CN204646536U - 一种应用于微网的风力发电控制系统 - Google Patents

一种应用于微网的风力发电控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN204646536U
CN204646536U CN201520329171.9U CN201520329171U CN204646536U CN 204646536 U CN204646536 U CN 204646536U CN 201520329171 U CN201520329171 U CN 201520329171U CN 204646536 U CN204646536 U CN 204646536U
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind
microgrid
oar
variable pitch
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201520329171.9U
Other languages
English (en)
Inventor
李晓斌
王湛
王赟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Shipbuilding Heavy Industries (wuhan) Long Ling Electric Co Ltd
Original Assignee
China Shipbuilding Heavy Industries (wuhan) Long Ling Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Shipbuilding Heavy Industries (wuhan) Long Ling Electric Co Ltd filed Critical China Shipbuilding Heavy Industries (wuhan) Long Ling Electric Co Ltd
Priority to CN201520329171.9U priority Critical patent/CN204646536U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN204646536U publication Critical patent/CN204646536U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

本实用新型公开了一种应用于微网的风力发电控制系统，该控制系统根据包括变频器、两个PLC控制单元、变桨驱动器、变桨充电器、变桨蓄电池、变桨驱动器，本实用新型将风力发电机所涉及的柜体加热除湿、变频器、发电机、齿轮箱、刹车、偏航、气象监测以及变桨驱动器的控制都涵盖在内；通过本实用新型，该控制系统可以将异步交流发电机所发出的电能通过变频器直接并入微网的直流系统中，并可以根据微网负荷自动调节发电机输出的有功功率。本实用新型其一解决原有交流风电控制系统不能并入微网直流系统的问题；其次解决微网扩容建设成本问题，该控制系统可以根据微网容量自行设计风力发电机组容量，并保留后期扩容接口。

Description

一种应用于微网的风力发电控制系统
技术领域
本实用新型涉及到风力发电控制系统领域，具体涉及到一种应用于微网的风力发电控制系统。
技术背景
随着能源危机和环境危机的日益加剧，世界各国都在关注清洁能源和可再生能源的开发与利用。为解决雾霾天气和尾气排放，中国政府承诺到2020年实现单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％-45％、非化石能源占一次能源消费比重达到15％左右。
2015年中国政府提出要大力发展风电，推动能源领域的价格改革。随着电力体制改革的深入，支持分布式能源发展的市场环境将逐步形成，客观上促进微网、智能电网的发展。
微网一般分为直流系统和交流系统，针对交流系统的风力发电控制系统的开发较多，而如何针对微网直流系统的风电控制系统则一直少有研究，微网独成系统，风电控制如何有效跟踪负载功率的变化是其关键；其次是针对微网设计容量，风力发电机组容量之间的配比对系统设计经济成本的影响也是微网投入运行能否获益的关键。
发明内容
本实用新型的目的为了针对微网直流系统存在的技术问题，而提供一种应用于微网的风力发电控制系统。本实用新型其一解决原有交流风电控制系统不能并入微网直流系统的问题；其次解决微网扩容建设成本问题，该控制系统可以根据微网容量自行设计风力发电机组容量，并保留后期扩容接口。
本实用新型的技术方案为：
一种应用于微网的风力发电控制系统，包括变频器、两个PLC控制单元、变桨驱动器、变桨充电器、变桨蓄电池、变桨驱动器，其特征在于：变频器安装于变频器柜内，一个PLC控制单元安装于塔基控制柜内，另一个PLC控制单元、变桨驱动器安装于机舱控制柜内，变桨充电器安装于变桨充电器柜内，变桨蓄电池安装于变桨蓄电池柜内，变频器柜和塔基控制柜置于机组塔筒底部，机舱控制柜、变桨蓄电池柜和变桨充电器柜置于机舱内；
变频器分别与安装于塔基控制柜内的PLC控制单元、微网直流系统、发电机相连，安装于塔基控制柜内的PLC控制单元与安装于机舱控制柜内的PLC控制单元相连；安装于机舱控制柜内的PLC控制单元分别与变桨充电器、变桨驱动器、偏航单元、风速风向传感器相连；变桨充电器与变桨蓄电池相连，变桨蓄电池为变桨驱动器提供后备电源。
变频器用于将发电机所输出的交流电能通过功率转换为微网所需的直流电能；
安装于塔基控制柜内的PLC控制单元用于控制塔基照明、风扇及塔基柜内照明、风扇、加热；同时作为整个风力发电控制系统的主站，起到对各个单元的监控、调试和显示；
安装于机舱控制柜内的PLC控制单元用于检测机舱内部发电机、齿轮箱、偏航单元、主轴刹车、风速风向传感器以及变桨驱动器的状态并实施控制；
变桨蓄电池为变桨驱动器提供后备电源，当系统市电故障时，为变桨驱动器顺桨提供电源，将叶片顺桨至安全位置；
变桨充电器用于检测变桨蓄电池状态，并为变桨蓄电池进行充电，并对自身故障进行监测。
所述的变频器将异步发电机发出的幅值、频率不同的交流电整流成微网直流系统所需的直流，并在发电机处于冷态时，通过微网直流系统逆变为交流电，为发电机提供励磁。
所述的变桨驱动器集成在机舱控制柜内，变桨叶片角度的改变是通过变桨驱动器主电机动作推动一推杆实现3个叶片角度的同时改变；在需要时，变桨驱动直接控制副电机实施变桨的顺桨动作。
所述变桨驱动在叶片角度对应的-1度、91度以及96度位置设有位置开关；在叶片角度所对应的2度和88度位置设有接近开关，用于变桨角度的校验及系统硬件保护。
所述的变频器与安装于塔基控制柜内的PLC控制单元之间设有安全链的硬闭锁。
所述的变频器与安装于塔基控制柜内的PLC控制单元之间采用Canopen协议进行通讯，变频器设有Can卡，并设定通讯的频率以及站点号。
所述的安装于机舱控制柜内的PLC控制单元与变桨驱动器之间采用Canopen协议进行通讯。
异步发电机尾部安装有2路增量编码器，1路下行送给变频器，另1路送给机舱控制柜内的PLC控制单元。
变桨主电机尾部安装有旋转编码器和绝对编码器，变桨驱动器通过变桨主电机尾部安装的旋转编码器构建基于驱动器的速度环，变桨通过安装于机舱控制柜内的PLC控制单元检测推杆水平运动的直线位移并通过运算构建基于风力发电的位置环；旋转编码器将检测到的变桨主电机转速信号送给变桨驱动器，绝对编码器将检测到的推杠位置信号送给安装于机舱控制柜内的PLC控制单元。
本实用新型可以使该风力发电控制系统应用于国内某微网系统，并且风力机组能够根据负载功率变化调整桨叶角度，改变风力发电机组获取风能的大小，从而适应微网负载。
本实用新型变桨蓄电池，可以保证在微网系统故障时，系统具有足够的能量实施变桨叶片顺桨，保证机组处于安全位置，同时将机组输出功率降为0，有效减少微网和风机之间的耦合故障。
本实用新型针对小型风机轮毂空间窄小，小型风力发电机组将桨叶角度变化的电驱部分置于机舱内，并采用1拖3的联动装置，即采用1台变桨电机同时拖动3个叶片运动。为保证变桨驱动的可靠性，控制系统针对变桨驱动采用冗余设计。
本实用新型系统设计了变桨副电机，该电机将在变桨驱动器故障时，自动接管变桨顺桨操作，以保障系统安全。
附图说明
图1为本实用新型提供的微网风力发电控制系统布置框图；
图2为本实用新型实施例中微网风力发电控制系统的功能框图；
图3为本实用新型实施例中微网风力发电控制系统的通讯框图；
图4为本实用新型实施例中微网风力发电控制系统变桨系统模块图。
图中10－变频器柜、20－塔基控制柜、30－机舱控制柜、40－变桨蓄电池柜、50－变桨充电器柜、60－风速风向传感器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施，对本实用新型作进一步说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意的方式说明本实用新型的基本结构，显示与本实用新型有关的构成。
如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型变频器、两个PLC控制单元、变桨驱动器、变桨充电器、变桨蓄电池、变桨驱动器，其特征在于：变频器安装于变频器柜内，一个PLC控制单元安装于塔基控制柜内，另一个PLC控制单元、变桨驱动器安装于机舱控制柜内，变桨充电器安装于变桨充电器柜内，变桨蓄电池安装于变桨蓄电池柜内，变频器柜和塔基控制柜置于机组塔筒底部，机舱控制柜、变桨蓄电池柜和变桨充电器柜置于机舱内；
变频器分别与安装于塔基控制柜内的PLC控制单元、微网直流系统、发电机相连，安装于塔基控制柜内的PLC控制单元与安装于机舱控制柜内的PLC控制单元相连；安装于机舱控制柜内的PLC控制单元分别与变桨充电器、变桨驱动器、偏航单元、风速风向传感器相连；变桨充电器与变桨蓄电池相连，变桨蓄电池为变桨驱动器提供后备电源。
变频器用于将发电机所输出的交流电能通过功率转换为微网所需的直流电能；
安装于塔基控制柜内的PLC控制单元用于控制塔基照明、风扇及塔基柜内照明、风扇、加热；同时作为整个风力发电控制系统的主站，起到对各个单元的监控、调试和显示；
安装于机舱控制柜内的PLC控制单元用于检测机舱内部发电机、齿轮箱、偏航单元、主轴刹车、风速风向传感器以及变桨驱动器的状态并实施控制；
变桨蓄电池为变桨驱动器提供后备电源，当系统市电故障时，为变桨驱动器顺桨提供电源，将叶片顺桨至安全位置；
变桨充电器用于检测变桨蓄电池状态，并为变桨蓄电池进行充电，并对自身故障进行监测。
所述的变频器将异步发电机发出的幅值、频率不同的交流电整流成微网直流系统所需的直流，并在发电机处于冷态时，通过微网直流系统逆变为交流电，为发电机提供励磁。
所述的变桨驱动器集成在机舱控制柜内，变桨叶片角度的改变是通过变桨驱动器主电机动作推动一推杆实现3个叶片角度的同时改变；在需要时，变桨驱动直接控制副电机实施变桨的顺桨动作。
所述变桨驱动在叶片角度对应的-1度、91度以及96度位置设有位置开关；在叶片角度所对应的2度和88度位置设有接近开关，用于变桨角度的校验及系统硬件保护。
所述的变频器与安装于塔基控制柜内的PLC控制单元之间设有安全链的硬闭锁。
所述的变频器与安装于塔基控制柜内的PLC控制单元之间采用Canopen协议进行通讯，变频器设有Can卡，并设定通讯的频率以及站点号。
所述的安装于机舱控制柜内的PLC控制单元与变桨驱动器之间采用Canopen协议进行通讯。
变桨主电机尾部安装有旋转编码器和绝对编码器，变桨驱动器通过变桨主电机尾部安装的旋转编码器构建基于驱动器的速度环，变桨通过安装于机舱控制柜内的PLC控制单元检测推杆水平运动的直线位移并通过运算构建基于风力发电的位置环；旋转编码器将检测到的变桨主电机转速信号送给变桨驱动器，绝对编码器将检测到的推杠位置信号送给安装于机舱控制柜内的PLC控制单元。
图2为实施例中微网风力发电控制系统的功能框图。该控制系统包括获取风能、保障系统安全可靠性以及监控风电机组运行的功能，具体为变频器供电及控制、齿轮箱控制、偏航控制、发电机控制、变桨控制、电网监测模块、紧急停机、PILZ安全链以及柜内照明加热等。
图3为实施例中微网风力发电控制系统的通讯框图。整个风电控制系统由塔基控制柜主站和机舱控制柜从站组成。主站和从站之间采用光纤进行通讯。主站与变频器之间，以及从站和变桨驱动器之间采用Canbus总线通讯；主站和电网监测模块，以及主站和触摸屏显示模块之间采用Modbus总线通讯。
图4为实施例中微网风力发电控制系统变桨模块图。变桨驱动不仅采用了后备电源，并设计有备用副电机，以提高变桨安全顺桨可靠性；变桨设有2套编码器信息采集，用于构建系统的速度环和位置环，提高系统的控制精度。
这里，变频器柜为满足风电机组柜内的环境要求，在柜体外侧装有工业空调，使得在全寿命周期内柜内温度可在-10度－+45度内进行调节，保证发电机组在全功率范围内有效运行。
这里，变频器柜内直流母线接口电压范围为：570VDC—640VDC，直流母线电压可以在一定范围内进行波动，变频器设计预留了一定的电压裕量，以满足功率调节对直流母线电压波动的影响。
这里，变桨驱动器采用交流伺服驱动器，通讯支持RS232、CAN以及EtherCAT接口；其编码器接口可以支持脉冲、模拟量、增量编码器以及基于Biss,hiperface,EndDat协议的绝对编码器。
这里，变桨驱动器开放其直流母线接口，通过二极管和变桨蓄电池连接。变桨蓄电池选用12VDC 7.2AH，由24节串联而成。驱动器工作的直流母线电压范围为220VDC-580VDC。变桨蓄电池可以保证在额定转矩的情况下，伺服驱动器能以6度/秒的变桨速度进行顺桨。
这里，变桨电机选用永磁同步伺服电机，自带有供电和刹车制动接口，1旋转编码器接口以及1绝对编码器接口。其中旋转编码器只能用于速度环，而绝对编码器既可用于速度环调节，又可以用于位置环调节；
这里，变桨副电机采用交流异步电机，功率为3KW，可以实现全功率启动。在变桨驱动器或者变桨主电机故障的情况下，由变桨副电机实施安全紧急顺桨；进一步地，也可以在PLC故障或者变桨驱动器故障的情况下，通过系统硬件电路实施紧急顺桨，并触发系统位置开关而停机。
这里，为了系统现场调试和维护的方便，在塔基控制柜面板上特设置有触摸屏和电网测量模块。电网测量模块上液晶显示屏可以直接显示风电机组系统的直流母线电压，交流电压以及系统有功和无功功率；触摸屏则可以在现场实施机组单机构和整机运行控制。
本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上内容，必须根据权利要求范围来确定其技术范围。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种应用于微网的风力发电控制系统，包括变频器、两个PLC控制单元、变桨驱动器、变桨充电器、变桨蓄电池、变桨驱动器，其特征在于：变频器安装于变频器柜内，一个PLC控制单元安装于塔基控制柜内，另一个PLC控制单元、变桨驱动器安装于机舱控制柜内，变桨充电器安装于变桨充电器柜内，变桨蓄电池安装于变桨蓄电池柜内，变频器柜和塔基控制柜置于机组塔筒底部，机舱控制柜、变桨蓄电池柜和变桨充电器柜置于机舱内；
变频器分别与安装于塔基控制柜内的PLC控制单元、微网直流系统、发电机相连，安装于塔基控制柜内的PLC控制单元与安装于机舱控制柜内的PLC控制单元相连；安装于机舱控制柜内的PLC控制单元分别与变桨充电器、变桨驱动器、偏航单元、风速风向传感器相连；变桨充电器与变桨蓄电池相连，变桨蓄电池为变桨驱动器提供后备电源。
2.根据权利要求1所述的应用于微网的风力发电控制系统，其特征在于：所述的变频器将异步发电机发出的幅值、频率不同的交流电整流成微网直流系统所需的直流，并在发电机处于冷态时，通过微网直流系统逆变为交流电，为发电机提供励磁。
3.根据权利要求1所述的应用于微网的风力发电控制系统，其特征在于：所述的变桨驱动器集成在机舱控制柜内，变桨叶片角度的改变是通过变桨驱动器主电机动作推动一推杆实现3个叶片角度的同时改变；在需要时，变桨驱动直接控制副电机实施变桨的顺桨动作。
4.根据权利要求3所述的应用于微网的风力发电控制系统，其特征在于：所述变桨驱动在叶片角度对应的-1度、91度以及96度位置设有位置开关；在叶片角度所对应的2度和88度位置设有接近开关。
5.根据权利要求1所述的应用于微网的风力发电控制系统，其特征在于：所述的变频器与安装于塔基控制柜内的PLC控制单元之间设有安全链的硬闭锁。
6.根据权利要求1所述的应用于微网的风力发电控制系统，其特征在于：所述的变频器与安装于塔基控制柜内的PLC控制单元之间采用Canopen协议进行通讯，变频器设有Can卡，并设定通讯的频率以及站点号。
7.根据权利要求1所述的应用于微网的风力发电控制系统，其特征在于：所述的安装于机舱控制柜内的PLC控制单元与变桨驱动器之间采用Canopen协议进行通讯。
8.根据权利要求1所述的应用于微网的风力发电控制系统，其特征在于：异步发电机尾部安装有2路增量编码器，1路下行送给变频器，另1路送给机舱控制柜内的PLC控制单元。
9.根据权利要求1所述的应用于微网的风力发电控制系统，其特征在于：变桨主电机尾部安装有旋转编码器和绝对编码器，变桨驱动器通过变桨主电机尾部安装的旋转编码器构建基于驱动器的速度环，变桨通过安装于机舱控制柜内的PLC控制单元检测推杆水平运动的直线位移并通过运算构建基于风力发电的位置环；旋转编码器将检测到的变桨主电机转速信号送给变桨驱动器，绝对编码器将检测到的推杠位置信号送给安装于机舱控制柜内的PLC控制单元。
CN201520329171.9U 2015-05-20 2015-05-20 一种应用于微网的风力发电控制系统 Active CN204646536U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201520329171.9U CN204646536U (zh) 2015-05-20 2015-05-20 一种应用于微网的风力发电控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201520329171.9U CN204646536U (zh) 2015-05-20 2015-05-20 一种应用于微网的风力发电控制系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN204646536U true CN204646536U (zh) 2015-09-16

Family

ID=54099298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201520329171.9U Active CN204646536U (zh) 2015-05-20 2015-05-20 一种应用于微网的风力发电控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN204646536U (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018082372A1 (zh) * 2016-11-04 2018-05-11 邝嘉豪 扇叶可转向的风力发电风车
CN110080954A (zh) * 2019-05-11 2019-08-02 林荣密 一种风力发电远程风向风速检测机构
CN110345018A (zh) * 2019-08-09 2019-10-18 国电联合动力技术(连云港)有限公司 双馈式风力发电机组的综合测试装置及其测试方法
CN113323807A (zh) * 2021-06-21 2021-08-31 国电南京自动化股份有限公司 一种风力发电机组主控系统

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018082372A1 (zh) * 2016-11-04 2018-05-11 邝嘉豪 扇叶可转向的风力发电风车
CN110080954A (zh) * 2019-05-11 2019-08-02 林荣密 一种风力发电远程风向风速检测机构
CN110345018A (zh) * 2019-08-09 2019-10-18 国电联合动力技术(连云港)有限公司 双馈式风力发电机组的综合测试装置及其测试方法
CN110345018B (zh) * 2019-08-09 2021-01-01 国电联合动力技术(连云港)有限公司 双馈式风力发电机组的综合测试方法
CN113323807A (zh) * 2021-06-21 2021-08-31 国电南京自动化股份有限公司 一种风力发电机组主控系统
CN113323807B (zh) * 2021-06-21 2022-05-24 国电南京自动化股份有限公司 一种风力发电机组主控系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204646536U (zh) 一种应用于微网的风力发电控制系统
CN102787975B (zh) 一种基于交流永磁同步电机的风电变桨控制系统
CN103558030B (zh) 风力发电机组电动变桨距实验平台
CN201821121U (zh) 风光互补独立电源
KR20130039865A (ko) 저속 풍력을 이용한 하이브리드 발전 시스템
CN204458203U (zh) 一种plc控制的风力发电系统
CN203243105U (zh) 汽车分布式电源装置
CN102619686B (zh) 一种具有低电压穿越能力的变桨控制装置及控制方法
CN201650588U (zh) 无刷风力发电机控制装置
CN202228276U (zh) 风电交流变桨收桨控制系统
CN205370848U (zh) 一种风电变桨系统的伺服驱动装置
CN202926525U (zh) 一种新型发电装置
CN204361959U (zh) 一种太阳能风机发电控制装置
CN202091116U (zh) 风力发电机变桨距控制装置
CN201428558Y (zh) 风力发电机的软风启动装置
CN206186810U (zh) 一种风能电动房车
CN205876630U (zh) 一种公路发电装置
CN103498761B (zh) 风力储能发电系统
KR20160001338U (ko) 타워형 풍력 및 태양광 복합발전기
CN205754100U (zh) 一种风电变桨专用的高可靠性交流驱动器
CN204425229U (zh) 一种由风光互补发电装置提供电源的高速公路监控设备
CN204024920U (zh) 一种双馈风力发电装置
CN204253279U (zh) 一种小型风力发电机桨叶角控制器
CN102518554B (zh) 风力发电机组变桨控制系统
CN203098143U (zh) 一种风电交流变桨控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 430074 No.1, Canglong North Road, Fenghuang Industrial Park, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province

Patentee after: THE CHINESE HEAVY INDUSTRIES (WUHAN) LINGJIU ELECTRIC Co.,Ltd.

Address before: 430074 No. 6, fozuling 1st Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province

Patentee before: THE CHINESE HEAVY INDUSTRIES (WUHAN) LINGJIU ELECTRIC Co.,Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder