需通过简单的电流互感器。所有被测量的电压和电流数据都是有效值。通过 KL3403 还可以计算每相的有功功率和能量消耗；可获得所有其它相关的数据，如视在功率 S、功率因数 cosφ 等。

KL3403 提供了完整的电网分析和能源管理功能，可应用到各种现场总线系统中。

2.5.11 KL3403的替代模块PAC3200电力测量仪

PAC3200是一种用于面板安装的高性能电力仪表，可用来计量、显示配电系统的 50 个测量变量，集遥测、遥信、遥控于一体，大尺寸 LCD 图形中文显示屏。PAC3200本体集成以太网接口，支持 MODBUS TCP协议。

SENTRON PAC3200 性能特点

应用：盘面仪表、电气设备远程控制、基本电能质量监测;
遥测：三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电度等;
遥信：开关运行状态或故障状态等信号，本体带1个DI、DC24V;
遥控：远程控制分或合闸，本体带1个DO;
通讯：集成以太网接口，支持Modbus TCP;
通讯扩展：可插接PROFIBUS-DP和MODBUS-RTU通讯模块;
大尺寸LCD图形显示屏，中文或多语言显示;
采用标准型密封，防护等级达到 IP65;
结构紧凑，占用空间小。

2.5.12 4通道模拟量输入端子KL3404

KL3404 模拟量输入端子可处理直流 -10 V 和10 V 范围的信号。分辨率为 12 位，在电隔离的状态下被传送至上一级自动化设备。在 KL3404总线端子中，有 4 个输入端为 2 线制型，并有一个公共的接地电位端。输入端的内部接地为基准电位。运行 LED 显示端子与总线耦合器之间的数据交换。

2.5.13 1通道模拟量输出端子 KL4001

KL4001 模拟量输出端子可输出直流0 V 到 10 V 范围的信号。该端子可为处理层提供分辨率为 12 位的电气隔离信号。总线端子的输出通道有一个公共接地电位端。KL4001是单通道型，适用于带有接地电位的电气隔离信号。它通过运行信号灯显示端子与总线耦合器之间的数据交换状态。在机组中主要用于控制变桨输出信号。

2.5.14 SSI传感器接口端子KL5001

KL5001 SSI 接口端子可直接连接 SSI 传感器。传感器电源由 SSI 接口提供。接口电路产生一个脉冲信号以读取传感器数据，读取的数据以字的形式传送到控制器的过程映像区中。各种操作模式、传输频率和内部位宽可以永久地保存在控制寄存器中。该机组中主要用于旋转编码器的数据采集。

2.5.15总线供电端子KL9210

KL9210供电端子可插入输入和输出端子之间的任意位置，以构建一个电位组，或给右侧端子供电。供电端子提供的电压最高为交流 230 V。具有诊断功能的端子可向控制器报告电压故障或短路。在机组中主要给后续端子模块进行直流24V供电。

2.5.16 4通道模拟量输入端子KL3454

KL3454 模拟量输入端子模块可处理 4 - 20 mA 范围内的信号。电流信号被转化成数字信号后，其分辨率为 12 位，并在电隔离的状态下被传送至上一级自动化设备。在 KL3454 总线端子模块中，有 4 个输入端为 2 线制型，并有一个公共接地电位端。24 V 电源触点连接到端子模块，用于连接 2 线制传感器，而无需外部电源。

2.5.17 K-Bus总线终端端子KL9010

KL9010总线终端端子可用于总线耦合器和总线端子之间的数据交换。每一个站都可在右侧使用KL9010作为总线终端端子。总线末端端子不具有任何其它功能或连接能力。

三、倍福PLC基本控制原理

3.1数字量输入和输出模块的基本原理

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。

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。

3.2模拟量输入和输出模块的基本原理

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。

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。

3.3 PLC的工作原理

PLC采用分时操作原理，从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并循环执行。

由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。整个过程包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。

3.4 PLC执行程序的过程

3.5倍福的控制系统支持所有的IEC61131-3编程语言

文本编程语言：指令表（IL）

结构化文本（ST）

图形编程语言：

功能块图（FBD）

梯形图（LD）

顺序功能图（SFC）

连续功能图（CFC）

3.6机组PLC控制系统控制机组的流程

四、机组主控制系统程序的控制原理

直驱1.5兆瓦机组控制系统PLC（PAC）是机组可靠运行的核心，主要实现以下功能：数据采集及输入、输出信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱柜通讯，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；与三个独立的变桨柜通信，接收三个变桨柜的信号，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检测，根据不同的风况对变流系统输出扭矩的要求，使风机的发电功率保持最佳；与中央监控系统通讯、传递信息。