1、第六章 控制系统第一节控制系统的结构与功能第二节安全保护第三节信号测量第四节人机界面第一节控制系统的结构与功能一、控制系统的总体结构二、主控系统硬件三、控制系统的功能一、控制系统的总体结构图6-1控制系统的总体结构一、控制系统的总体结构图6-2微机控制原理1微机2A/D转换模块3风向仪4风速计5频率计6电压表7电流表8控制机构9其他执行机构10液压缸11偏航电动机12其他传感器13显示器14键盘二、主控系统硬件图6-3主控系统硬件结构三、控制系统的功能第二节安 全 保 护一、机组运行安全保护系统二、微控制器抗干扰保护系统三、安全链一、机组运行安全保护系统1.大风保护安全系统2.电网失电保护3.
2、参数越限保护1)超速保护：当转速传感器检测到发电机或风轮转速超过额定转速的110%时，控制器将给出正常关机指令；防止风轮超速，采取硬件设置超速上限，此上限高于软件设置的超速上限，一般在低速轴处设置风轮转速传感器，一旦超出检测上限，就引发安全保护系统动作。2)超电压保护：超电压保护是指对电气装置元件遭到的瞬间高压冲击所进行的保护，通常对控制系统交流电源进行隔离稳压保护，同时装置加高压瞬态吸收元件，提高控制系统的耐高压能力。一、机组运行安全保护系统3)超电流保护：控制系统所有的电器电路(除安全链外)都必须加过电流保护器，如熔丝、断路器等。4.振动保护5.开机保护6.关机保护二、微控制器抗干扰保护系
3、统图6-4微机控制器抗干扰系统的组成三、安全链图6-5安全链组成第三节信 号 测 量一、需要检测的信号二、主要信号测量技术一、需要检测的信号1)速度信号：发电机转速、风轮转速、偏航转速和方向等。2)温度信号：主轴承温度、齿轮箱油温、液压油油温、齿轮箱轴承温度、发电机轴承温度、发电机绕组温度、环境温度、电器柜内温度、制动器摩擦片温度等。3)位置信号：桨距角、叶尖扰流器位置、风轮偏角等。4)电气特性：电网电流、电压、功率因数、电功率、电网频率、接地故障、逆变器运行信息等。5)液流特性：液压或气压、液压油位等。6)运动和力特性：振动加速度、轴转矩、齿轮箱振动、叶根弯矩等。7)环境条件：风速、风向、湿
4、度等。二、主要信号测量技术1.测量仪表的分类及构成二、主要信号测量技术图6-6数字式仪表的构成2.基本电量测量(1)互感器互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用于分别向测量仪表、继电器的电压和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，是一种专供测量仪表、控制及保护设备用的特殊变压器。1)电磁式电压互感器：电磁式电压互感器的工作原理和结构与电力变压器相似，只是容量较小，通常只有几十伏安或几百伏安。二、主要信号测量技术图6-7电压互感器的接线二、主要信号测量技术2)电流互感器：电流互感器的作用是将高压电流和低压大电流变换成电压较低的小电流，提供给仪表使用。二、主要信号测量技术图6-8
5、电流互感器的接线二、主要信号测量技术(2)电量变送器对风力发电机发出的电量进行自动检测或对风力发电机组进行自动控制时，需要使用电量变送器，将被测电量变换成标准的直流电信号(一般为420mA的电流信号或05V的电压信号)。1)电流、电压变送器：电压、电流变送器有平均值变送器和有效值变送器，交流电压、电流测量时，常使用有效值变送器，变送器输出的标准直流电压或电流信号的大小与被测交流电压或电流的有效值成正比。2)功率变送器：功率变送器可以把被测电功率变换成与之成比例变化的标准直流电压或电流信号。(3)电压与电流的测量电压和电流是两个最基本的电量。1)用指示式仪表测量：进行电压、电流测量时，常选用指示
6、式电工仪表。二、主要信号测量技术图6-9动圈式仪表的结构a)正面b)侧剖面二、主要信号测量技术2)用数字存储示波器测量：近年来，为了实现风力发电机组的功率优化控制，普遍采用了变速恒频控制，这时，需要在发电机与电网之间接入一台电力电子变流器，使发电机和变流器馈入电网的电压和电流波形并非严格的正弦波形，用普通模拟式仪表测量时，测量精度将明显降低。3)用电量变送器测量：风力发电系统需要对电压和电流进行自动监测、检测与控制，因此，需要使用电压、电流变送器。(4)电功率测量电功率的测量通常是指有功功率的测量，需要测量无功功率时，往往需要特别指出。3.转速的测量(1)光电转速传感器光电式转速传感器可分为投
7、射式和反射式两种，风力发电机组中主要采用投射式。二、主要信号测量技术图6-10投射式光电转速传感器的测速原理二、主要信号测量技术图6-11电感式接近开关(2)电感式接近开关电感式接近开关也用于检测低速轴和高速轴的转速，其外形如图6-11所示。二、主要信号测量技术4.应力的测量二、主要信号测量技术图6-12电感式接近开关工作原理二、主要信号测量技术图6-13电感式接近开关安装实况二、主要信号测量技术(1)电阻应变法原理在外力作用下，物体内部将产生应力，应力表征了物体的受力情况。(2)应变片的种类和特点1)电阻丝式应变片：电阻丝式应变片的结构如图6-14a所示，为了增大应变片的电阻值，导线很细而且
8、排列成栅状，导线直径一般为0.025mm左右。二、主要信号测量技术图6-14应变片a)电阻丝式b)箔式2)箔式应变片：箔式应变片的结构如图6-14b所示，电阻敏感元件不是采用金属丝，而是采用光刻、腐蚀等工艺制成的金属箔栅，金属箔的厚度一般在0.0030.1mm。3)半导体应变片：应用单晶硅半导体的压阻效应制成的应变片。二、主要信号测量技术(3)应变测试系统应变测试系统由应变片、数据采集器和应变测试软件等构成。5.转矩的测量二、主要信号测量技术图6-15电阻应变法测量转矩a)应变片的粘贴b)桥式测量电路6.温度的测量二、主要信号测量技术7.振动开关二、主要信号测量技术图6-16Pt100温度传感器二、主要信号测量技术图6-17振动开关第四节人 机 界 面一、运行操作二、状态显示三、故障监测第四节人 机 界 面图6-18操作面板总缆界面一、运行操作1.机组起停及复位2.手动操作3.控制参数修改二、状态显示图6-19密码输入二、状态显示图6-20手动操作二、状态显示图6-21偏航控制参数二、状态显示图6-22齿轮箱和主轴状态参数三、故障监测图6-23故障监测窗口
