新能源風電行業(yè)簡介

1、新能源風電行業(yè)簡介1Agenda22. 羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構3. 羅克韋爾變槳系統(tǒng)控制程序1.羅克韋爾風電方案4. 變槳系統(tǒng)耐環(huán)境測試及故障處理1.風力發(fā)電機簡介31.1 風機組成 Pitch SystemControl SystemInverter羅克韋爾產品可提供的部件：主控系統(tǒng)變槳系統(tǒng)偏航系統(tǒng)振動監(jiān)測風場管理控制器41.2 羅克韋爾產品可提供的部件 5風機主控制系統(tǒng)(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2010 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.53rd Party Grid

2、 Tie Inverter偏航驅動主控制器DeviceNet 電池或超級電容EtherNet/IP變槳控制系統(tǒng)驅動GuardLogix ControllerEtherNet/IP安全PLC3方協(xié)議狀態(tài)監(jiān)測6Matlab is used to design Control Systems and generate codeSimulink simulates the physical system. Together they allow engineersTo design, simulate and test a complete systemCode GenerationStructure

3、d TextSimulation of the Wind Turbine&Testing of CodeLogix 5000IEC-61131 plusStructured Text羅克韋爾控制器作為主控系統(tǒng)的優(yōu)勢MatLab 功能塊和狀態(tài)機模型羅克韋爾自動化是唯一能夠將Matlab設計原代碼直接導入控制器平臺的PLC供應商7風機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)7Accelerometers wired to CompactLogix relay modules for multiplexing to XM-121Ethernet to computer in local control room. Comput

4、er manages and displays data from all turbines in wind farm. Transfers data files to EmonitorDeviceNet controls XM-121 module and retrieves all dataSpeed sensorCompactLogix manages monitoring system, collects and transfers data, generates alarmsXM-121 Low Frequency module analyzes vibration data wit

5、h spectrums and band alarms6(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2010 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. Germanischer Lloyd certification for Wind水平三維診斷8實時的振動三維頻譜及時發(fā)現(xiàn)問題 水平三維診斷9熱能數(shù)據模型10風場SCADA系統(tǒng)10(Confidential For Internal Use Only) Copyright 2010 Rockwell Automation, Inc. All r

6、ights reserved.10變壓器電網計量輸電網變電站SCADA 服務器 風機 控制器風場控制器 50 ms100 %確定性所有風機同步接收數(shù)據 風機 控制器風場管理系統(tǒng)11開放、靈活的通訊以集成 多種不同外部設備及信息正確的時間、正確的信息(btw, CIP Sync optional ready) 控制回路的確定性執(zhí)行遠程實時控制與數(shù)據采集分別給予不同優(yōu)先冗余PPC方案可選風機及風場使用統(tǒng)一的標準工業(yè)以太網Ethernet/IPXML 程序文件導入導出, 用來生成外部代碼風場電站調度安全保障Turbine ControllerElectrical ConverterGenarator

7、TransformerGearboxMain controlTransformerTurbine ControllerElectrical ConverterTransformerGearboxGenaratorMain controlTransformerPower Plant Controller Power MeterGridor與傳統(tǒng)基于PC的風場控制器相比，更高的可靠性及可用性 50ms 的確定電力調度控制，符合 2013 E-ON 要求Agenda122. 羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構3. 羅克韋爾變槳系統(tǒng)控制程序1.羅克韋爾風電方案4. 變槳系統(tǒng)耐環(huán)境測試及故障處理2.羅克韋爾變槳系統(tǒng)架

8、構功率調節(jié) 根據風速，調節(jié)槳葉掃風面積 快速高響應的槳葉角度調節(jié) 系統(tǒng)正常工作時自動調節(jié)安全保護 錯誤診斷，狀態(tài)監(jiān)測 錯誤情況時收槳 緊急剎車 防雷保護 電池管理132.1 變槳系統(tǒng)設計要求2.羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構性能指標變槳變化角度090正常變槳速率 7.5/s額定轉矩36.5NM最大轉矩70NM槳葉角度精度0.05設計運行壽命大于20年運行環(huán)境溫度-20+50保護等級IP54142.2 1.5MW 風機變槳系統(tǒng)性能指標2.羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構選項選擇依據選擇要求可靠性要求在惡劣的環(huán)境下長期無人值守運行1.工業(yè)級產品：防護等級IP54/IP652.工業(yè)級接線：航空插頭和彈簧端 子，針腳應具有

9、防誤接保護功能3.工作環(huán)境：溫度范圍寬，柜體應采取防潮防鹽霧處理4.寬電源電壓輸入：帶電源短路保護和電源反接保護152.羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構處理器能力算法處理、狀態(tài)監(jiān)控、遠程通訊等任務并行進行可為任務設定優(yōu)先級，確保核心任務的執(zhí)行。可維護性要求調試、故障排除、系統(tǒng)維護和升級換代的方便支持遠程調試診斷、狀態(tài)監(jiān)控、軟件升級開發(fā)調試友好度縮短代碼編寫和算法調試的時間；便于產品的升級和更新?lián)Q代；符合IEC標準的開發(fā)語言能實現(xiàn)標準化、模塊化編程代碼開放，便于持續(xù)改進優(yōu)化162.羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構172.3 變槳系統(tǒng)功能及結構 Realize pitch angle in normal conditio

10、n Fast feathering in abnormal condition Monitor the status of pitch system Communication with Main Control system 2.羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構182.4 變槳系統(tǒng)架構2.羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構19A-B CompactLogix控制器 新一代緊湊型PAC控制器具有船級社認證內置Ethernet/IP工業(yè)以太網接口 A-B Stratix交換機8端口工業(yè)以太網交換機Profibus通訊模塊變槳柜與主控系統(tǒng)的通訊，CANOpen可選A-B Point I/O站寬溫度范圍遠程I/O站A-B P

11、F 驅動器400VAC,11Kw,22Amps外置式散熱器風扇強制冷卻，穿透式法蘭安裝柜外防護IP65，電路板帶涂層處理矢量控制（帶反饋/無反饋），V/F控制通訊故障管理，槳葉緊急控制交流電動機最大轉速3000rpm最大轉矩70Nm抱閘力矩60Nm維護便捷，免除更換碳刷的煩惱備用超級電容性能與穩(wěn)定性都大大優(yōu)于蓄電池組2.5 變槳系統(tǒng)主要部件2.羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構多種電機控制算法 基于FORCE 技術的矢量控制 配有或不配反饋編碼器 永磁電機控制 V/Hz 控制性能 點到點定位控制 運行中反饋丟失切換至速度模式 外置式散熱器，風扇強制冷卻，穿透式法蘭安裝 柜外防護IP54，柜內防護IP20 內

12、置EtherNet/IP接口反饋選件 增量式 Incremental 高分辨率反饋設備Stegmann or Heidenhain MDI - Stahltronic and/or Temposonics SSI接口的線性反饋設備 Biss 線性反饋增強的安全保護 SIL3/Cat4 Safe Speed Monitor Safe Torque-off202.6 PowerFlex 7552.羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構 采取一組5個容性電池，充滿后電壓達420450VDC的電池組，作為變頻交流主電路供電的備用電源接入直流DCBUS。當主電源斷電后，備用電源無縫切入代替供電，變頻器在母線DC BUS降

13、壓到300V過程中，可保持輸出功率在電機額定功率的80%以上。（以電機軸施加反轉矩來判斷）212.7 超級電容作為備用電源Agenda222. 羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構3. 羅克韋爾變槳系統(tǒng)控制程序1.羅克韋爾風電方案4. 變槳系統(tǒng)耐環(huán)境測試及故障處理3.羅克韋爾變槳系統(tǒng)控制程序23Task1: Communication_Main_Control Type: PeriodicPeriod: 10msTask2: MainTask Type: ContinuousTask3: System_Check Type: PeriodicPeriod: 10ms3.2 變槳系統(tǒng)程序任務列表3.羅克韋爾變槳

14、系統(tǒng)控制程序24From Main Control System receive commands To Main Control System transfer status of pitch system Task1: Communication_Main_ControlDI and DO assignations for Main Cabinet, 1, 2 and 3 Drive CabinetKey mode switch: realizing automatic and manual control of pitch systemTask2: MainTaskCheck wheth

15、er there are faults and errors for pitch system Check the emergency command from Main Control SystemTask3: System_Check3.3 各個任務主要功能Agenda252. 羅克韋爾變槳系統(tǒng)架構3. 羅克韋爾變槳系統(tǒng)控制程序1.羅克韋爾風電方案4. 變槳系統(tǒng)耐環(huán)境測試及故障處理4.變槳系統(tǒng)耐環(huán)境測試及故障處理264.1 耐環(huán)境測試項目及測試條件高低溫測試 工作溫度：-25+50，存儲及運輸溫度：-40+70 -40存儲時間：24小時。 70存儲時間：48小時 溫度變化速率：1/min正弦振動測試 振動頻率：515.8 Hz 時，樣品位移為+/- 1mm 15.8150 Hz 時，樣品加速度為1g 振動方向：XYZ三個軸向測試。每一方向掃頻10次。 掃頻速率：1oct/min4.變槳系統(tǒng)耐環(huán)境測試及故障處理27沖擊測試 沖擊形式：半正弦脈沖，峰值加速度15g，脈沖持續(xù)時間11ms 測試方向：XYZ三個軸向測試，每一方向沖擊三次。恒定濕熱測試 測試溫度：30oC，兩小時內