风机变桨控制系统简介

第一篇：风机变桨控制系统简介

风力发电机组 变桨系统介绍 一．风力发电机组概述 双馈风机

1.风轮：风轮一般由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩组成。风轮是风力机最关键的部件，是它把空气动力能转变成机械能。大多数风力机的风轮由三个叶片组成。叶片材料有木质、铝合金、玻璃钢等。风轮在出厂前经过试装和静平衡试验，风轮的叶片不能互换，有的厂家叶片与轮毂之间有安装标记，组装时按标记固定叶片。组装风轮时要注意叶片的旋转方向，一般都是顺时针。固定扭矩要符合说明书的要求。

风轮的工作原理：风轮产生的功率与空气的密度成正比﹑与风轮直径的平方成正比﹑与风速的立方成正比.风力发电机风轮的效率一般在0.35—0.45之间(理论上最大值为0.593)。贝兹（Betz）极限

2.发电机与齿轮箱 双馈异步发电机 变频同步发电机

同步发电机---风力发电机中很少采用(造价高﹑并网困难) (同步发电机在并网时必须要有同期检测装置来比较发电机侧和系统侧的频率﹑电压﹑相位,对风力发电机进行调整,使发电机发出电能的频率与系统一致;操作自动电压调压器将发电机电压调整到与系统电压相一致;同时,微调风力机的转速,从周期检测盘上监视,使发电机的电压与与系统的电压相位相吻合,就在频率﹑电压﹑相位同时一致的瞬间,合上断路器,将风力发电机并入电网.)

永磁发电机---是一种将普通同步发电机的转子改变成永磁结构的发电机.组.异步发电机---是异步电机处于发电状态,从其激励方式有电网电源励磁(他励)发电和并联电容自励(自励)发电两种情况.电网电源励磁(他励)发电是将异步电机接到电网上, 电机内的定子绕组产生以同步

转速转动的旋转磁场,再用原动机拖动,使转子转速大于同步转速, 电网提供的磁力矩的方向必定与转速方向相反,而机械力矩的方向则与转速方向相同,这时就将原动机的机械能转化为电能.异步电机发出的有功功率向电网输送,同时又消耗电网的有功功率作励磁,并供应定子与转子漏磁所消耗的无功功率,因此异步发电机并网发电时,一般要求加无功补偿装置,通常用并联电容补偿的方式.异步发电机的起动﹑并网很方便,且便于自动控制﹑价格低﹑运行可靠﹑维修便利﹑运行效率也较高,因此在风力发电机并网机组基本上都是采用异步发电机,而同步发电机则常用于独立运行.3.偏航控制系统

风力机的偏航系统也称对风装置.其作用在于当风速矢量的方向变化时,能够快速平稳地对准风向,以便风轮获得最大的风能.大中型风力机一般采用电动的偏航系统来调整风轮并使其对准风向.偏航系统一般包括感 应风向的风向标, 偏航电机, 偏航行星齿轮减速器,回转体大齿轮等.解缆

大多数风机的发电机输出功率的同轴电缆在风力机偏航时一同旋转,为了防止偏航超出而引起的电缆旋转,应该设置解缆装置,并增加扭缆传感器以监视电缆的扭转状态.4.变桨控制系统 5.变流器 6.塔架

风机四种不同的控制方式: 1.定速定桨距控制(Fixed speed stall regulated)发电机直接连到恒定频率的电网,在发电时不进行空气动力学控制 2.定速变桨距控制(Fixed speed pitch regulated)发电机直接连到恒定频率的电网,在大风时桨距控制用于调节功率 3.变速定桨距控制(Variable speed stall regulated)变频器将发电机和电网去耦(decouples),允许转子速度通过控制发电机的反力矩改变.在大风时,减慢转子直到空气动力学失速限制功率到期望的水平.4.变速变桨距控制(Variable speed pitch regulated)变频器将发电机和电网去耦(decouples), 允许通过控制发电机的反力矩改变转子速度.在大风时,保持力矩, 桨距控制用于调节功率.5

二．基本知识 三.风力发电机组的信号 (一)机组状态参数检测 1．转速

风力发电机组转速的测量点有两个：即发电机转速和风轮转速。转速测量信号用于控制风力发电机组并网和脱网，还可用于起动超速保护系统，当风轮转速超过设定值n1或发电机转速超过设定值n2时，超速保护动作，风力发电机组停机。

风轮转速和发电机转速可以相互校验。如果不符，则提示风力发电机组故障。2．温度

有8个点的温度被测量，用于反映风力发电机组系统的工作状况。这8个点包括：①齿轮箱油温；②高速轴承温度；③大发电机温度；④小发电机温度；⑤前主轴承温度；⑥后主轴承温度；⑦控制盘温度(主要是晶闸管的温度)；⑧控制器环境温度。

由于温度过高引起风力发电机组退出运行，在温度降至允许值时，仍可自动起动风力发电机组运行。

3．机舱振动

为了检测机组的异常振动，在机舱上应安装振动传感器。传感器由一个与微动开关相连的钢球及其支撑组成。异常振动时，钢球从支撑它的圆环上落下，拉动微动开关，引起安全停机。重新起动时，必须重新安装好钢球。

机舱后部还设有桨叶振动探测器(TAC84系统)。过振动时将引起正常停机。4．电缆扭转

由于发电机电缆及所有电气、通信电缆均从机舱直接引入塔筒，直到地面控制柜。如果机舱经常向一个方向偏航，会引起电缆严重扭转因此偏航系统还应具备扭缆保护的功能。偏航齿轮上安有一个独立的记数传感器，以记录相对初始方位所转过的齿数。当风力机向一个方向持续偏航达到设定值时，表示电缆已被扭转到危险的程度，控制器将发出停机指令并显示故障。风力发电机组停机并执行顺或逆时针解缆操作。为了提高可靠性，在电缆引入塔筒处(即塔筒顶部)，还安装了行程开关，行程开关触点与电缆相连，当电缆扭转到一定程度时可直接拉动行程开关，引起安全停机。

为了便于了解偏航系统的当前状态，控制器可根据偏航记数传感器的报告，以记录相对初始方位所转过的齿数显示机舱当前方位与初

始方位的偏转角度及正在偏航的方向。

5．机械刹车状况

在机械刹车系统中装有刹车片磨损指示器，如果刹车片磨损到一定程度，控制器将显 示故障信号，这时必须更换刹车片后才能起动风力发电机组。

在连续两次动作之间，有一个预置的时间间隔，使刹车装置有足够的冷却时间，以免重复使用使刹车盘过热。根据不同型号的风力发电机组，也可用温度传感器来取代设置延时程序。这时刹车盘的温度必须低于预置的温度才能起动风力发电机组。

6．油位

风力发电机的油位包括润滑油位、液压系统油位。 (二)电力参数的监测

风力发电机组需要持续监测的电力参数包括电网三相电压、发电机输出的三相电流、电网频率、发电机功率因数等。这些参数无论风力发电机组是处于并网状态还是脱网状态都被监测，用于判断风力发电机组的起动条件、工作状态及故障情况，还用于统计风力发电机组的有功功率、无功功率和总发电量。此外，还根据电力参数，主要是发电机有功功率和功率因数来确定补偿电容的投入与切出。

1．电压测量

电压测量主要检测以下故障： (1)电网冲击

相电压超过450V 0.2s。 (2)过电压

相电压超过433V 50s。 (3)低电压

相电压低于329V 50s。 (4)电网电压跌落 相电压低于260V 0.1s。 (5)相序故障。

对电压故障要求反应较快。在主电路中设有过电压保护，其动作

设定值可参考冲击电压整定保护值。发生电压故障时风力发电机组必须退出电网，一般采取正常停机，而后根据情况进行处理。

电压测量值经平均值算法处理后可用于计算机组的功率和发电量的计算。

2．电流测量 关于电流的故障有： (1)电流跌落

0.1s内一相电流跌落80%。

(2)三相不对称 三相中有一相电流与其他两相相差过大，相电流相差25%，或在平均电流低于50A时，相电流相差50%。

(3)晶闸管故障

软起动期间，某相电流大于额定电流或者触发脉冲发出后电流连续0.1s为0。

对电流故障同样要求反应迅速。通常控制系统带有两个电流保护即电流短路保护和过电流保护。电流短路保护采用断路器，动作电流按照发电机内部相间短路电流整定，动作时间。0～0.5s。过电流保护由软件控制，动作电流按照额定电流的2倍整定，动作时间1～3s。电流测量值经平均值算法处理后与电压、功率因数合成为有功功率、无功功率及其他电力参数。

电流是风力发电机组并网时需要持续监视的参量，如果切人电流小于允许极限，则晶闸管导通角不再增大，当电流开始下降后，导通角逐渐打开直至完全开启。并网期间，通过电流测量可检测发电机或晶闸管的短路及三相电流不平衡信号。如果三相电流不平衡超出允许范围，控制系统将发出故障停机指令，风力发电机组退出电网。

3．频率

电网频率被持续测量。测量值经平均值算法处理与电网上、下限频率进行比较，超出时风力发电机组退出电网。

电网频率直接影响发电机的同步转速，进而影响发电机的瞬时出力。

4．功率因数

功率因数通过分别测量电压相角和电流相角获得，经过移相补偿算法和平均值算法处理后，用于统计发电机有功功率和无功功率。

由于无功功率导致电网的电流增加，线损增大，且占用系统容量。因而送人电网的功率，感性无功分量越少越好，一般要求功率因数保持在0.95以上。为此，风力发电机组使用了电容器补偿无功功率。考虑到风力发电机组的输出功率常在大范围内变化，补偿电容器一般按不同容量分成若干组，根据发电机输出功率的大小来投入与切出。

这种方式投入补偿电容时，可能造成过补偿。此时会向电网输入容性无功。

电容补偿并未改变发电机运行状况。补偿后，发电机接触器上电流应大于主接触器电流。

(三)风力参数监测 1．风速

风速通过机舱外的数字式风速仪测得。计算机每秒采集一次来自于风速仪的风速数据；每10min计算一次平均值，用于判别起动风速(风速v>3m/s时，起动小发电机，v>8m/s起动大发电机)和停机风速(v>25m/s)。安装在机舱顶上的风速仪处于风轮的下风向，本身并不精确，一般不用来产生功率曲线。

2．风向

风向标安装在机舱顶部两侧，主要测量风向与机舱中心线的偏差角。一般采用两个风向标，以便互相校验，排除可能产生的误信号。控制器根据风向信号，起动偏航系统。当两个风向标不一致时，偏航会自动中断。当风速低于3m/s时，偏航系统不会起动。

(四)各种反馈信号的检测

控制器在以下指令发出后的设定时间内应收到动作已执行的反馈信号：①回收叶尖扰流器；②松开机械刹车；③松开偏航制动器；④发电机脱网及脱网后的转速降落信号。否则将出现相应的故障信号，执行安全停机。

四．控制系统系统工程实例 ．控制箱 1

2．轴箱 ．蓄电池箱

轮毂中变桨控制柜实际照片，周边三个兰色的是变桨伺服电机 变桨系统连线示意图

将电池柜、配电柜用支架固定在图中所示的位置 编码器

变桨角度限位开关

带加热装置的超声波矢量风速风向仪，侧面为航空警示灯。 风电设备项目

浇铸式滑环系统具有高转速、结构精巧，尤其是可行的执行件和外直径的比例优化以及耐振性强等特性。浇铸式滑环系统有碳弹簧丝和金弹簧丝两种型号可供选用。结构精巧基础上的高度集成是带有金弹簧丝刷的滑环系统的显著特点。通常应用于机床设备、绞线机和风电系统中。

浇铸式滑环系统，30 路金弹簧丝型号 路 400 V 直流电，50 A 3 路 230 V，10 A 2 路 24 V 直流电，7.5 A 24 路 24 V 直流电，1 A 碳和金弹簧丝型号的滑环系统组件 路 400 V 交流电，80 A 4 路 230 V 交流电，16 A 6 路 24 V 交流电，16 A 15 路 24 V 交流电，1 A 32

五.“1.5MW变桨伺服控制系统”的开发设计

近年来，由于油价一路攀升,发展风能等清洁再生能源越来越受到国家的重视和大力扶持.按照国家规划，未来１５年我国风电设备市场份额将高达１４００亿元至２１００亿元.另一方面,由于我国风电设备制造尚处于起步阶段, 国内风电设备的产能偏小,无奈只能化高价购买进口风机和部件,严重影响了我国风电行业的快速发展.就电变桨伺服控制系统而言,目前尚未有国产电变桨控制系统的报道,国内大型风机几乎均采用国外进口产品.由于进口产品价格高(每套变桨系统约需35～40万人民币),订货周期长,同时国家发改委《关于风电建设管理有关要求的通知》中明确规定：风电设备国产化率要达到７０％以上，不满足设备国产化率要求的风电场不允许建设.因此风电设备的国产化已是大势所趋﹑当务之急,也是风电设备制造厂商责无旁贷的责任.技术分析

变桨距风力发电机组的风轮桨叶可以有以下几种工作状态: 1.静止状态: 变距风轮的桨叶在静止时,节距角为90°,这时气流对桨叶不产生转矩.2.起动状态:当风速达到起动风速时,控制系统控制桨叶向0°方向转动,直到气流对桨叶产生一定的攻角, 风轮开始起动(一般先调节桨距角到45°，当转速达到一定时，再调节到0°，直到风力机达到额定转速并网发电).3.并网发电:为确保并网平稳,对电网产生尽可能小的冲击,变桨距系统可以在一定时间内,保持发电机转速在同步转速附近,以便寻找最佳时机并网

33(例如在同步转速±10 r/min内持续1S, 发电机切入电网).4.额定功率以下运行:传统的控制方法是在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；另一种方法是采用以

Vestas为代表的所谓OptitiP技术，即根据风速的大小，按照最佳叶尖速比曲线确定叶片的节距角，优化输出功率。

5.额定功率运行时:当风速达到或超过额定风速后,发电机机组进入额定功率状态，变桨控制系统根据发电机输出功率的变化调整桨距角的大小，桨叶节距朝迎风面积减小或增大的方向转动一个角度,使发电机的输出功率保持在额定功率。

6.脱网:当风力发电机需要脱离电网时, 变桨系统可以先转动叶片,使发电机减小输出功率,当功率减小到0时, 发电机从电网脱开,以避免发电机突甩负载的过程.7.紧急停机:如遇到电网突然断电或其它紧急情况停机, 变桨伺服系统可以通过自备的UPS短暂供电,以便变桨系统完成收桨及采取予定的其它安全措施.34 开发内容: 根据以上分析,变桨伺服系统应包括如下内容: 伺服电机(带码盘)---------------(外购)伺服驱动系统--------------------(采用通用伺服系统改造)伺服控制系统--------------------(采用PLC控制,自行设计和制作)

现场总线接口和通讯协议----(与主控制器通讯,接收主控制器给出的目标位

置﹑定位速度和转动方向等给定值,同时将变 桨伺服系统的运行参数和运行状态发送给主控制器)

UPS电源--------------------------(UPS电源及电池充电控制﹑电池状态监视,紧

急情况下电池供电运行相关的管理.-------------选购或自行设计制作)

几种的变桨系统比较

变桨系统是现代大型风机的重要组成部分.变桨伺服控制系统作为风力发电控制系统的外环,在风力发电机组的控制中起着十分重要的作用.它控制风力发电机组的叶片节距角可以随风速的大小进行自动调节.在低风速起动时,桨叶节距可以转到合适的角度,使风轮具有最大的起动力矩;当风速过高时,通过调整桨叶节距,改变气流对叶片的攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩,使发电机功率输出保持稳定.35 电变桨伺服控制系统是一个闭环控制的专用伺服系统,根据所用电机可以分为直流伺服和交流伺服两种类型.直流型电变桨伺服控制系统(以SSB生产的直流型变桨伺服控制系统为例)变桨系统主要由PLC﹑可逆直流调速装置﹑直流电机﹑绝对式位置编码器等组成,并由蓄电池作为后备电源.PLC组成变桨的控制系统,它通过现场总线(例如CAN总线)和主控制系统通信,接受主控制系统的指令(主要是桨叶转动的速度和角度指令),并控制可逆直流调速装置驱动直流电机,带动桨叶朝要求的方向和角度转动,同时PLC还负责蓄电池的充电控制﹑蓄电池电压的监控等辅助控制.SSB的直流型变桨系统主要由以下特点:

⑴ 采用串激直流电机,起动力矩大.对于转动重达数吨﹑直径数十米的叶片有好处;

⑵ 由于采用直流无级调速,低速性能好; ⑶ 不允许空载运行,否则会引起“飞车”; ⑷ 电机有碳刷,维修困难;

⑸ 加后备电池比较方便.交流型电变桨伺服控制系统(以LUST生产的交流型变桨伺服控制系统为例)变桨系统主要由PLC﹑交流伺服系统﹑交流伺服电机﹑绝对式位置编码器等组成,并由UPS作为后备电源.控制原理与直流型大同小异.LUST的交流型变桨系统主要由以下特点:

⑴ 采用交流永磁同步电机或交流异步电机,结构简单﹑维修工作量

小;

⑵ 代表了伺服控制系统的发展方向;⑶ 必须加UPS;以便在电网突然断电或其它紧急情况停机时, 变桨伺服系

统可以通过自备的UPS短暂供电,使变桨系统完成收桨及采取予定的其它安全措施.设计方案

通过以上分析,我们可以知道,变桨系统主要由用PLC作控制器的变桨控制系统﹑利用编码器构成位置闭环的伺服驱动系统和通过减速齿轮转动桨叶的伺服电机等组成.结构上分成一个控制箱﹑三个轴箱﹑三个蓄电池箱共七个电气箱.在方案设计时我们遵循以下几点: 1． 尽量利用市场上现有的成熟产品,进行应用性开发(例如变桨伺服系统,我们准备采用通用伺服系统改造的办法,而不是自己来开发一套伺服驱动系统);2． 一方面我们要在消化﹑吸收的基础上,参考﹑借鉴国外同类产品的设计,另一方面也不能完全照搬﹑仿造,必须根据我们的实际情况进行电路设计和元器件选型;3． 具备与国外同类产品相同的功能,性能满足风力发电机的要求;4． 采用与国外同类产品相同的总线接口和通讯协议;5． 外形尺寸和安装方式与国外同类产品具有互换性.根据以上几点,我们分别设计了直流和交流两种变桨控制系统的技术方案,现分述如下: ㈠ 直流型电变桨伺服控制系统

直流型电变桨伺服控制系统的电气原理图见附图1～图3所示.变桨控制器采用西门子S7—300型PLC,其软件和硬件配置见附图7.其他主要部件及开发

方式如下: 1.直流伺服电机-------------------(选购.带一个测速发电机和二个绝对值位置编

码

器,分别用作速度反馈和位置反馈)2.直流伺服驱动系统-------------(采用通用直流伺服系统改造及设置伺服驱动

器参数)

3.伺服控制系统--------------------(采用PLC作控制器,自行进行端口配置和控制

程序设计,包括选定现场总线接口类型﹑确定通讯内容和通讯协议)

4.蓄电池-----------------------------(确定电池电压及Ah数并选购)5.充电机及电池状态监控--------(选购或自行开发)㈡交流型电变桨伺服控制系统

交流型电变桨伺服控制系统的电气原理图见附图4～图6所示.变桨控制器采用西门子S7—300型PLC,其软件和硬件配置见附图7.其他主要部件及开发方如下: 1.交流伺服电机--------------------(选购.带二个绝对值位置编码,分别用作速度

反馈和位置反馈,同时便于消除例如由机械间隙引起的定位误差.)2.交流伺服驱动系统-------------(采用通用交流伺服系统改造及设置伺服驱动

器参数)

3.伺服控制系统--------------------(采用PLC作控制器,自行进行端口配置和控制

程序设计, 包括选定现场总线接口类型﹑确定 通讯内容和通讯协议)

4.UPS电源--------------------------(选购)

5.充电机及电池状态监控--------(选购或自行开发)主要技术性能指标: ㈠ 伺服电机

8.额定转速 2000 rpm 9.额定输出电流 17A 10.额定转矩 16.0 Nm 11.电源电压 12.绝缘等级 F13.冷却方式 14.防护等级 IP64 15.环境温度 9.制动装置 10.编码器

㈡伺服驱动系统

1.额定输出功率 7.5KW 2.额定输出电流 24A 3.额定输出电压 34.输入电压 35.过载能力 43A/306.冷却方式

三相AC380V 级 自然冷却 －25℃～＋40℃ 选件 绝对值位置编码器 ×0---400V(AC) ×AC380V(－25％～＋10％)秒 散热器外置自然冷却

7.防护等级 IP24或更高 8.环境温度 －25℃～＋40℃ 9.制动电阻 外加 10.配置现场总线 CAN总线

11.保护功能 电机三相短路保护﹑过载保护﹑电源过压保护 ﹑电源欠压保护﹑电机超速保护等.㈢UPS电源 电网停电后保持供电1分钟,瞬时切换.注:其中电机转速和输出转矩需总体设计确认或提供准确的数据.开发步骤

1.工程化设计(包括分别设计控制箱及轴箱主回路和控制回路的电气原理图﹑元器件排列布置图﹑接线表);2.元器件选型并提出材料清单;3.控制箱结构设计;(该项设计需领导另行安排人员进行)4.编制PLC控制程序和通讯程序;5.伺服系统参数整定及模拟调试;6.现场调试 7.改进设计并定型

六.风机防雷 风向标 风速仪 单翼风向传感器

风向感应器为单翼风标（见图9.5）。当风标转动时，带动格雷码盘（常用七位，分辨率为2.8°），按照码盘切槽的设计，码盘每转动2.8°，光电管组就会产生新的七位并行格雷码输出。风杯风速传感器

风速传感器采用三杯式感应器，风杯由碳纤维增强塑料制成（见图9.5）。当风杯转动时，带动同轴的多齿截光盘转动，使下面的光敏三极管有时接收到上面发光二极管发射的光线而导通，有时接收不到上面发光二极管照射来的光线而截止。这样就能得到与风杯转速成正比的脉冲信号，该脉冲信号由计数器计数，经换算后就能得出实际风速值。

振动监测 扭缆开关 七.风机安全系统

根据IEC61400-1(风机设计条件),风机安全系统有三个特点: ⑴安全系统独立于主控系统之外;⑵控制级别高于主控系统;⑶安全系统一旦被触发, 安全系统能够单独(而不是通过主控系统)发出紧急停机(紧急顺桨)和/或从电网断开的指令.八.风场SCADA 第二篇：风机变桨系统

风机变桨系统

轮毂与变桨系统的作用是将叶片旋转产生的机械能传递给传动系统，并根据风速大小可以实现三个桨叶独立变桨，确保风机可以在很广风速范围内有很高的风能利用率，风速小于额定风速时，叶片处于0°，风能利用率最高，风速大于额定风速时，叶轮变桨，保持额定转速。

主要组成零部件有：轮毂、变桨轴承、变桨齿轮箱、叶片锁定装置、指针、撞块以及变桨控制系统等。

轮毂是风力发电机组的重要零件之一，用来安装变桨轴承、变桨控制系统，连接叶轮并传递机械能。轮毂系统里机械零部件要做好表面防腐维护工作，避免因生锈腐蚀使零件失效。轮毂系统里面的连接螺栓要按照要求预紧，以避免轮毂运行时螺栓和零部件掉落。

变桨轴承内圈安装连接叶片，通过变桨控制系统驱动变桨轴承内圈转动，使叶片变桨。其外圈固定在轮毂上不动，外圈上面有油嘴，集中润滑系统通过油管将油脂注入轴承滚道。

指针安装在变桨轴承外圈上，指向轮毂缺口位置，此缺口为变桨角度的零位标志。

撞块安装在变桨轴承内圈上，有两个限位开关，第一个是91°限位，第二个是100°限位。当叶片正常顺桨是91°，刚好撞到第一个限位点，为了防止第一个失效，我们增加了第二个限位点，提高系统的安全性。

叶片锁定装置用来固定变桨轴承内圈的手动机械锁紧装置，从而使得叶片相对轮毂固定不动。

变桨减速器是将变桨电机高速转动变成低速转动传递给变桨轴承，实现叶片变桨。

变桨控制系统安装在轮毂内，MY1.5MW系列风机能实现三个叶片独自的变桨动作。变桨控制系统有备用锂电池，以确保当电网掉电或控制单元故障时变桨系统的正常运作。

中央控制箱和轴控箱对变桨电机进行联合控制。当风速变化，变桨控制系统调节叶片角度，使风轮转速恒定在一个数值上，这样减少了转速变化对风机零部件及电网的冲击。除控制功率输出，变桨系统

还是风机最重要的制动系统。 第三篇：风电控制系统

风力发电控制系统一 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如图1所示：

1、塔座控制站

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。

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。

2、机舱控制站

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。

3、变桨距系统

大型MW级以上风电机组通常采用液压变桨系统或电动变桨系统。变桨系统由前端控制器对3个风机叶片的桨距驱动装置进行控制，其是主控制器的执行单元，采用CANOPEN与主控制器进行通讯，以调节3个叶片的桨距工作在最佳状态。变桨系统有后备电源系统和安全链保护，保证在危急工况下紧急停机。

4、变流器系统

大型风力发电机组目前普遍采用大功率的变流器以实现发电能源的变换，变流器系统通过现场总线与主控制器进行通讯，实现机组的转速、有功功率和无功功率的调节。

5、现场触摸屏站

现场触摸屏站是机组监控的就地操作站，实现风力机组的就地参数设置、设备调试、维护等功能，是机组控制系统的现场上位机操作员站。

6、以太网交换机（HUB）

系统采用工业级以太网交换机，以实现单台机组的控制器、现场触摸屏和远端控制中心网络的连接。现场机柜内采用普通双绞线连接，和远程控制室上位机采用光缆连接。

7、现场通讯网络

主控制器具有CANOPEN、PROFIBUS、MODBUS、以太网等多种类型的现场总线接口，可根据项目的实际需求进行配置。

8、UPS电源

UPS电源用于保证系统在外部电源断电的情况下，机组控制系统、危急保护系统以及相关执行单元的供电。

9、后备危急安全链系统

后备危急安全链系统独立于计算机系统的硬件保护措施，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作。安全链是将可能对风力发电机造成致命伤害的超常故障串联成一个回路，当安全链动作后将引起紧急停机，机组脱网，从而最大限度地保证机组的安全。

所有风电机组通过光纤以太网连接至主控室的上位机操作员站，实现整个风场的远程监控，上位机监控软件应具有如下功能：

①系统具有友好的控制界面。在编制监控软件时，充分考虑到风电场运行管理的要求，使用汉语菜单，使操作简单，尽可能为风电场的管理提供方便。

②系统显示各台机组的运行数据，如每台机组的瞬时发电功率、累计发电量、发电小时数、风轮及电机的转速和风速、风向等，将下位机的这些数据调入上位机，在显示器上显示出来，必要时还可以用曲线或图表的形式直观地显示出来。

③系统显示各风电机组的运行状态，如开机、停车、调向、手/自动控制以及大/小发电机工作等情况，通过各风电机组的状态了解整个风电场的运行情况。

④系统能够及时显示各机组运行过程中发生的故障。在显示故障时，能显示出故障的类型及发生时间，以便运行人员及时处理及消除故障，保证风电机组的安全和持续运行。

⑤系统能够对风电机组实现集中控制。值班员在集中控制室内，只需对标明某种功能的相应键进行操作，就能对下位机进行改变设置状态和对其实施控制。如开机、停机和左右调向等。但这类操作有一定的权限，以保证整个风电场的运行安全。

⑥系统管理。监控软件具有运行数据的定时打印和人工即时打印以及故障自动记录的功能，以便随时查看风电场运行状况的历史记录情况。

二风电控制系统基本功能

（1）数据采集（DAS）功能：包括采集电网、气象、机组参数，实现控制、报警、记录、曲线功能等；

（2）机组控制功能：包括自动启动机组、并网控制、转速控制、

功率控制、无功补偿控制、自动对风控制、解缆控制、自动脱网、安全停机控制等；

（3）远程监控系统功能：包括机组参数、相关设备状态的监控，历史和实时曲线功能，机组运行状况的累计监测等。

1、数据采集（DAS）功能

机组运行过程中进行监测的相关参数包括：

(1）电网参数，包括电网三相电压、三相电流、电网频率、功率因数等。电压故障检测：电网电压闪变、过电压、低电压、电压跌落、相序故障、三相不对称等。

（2）气象参数，包括风速、风向、环境温度等。

（3）机组状态参数检测，包括：风轮转速、发电机转速、发电机线圈温度、发电机前后轴承温度、齿轮箱油温度、齿轮箱前后轴承温度、液压系统油温、油压、油位、机舱振动、电缆纽转、机舱温度等。

风电场远程监控中心的上位机和塔座触摸屏站均可实现机组的状态监视，实现相关参数的显示、记录、曲线、报警等功能。

2、机组启停、发电控制

（1）主控系统检测电网参数、气象参数、机组运行参数，当条件满足时，启动偏航系统执行自动解缆、对风控制，释放机组的刹车盘，调节桨距角度，风车开始自由转动，进入待机状态。

（2）当外部气象系统监测的风速大于某一定值时，主控系统启动变流器系统开始进行转子励磁，待发电机定子输出电能与电网同频、同相、同幅时，合闸出口断路器实现并网发电。

（3）风力机组功率、转速调节

根据风力机特性，当机组处于最佳叶尖速比λ运行时，风机机组将捕获得最大的能量，虽理论上机组转速可在任意转速下运行，但受实际机组转速限制、系统功率限制，不得不将该阶段分为以下几个运行区域：即变速运行区域、恒速运行区域和恒功率运行区。额定功率内的运行状态包括：变速运行区（最佳的λ）和恒速运行区。

当风机并网后，转速小于极限转速、功率低于额定功率时，根据当前实际风速，调节风轮的转速，使机组工作在捕获最大风能的状态。

由于风速仪测量点的风速与作用于桨叶的风速存在一定误差，所以转距观测器来预测风力机组的机械传动转距，在通过发电机转速和转距的对应关系推出转速。ω为发电机转速期望值。Tm为转距的观测值。Kopt为最佳转速时的比例常数。

当风速增加使发电机转速达上限后，主控制器需维持转速恒定，风力机组发出的电功率，随风速的增加而增加，此时机组偏离了风力机的最佳λ曲线运行。

当风速继续增加，使转速、功率都达到上限后，进入恒功率运行区运行，此状态下主控通过变流器，维持机组的功率恒定，主控制器一方面通过桨距系统的调节减少风力攻角，减少叶片对风能的捕获；另一方面通过变流器降低发电机转速节，使风力机组偏离最佳λ曲线运行，维持发电机的输出功率稳定。

3、风电控制系统辅助设备逻辑 （1）发电机系统

监控发电机运行参数，通过3台冷却风扇和4台电加热器，控制发电机线圈温度、轴承温度、滑环室温度在适当的范围内，相关逻辑如下：

当发电机温度升高至某设定值后，起动冷却风扇，当温度降低到某设定值时，停止风扇运行；当发电机温度过高或过低并超限后，发出报警信号，并执行安全停机程序。

当温度越低至某设定值后，起动电加热器，温度升高至某设定值后时，停止加热器运行；同时电加热器也用于控制发电机的温度端差在合理的范围内。

（2）液压系统

机组的液压系统用于偏航系统刹车、机械刹车盘驱动。机组正常时，需维持额定压力区间运行。

液压泵控制液压系统压力，当压力下降至设定值后，启动油泵运行，当压力升高至某设定值后，停泵。

（3）气象系统

气象系统为智能气象测量仪器，通过RS485口和控制器进行通讯，

将机舱外的气象参数采集至控制系统。根据环境温度控制气象测量系统的加热器以防止结冰。

闪光障碍灯控制，每个叶片的末端安装闪光障碍灯，在夜晚点亮。 机舱风扇控制机舱内环境温度。 (4）电动变桨距系统

变桨距系统包括每个叶片上的电机、驱动器、以及主控制PLC等部件，该PLC通过CAN总线和机组的主控系统通讯，是风电控制系统中桨距调节控制单元，变桨距系统有后备DO顺桨控制接口。桨距系统的主要功能如下：紧急刹车顺桨系统控制，在紧急情况下，实现风机顺桨控制。通过CAN通讯接口和主控制器通讯，接受主控指令，桨距系统调节桨叶的节角距至预定位置。桨距系统和主控制器的通讯内容包括：

桨叶A位置反馈 桨叶B位置反馈 桨叶C位置反馈 桨叶节距给定指令 桨距系统综合故障状态 叶片在顺桨状态 顺桨命令

(5）增速齿轮箱系统

齿轮箱系统用于将风轮转速增速至双馈发电机的正常转速运行范围内，需监视和控制齿轮油泵、齿轮油冷却器、加热器、润滑油泵等等。当齿轮油压力低于设定值时，起动齿轮油泵；当压力高于设定值时，停止齿轮油泵。当压力越限后，发出警报，并执行停机程序。齿轮油冷却器/加热器控制齿轮油温度：当温度低于设定值时，起动加热器，当温度高于设定值时停止加热器；当温度高于某设定值时，起动齿轮油冷却器，当温度降低到设定值时停止齿轮油冷却器。润滑油泵控制，当润滑油压低于设定值时，起动润滑油泵，当油压高于某设定值时，停止润滑油泵。（6）偏航系统控制 根据当前的机舱角度和测量的低频平均风向信号值，以及机组当前的运行状态、负荷信号，调

节CW（顺时针）和CCW（逆时针）电机，实现自动对风、电缆解缆控制。自动对风：当机组处于运行状态或待机状态时，根据机舱角度和测量风向的偏差值调节CW、CCW电机，实现自动对风。（以设定的偏航转速进行偏航，同时需要对偏航电机的运行状态进行检测）自动解缆控制：当机组处于暂停状态时，如机舱向某个方向扭转大于720度时，启动自动解缆程序，或者机组在运行状态时，如果扭转大于1024度时，实现解缆程序。（7）大功率变流器通讯 主控制器通过CANOPEN通讯总线和变流器通讯，变流器实现并网/脱网控制、发电机转速调节、有功功率控制、无功功率控制：

并网和脱网：变流器系统根据主控的指令，通过对发电机转子励磁，将发电机定子输出电能控制至同频、同相、同幅，再驱动定子出口接触器合闸，实现并网；当机组的发电功率小于某值持续几秒后或风机或电网出现运行故障时，变流器驱动发电机定子出口接触器分闸，实现机组的脱网。

发电机转速调节：机组并网后在额定负荷以下阶段运行时，通过控制发电机转速实现机组在最佳λ曲线运行，通过将风轮机当做风速仪测量实时转距值，调节机组至最佳状态运行。

功率控制：当机组进入恒定功率区后，通过和变频器的通讯指令，维持机组输出而定的功率。无功功率控制：通过和变频器的通讯指令，实现无功功率控制或功率因数的调节。

(8）安全链回路

安全链回路独立于主控系统，并行执行紧急停机逻辑，所有相关的驱动回路有后备电池供电，保证系统在紧急状态可靠执行。

三目前我厂技术状态及对策

目前我厂已拥有发电机技术，变流系统正在研发中，已在2010年初完成，其它技术尚处于空白之中，为快速进入市场考虑，应采取两条腿走路的方案，即自主研发和技术引进。目前拥有此项技术的国内厂家有南京科远自动化集团股份有限公司等厂家，北京景新也拥有此项技术，并在1MW机组上试运行。

自主研发方面，鉴于风电控制系统的复杂性，需与有实力的高校

发合，研发中需设立多个分项目，因为该项目包含计算机硬件、电力电子、软件、通迅等项技术，按功能也是分散在风电机组各处。

四结束语

目前风力发电的主要方向：

1陆地风力发电机组采用1.5/2M双馈异步发电机组。 2、离岸风力发电机组采用4/5M永磁同步全馈发电机组。 3、建设大型或者超大型的风力电场（有上百台风力机组组成）。 4、风力机组控制系统具有防电压穿透功能。

5、风力发电机组在在线发电时可调节功率因数，在不发电时也可以调节功率因数，进行无功补偿，净化电网。

扩展阅读： • 1

风力发电机组的控制系统是综合性控制系统，控制系统不仅要监视机组运行参数，对机组进行并网与脱网控制，而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制。CAN总线是一种支持分布式控制系统和实时性控制的串行通信网络。其以多主机方式工作，通信速率可达1mbps。• 2

can总线的上述特点正适用于风力发电机控制系统的独特要求，因此，本文提出一种基于can总线架构的风力发电控制系统。控制系统中各模块之间通过can总线实时交换数据，实现主控系统及各控制节点间的实时通信与数据交换。文章在分析了can协议及can独立控制器sja1000工作原理和读写逻辑的基础上，设计了can接口，给出了硬件原理图，分析了can通讯程序流程及系统中信号和控制指令的通讯帧格式。另外，本文还给出了基于嵌入式qt的应用程序的设计方案。

第四篇：智能化会议室控制系统简介

智能化会议室控制系统 智能灯光照明系统

1、主持人可以用手中的遥控器控制任意一路灯光，实现一键场景模式。

2、一键式灯光场景控制：按下遥控器上的场景键，可以设置如下灯光场景： 集体会议场景灯光：灯光路数开启较多，光线相对充足，营造热烈的会议气氛。投影播放场景灯光：主光源开启较少，或者不开启。辅光源或者局部灯带作为主光源。投影关闭场景灯光：主光源开启较多，或者全开。投影机投影幕等收起。

会议休息场景灯光：主光源开启较少，光源照度介于上述两种照度之间，营造轻松舒适的灯光效果。

常用场景灯光：开启几个主要的主光源，保证会议准备或者清洁等工作的照度。

3、感应灯光

主席台感应灯光，实现主席台就座人员在接近主席台时，主席台指定的灯光会自动开启。会议人员进入会议室时，门口灯光会自动开启。

4、电话远程控制

通过电话远程控制会议室灯光启动或关闭，开起和关闭机房会议扩音系统、摄录系统、计算机系统等等设备电源，进入待机状态。

投影仪智能控制系统

会议室中投影仪需要播放时，在遥控器上按下投影播放场景键，自动实现如下关联动作：投影仪自动通电，会议室灯光自动由会议场景灯光切换到投影播放场景灯光。各路灯光有的关闭，有的自动调整到柔和状态。投影幕布自动徐徐落下，各路窗帘自动缓缓拉上。至此，主持人开始播放投影。

投影播放完毕后，按下投影关闭场景键，灯光自动恢复到会议灯光模式，投影仪自动断电。幕布徐徐卷起，窗帘渐渐开起，保证光线充足和空气清新。

智能电动窗帘控制系统

①可以在预设的时间内，自动开启和关闭。如：早上7点，自动开启，晚上7点自动关闭，做到防风、防尘、防晒。

②配合投影播放、场景灯光自动开启和关闭。 ③可以远程电话或手机开启和关闭窗帘。

智能安防监控系统

电视、网络会议室中有很多贵重设备和保密图象资料。在会议室的门窗安装摄像头，管理员离开会议室的时候只需要按下警戒器上的一个按纽，就可以一键设防。只要盗贼一进入防区，就会警铃大作，灯光通亮，吓退盗贼。与此同时，安防设备还可以联动智能控制系统自动拨打电话给相关管理人员。

同时，如果管理人员关门的时候忘记设防，还可以通过电话手机等方式进行远程设置

第五篇：酒店客房控制系统简介

酒店客房控制系统简介

普杰物联网系统利用计算机控制、通讯、网络等技术，基于客房内的智能控制器构成专用的网络，对酒店客房的安防系统、门禁系统、中央空调系统、智能灯光系统、服务系统等进行智能化管理与控制，实时监测客房状态、宾客需求、服务状况以及设备情况等，协助酒店对客房设备及内部资源进行实时控制分析。

酒店客房控制系统包括通信管理软件、客房网络控制组件/设备、网络通信设备三个部分，采用成熟的以太网TCP/IP通信协议或CAN总线协议，所有客房控制信息以C/S（客户/服务器）模式运行，保证了整个系统运行的稳定性和可靠性。

在酒店客房智能控制系统中，所有通过该系统控制的客房内受控设备既可由宾客在客房内进行本地控制，也可由经过授权的酒店工作人员在酒店局域网相应的计算机终端上进行远程设置和控制。

酒店客房控制系统提供了多种解决方案，包括一体化主机客房控制系统、模块化主机客房控制系统、CAN总线客房控制系统，无线主机客房控制系统，全面覆盖星级酒店客房控制系统的不同需求。

酒店客房智能控制系统集智能灯光控制、空调控制、服务控制与管理功能于一体，具有智能化、网络化、规范化、模块化、易扩展等特点，融入了科学的管理思想与先进的管理手段，帮助酒店各级管理人员和服务人员对酒店运行过程中产生的大量动态的、复杂的数据和信息进行及时准确的分析处理，使酒店管理由经验管理走向科学管理。

酒店客房控制系统的节能功效对酒店经济效益所带来的贡献可以立刻体现在酒店财务报表中。无论对于新建酒店还是酒店改造项目，酒店客房控制系统都是您最好的选择。