[实用新型]兆瓦级风力发电主控系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电主控系统控制技术，特别是一种兆瓦级风力发电主控系统。

背景技术

近年来，得益于国内政策导向和国际清洁能源的发展需求，我国风电装机以年均100％的速度快速发展，到2009年底，中国以2610万千瓦的装机容量位居全球第二，美国已累计装机3516万千瓦稳居榜首。

需求的快速增长也带动了我国风电设备制造业的快速发展。截至2009年4月底，国内风电机组制造商已将近有80家。主要风机制造厂家为了快速抢占市场，都致力于扩大生产规模，无力对控制系统这样技术含量较高的产品进行自主开发，因此多直接从国外品牌公司采购产品或引进技术。从我国目前的情况来看，风机其它部件，包括叶片、齿轮箱、发电机、轴承等核心部件已基本实现国产化配套，而风机控制系统的自主配套规模还相当不如人意，对国外品牌的依赖仍然较大，仍是风电设备制造业中最薄弱的环节。尤其是对兆瓦级以上大功率机组变速恒频控制技术的研究，更是最近几年的事情，这比风机技术先进国家要落后二十年时间。风力发电是一个高新技术行业，无论整机控制、系统仿真还是产品维护保养，都非常复杂，然而由于缺乏控制系统的自主知识产权，即便引进的也是受控于他人的非核心技术，虽然国外风机控制系统不菲的成套硬件价格及高昂的服务费用已使国内主机厂家不堪重负，但也只能过度地依赖国外公司。

我国在这一技术领域的起步较晚，前已述及，我国风电制造产业是从2005年开始的最近四年才得到快速发展的，国内主要风机制造厂家为了快速抢占市场，都致力于扩大生产规模，无力对控制系统这样的技术含量较高的产品进行自主开发，因此多直接从国外公司采购产品或引进技术。就风机控制系统本身的要求来看，确有它的特殊性和复杂性。从硬件来讲，风机控制系统随风机一起安装在接近自然的环境中，工作有较大振动、大范围的温度变化、强电磁干扰这样的复杂条件下，因此其硬件要求比一般系统要高得多。从软件来讲，风机要实现完全的自动控制，必须有一套与之相适应的完善的控制软件。主控系统、变桨系统和变频器需要协同工作才能实现在较低风速下的最大风能捕获、在中等风速下的定转速以及在较大风速下的恒频、恒功运行，这需要在这几大部件中有一套先进、复杂的控制算法。

风机控制系统是与风机特性高度结合的系统，包括主控、变桨和变频器在内的控制软件不仅算法复杂，而且其各项参数的设定与风机本身联系紧密，风机控制系统的任务不仅仅是实现对风机的高度自动化监控以及向电网供电，而且还必须通过合适的控制实现风能捕获的最大化和载荷的最小化，一般的自动化企业即使能研制出样机，也很难得到验证，推广就更加困难。而中小规模的风机制造商又无力进行这样的开发。因此，非常有必要开发一套具有自主知识产权、完全掌握核心技术的风电主控系统，以克服上述困难。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种能对叶片桨距角、发电机扭矩实现自动调节，并方便实现并网发电的兆瓦级风力发电主控系统。

为了达到上述目的，本实用新型所设计的一种兆瓦级风力发电主控系统，它包括主控单元、上位监控系统、变桨控制系统和变频系统，所述的主控单元由塔底控制柜和机舱控制柜组成，塔底控制柜设有主控CPU模块、远程IO扩展光纤主模块、CANOpen通信主模块、RS232扩展模块、塔底通用IO模块、第一多模光口四电口工业交换机、单模光电转换器、第一尾纤盒、就地上位机、多模光纤；机舱控制柜设有远程IO扩展光纤从模块，RS485模块，机舱通用IO模、第二多模光口四电口工业交换机、第二尾纤盒；主控单元通过单模光电转换器与上位监控系统连接，主控单元通过CANOpen通信主模块与变频系统连接，主控单元通过RS485模块与变桨控制系统相连。

为了方便设置工作状态之间的转变及控制流程，确保机组的安全运行，主控单元通过塔底控制柜中的RS232扩展模块与UPS电源连接，远程IO扩展光纤主模块与第一尾纤盒连接，RS232扩展模块与第一多模光口四电口工业交换机连接；单模光电转换器与第一尾纤盒连接，在第一多模光口四电口工业交换机上分别连接单模光电转换器、第一尾纤盒、就地上位机，在第一尾纤盒上通过多模光纤连接上位监控系统。

跟据风机的结构由于变奖的功能是改变叶片的角度，改变风机的转速，偏航电机使机舱转动，跟踪风向以获得最大风能，机舱控制柜通过RS485模块连接变频系统，机舱控制柜通过机舱通用IO模连接振动传感器，通过第二尾纤盒分别与远程IO扩展光纤从模块、第二多模光口四电口工业交换机连接。