專利名稱：一種風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組是目前風(fēng)電市場(chǎng)應(yīng)用較多的機(jī)型。一般來(lái)講，風(fēng)力機(jī)通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)組自身狀態(tài)、電網(wǎng)狀態(tài)及周圍環(huán)境如溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等情況，綜合判斷后發(fā)出相應(yīng)控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制及保護(hù)。目前對(duì)失速型風(fēng)力機(jī)的控制往往存在著以下不足之處首先，風(fēng)電機(jī)組往往工作在條件較為惡劣的野外環(huán)境，雷電、電磁干擾等會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組特別是電控系統(tǒng)產(chǎn)生危害。目前風(fēng)電機(jī)組的控制器在抗電磁干擾方面存在不足。
其次，由于風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量不斷擴(kuò)大，控制需求也在不斷增加?，F(xiàn)有控制器，如采用單片機(jī)或工控機(jī)的風(fēng)電機(jī)組控制器，控制功能已經(jīng)局限在一塊控制板上或者集中在工控機(jī)的擴(kuò)展槽上，當(dāng)控制點(diǎn)數(shù)增加時(shí)不利于功能的擴(kuò)展，使得控制器升級(jí)的時(shí)間和費(fèi)用都大大增加；同時(shí)當(dāng)控制器出現(xiàn)故障時(shí)也不利于故障的查找和維護(hù)。
第三，大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別是異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)在直接切入電網(wǎng)時(shí)會(huì)對(duì)機(jī)組造成較大的沖擊。因此，感應(yīng)發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)時(shí)，需要采用一定的控制手段，使并網(wǎng)沖擊減小，目前的并網(wǎng)控制方法仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)。
第四，當(dāng)風(fēng)速變小時(shí)，風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入負(fù)功率狀態(tài)，因此，機(jī)組需要脫網(wǎng)以減小電力消耗。目前，小風(fēng)停機(jī)的控制方法存在一些問(wèn)題。如失速型風(fēng)力機(jī)在發(fā)電運(yùn)行中，當(dāng)遇到風(fēng)速變小而出現(xiàn)負(fù)功率時(shí)，通過(guò)甩出葉尖(即葉尖擾流器)來(lái)執(zhí)行剎車，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到較小值后上機(jī)械剎車，使機(jī)組完全制動(dòng)，同時(shí)收回葉尖。這種方法，對(duì)高速閘的磨損較為嚴(yán)重。同時(shí)，頻繁的使用高速閘剎車對(duì)機(jī)組的機(jī)械沖擊也很大。一種控制方法是在轉(zhuǎn)速降低后，收回葉尖，但不上機(jī)械剎車，而是保持葉輪的自由輪狀態(tài)。但是，這在實(shí)際中會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。當(dāng)風(fēng)速持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間較小時(shí)，機(jī)組采用葉尖剎車降低轉(zhuǎn)速后，如立即收回葉尖，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)立即上升，直到達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速后切入電網(wǎng)。由于風(fēng)速較小，機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)負(fù)功率，又要執(zhí)行甩葉尖的剎車動(dòng)作，如此反復(fù)，造成機(jī)組的頻繁并網(wǎng)和脫網(wǎng)。短時(shí)間并網(wǎng)次數(shù)過(guò)多，會(huì)造成對(duì)機(jī)組的多次沖擊。短時(shí)間脫網(wǎng)過(guò)多，葉尖頻繁收甩，嚴(yán)重影響葉尖的使用壽命。因此迫切需要一種好的控制方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
第五，由于風(fēng)力機(jī)控制器不僅僅需要完成對(duì)單臺(tái)風(fēng)力機(jī)的控制，同時(shí)還需要為風(fēng)電場(chǎng)中央控制室集中監(jiān)控計(jì)算機(jī)提供通信接口，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力機(jī)群的集中監(jiān)控。現(xiàn)有風(fēng)力機(jī)控制器一般采用傳統(tǒng)的RS485串行通訊方式或者電話撥號(hào)方式，通信速度慢、誤碼率高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種穩(wěn)定性好，功能擴(kuò)展方便，控制方法得當(dāng)，與上位機(jī)通訊高速穩(wěn)定，能在惡劣環(huán)境下工作的功能強(qiáng)大的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
本發(fā)明包括中心控制器(PLC)、中間繼電器板、軟并網(wǎng)控制板、操作員面板以及與控制對(duì)象相連的接線端子。其中，中心控制器由Siemens公司的S7-300PLC系列模塊構(gòu)成，包括一個(gè)電源模塊、1個(gè)CPU模塊、1個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入模塊、1個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出模塊、1個(gè)高速計(jì)數(shù)模塊、1個(gè)模擬量輸入模塊和1個(gè)通訊模塊。中間繼電器板由多個(gè)直流線圈繼電器構(gòu)成，用于輸入、輸出信號(hào)的隔離。軟并網(wǎng)控制板由89C51單片機(jī)系統(tǒng)、同步信號(hào)采集電路、定子電流檢測(cè)電路、觸發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大電路和光耦隔離電路構(gòu)成。中間繼電器板、軟并網(wǎng)控制板分別與中心控制器的輸入、輸出模塊相連接，并通過(guò)接線端子與控制對(duì)象相連接。
本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的工作過(guò)程描述如下(1)系統(tǒng)上電開(kāi)始運(yùn)行自檢程序，檢查系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。同時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)參數(shù)，檢查電網(wǎng)狀態(tài)是否正常；(2)若系統(tǒng)和電網(wǎng)狀態(tài)都正常，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，閉合安全鏈；(3)中心控制器發(fā)出啟動(dòng)液壓泵命令，液壓泵開(kāi)啟，將液壓油從油箱中泵出，系統(tǒng)壓力開(kāi)始上升，當(dāng)系統(tǒng)壓力升到設(shè)定值時(shí)，停止液壓泵；(4)中心控制器發(fā)出打開(kāi)葉尖電磁閥命令，液壓油進(jìn)入葉片油缸，依靠油的壓力收回葉尖；(5)檢測(cè)系統(tǒng)各個(gè)輸入點(diǎn)的參數(shù)值，如溫度、壓力、風(fēng)速、轉(zhuǎn)速等信號(hào)，通過(guò)對(duì)加熱器、液壓泵、齒輪油泵的控制，使風(fēng)電機(jī)組各部分的溫度、壓力保持在設(shè)定值范圍之內(nèi)；(6)調(diào)用故障檢測(cè)與處理程序，如各點(diǎn)參數(shù)值超出預(yù)先設(shè)定的范圍，則給出故障報(bào)警；(7)如沒(méi)有故障，并且風(fēng)速達(dá)到偏航風(fēng)速，則啟動(dòng)偏航程序，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的自動(dòng)對(duì)風(fēng)；(7)對(duì)風(fēng)結(jié)束后，如風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速，則進(jìn)入風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)程序。松高速閘，葉輪在風(fēng)的升力作用下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)；(8)當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)軟并網(wǎng)程序。閉合電機(jī)接觸器，軟并網(wǎng)控制器按一定的觸發(fā)角順序觸發(fā)可控硅，同時(shí)檢測(cè)并網(wǎng)電流，當(dāng)并網(wǎng)電流超過(guò)設(shè)定值，則保持當(dāng)前觸發(fā)角不變。隨著轉(zhuǎn)速上升，電流下降到允許值以內(nèi)時(shí)，繼續(xù)觸發(fā)可控硅，直到可控硅完全導(dǎo)通，這時(shí)閉合旁路接觸器，切除軟并網(wǎng)裝置，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)可靠并入電網(wǎng)，并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束；(9)如果步驟(8)中的并網(wǎng)時(shí)間超出預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，則啟動(dòng)正常停機(jī)程序，終止并網(wǎng)過(guò)程；(10)成功并入電網(wǎng)后，根據(jù)發(fā)電機(jī)發(fā)出有功的情況，投入電容器，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，使功率保持在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)；(11)當(dāng)風(fēng)速變小時(shí)，如果發(fā)電機(jī)持續(xù)一段時(shí)間(可設(shè)定)發(fā)出負(fù)功率，則啟動(dòng)小風(fēng)停機(jī)程序。具體過(guò)程為當(dāng)執(zhí)行小風(fēng)停機(jī)時(shí)，甩出葉尖，執(zhí)行空氣剎車，但不執(zhí)行機(jī)械剎車(即不上高速閘)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低到300轉(zhuǎn)/分時(shí)，收回葉尖。收回葉尖后，轉(zhuǎn)速可能會(huì)立即上升，有可能再次達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，并切入電網(wǎng)。這時(shí)進(jìn)行1小時(shí)倒計(jì)時(shí)，并記錄并網(wǎng)次數(shù)。當(dāng)1小時(shí)內(nèi)并網(wǎng)次數(shù)達(dá)到4次，則置小電機(jī)并網(wǎng)限制標(biāo)志為1。如果電機(jī)轉(zhuǎn)速第5次達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，而且小電機(jī)并網(wǎng)限制標(biāo)志為1，這時(shí)，不執(zhí)行并網(wǎng)程序，電機(jī)維持空轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果電機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，達(dá)到大電機(jī)并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，則執(zhí)行大電機(jī)并網(wǎng)程序。當(dāng)1小時(shí)倒計(jì)時(shí)結(jié)束，則清除并網(wǎng)次數(shù)的計(jì)數(shù)，同時(shí)清除小電機(jī)并網(wǎng)限制標(biāo)志(標(biāo)志置0)。
同時(shí)，本發(fā)明的控制器還提供了支持現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的PROFIBUS通信接口。
與現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組控制器相比，本發(fā)明具有以下積極效果采用PLC作為中心控制器，功能模塊組合結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好、便于功能擴(kuò)展。風(fēng)電機(jī)組控制器之間以及風(fēng)電機(jī)組控制器與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間采用了面向未來(lái)的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)，一組通信節(jié)點(diǎn)達(dá)到126個(gè)，通信速率達(dá)到1.5Mbps，確保了通訊的快速性和有效性，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制。
整個(gè)控制器采用集散控制結(jié)構(gòu)，中心控制器PLC作為主控制器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)，89C51單片機(jī)系統(tǒng)作為從CPU系統(tǒng)完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng)控制，在工作方式上聽(tīng)從主控制器的指令。
中心控制器PLC與控制對(duì)象之間設(shè)置中間繼電器板。中間繼電器板上可以設(shè)置多個(gè)直流線圈繼電器，因此可以靈活實(shí)現(xiàn)對(duì)多路輸入/輸出信號(hào)的隔離，確保了中心控制器的安全。
采用了限流軟并網(wǎng)方式，確保了大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)切入電網(wǎng)時(shí)，過(guò)程柔和平穩(wěn)，減小對(duì)整個(gè)機(jī)組的沖擊。
先進(jìn)實(shí)用的小風(fēng)停機(jī)方法，不上機(jī)械剎車，減少了對(duì)高速閘的磨損；限制1小時(shí)內(nèi)的并網(wǎng)次數(shù)，避免了發(fā)電機(jī)頻繁并網(wǎng)、脫網(wǎng)現(xiàn)象的發(fā)生。
本發(fā)明采用了模塊化組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)輸入/輸出信號(hào)的多少，可以增加或減少I/O模塊，硬件組態(tài)靈活。
中間繼電器板上繼電器的數(shù)量根據(jù)要求可以靈活增減，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同系統(tǒng)的靈活配置。這種方式確保了中心控制器的安全性，同時(shí)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力。


圖1為本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組控制器原理結(jié)構(gòu)圖。
圖2為中間繼電器板原理圖。
圖3為軟并網(wǎng)控制原理圖。
圖4為電流測(cè)量單元電路圖。
圖5為驅(qū)動(dòng)單元中一路驅(qū)動(dòng)電路圖。
圖6為同步信號(hào)獲取單元電路圖。
圖7為軟并網(wǎng)控制流程圖。
圖8為小風(fēng)停機(jī)控制流程圖。
圖9與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組控制器的原理結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本發(fā)明主要由中心控制器PLC、中間繼電器板、軟并網(wǎng)控制板、顯示操作面板(操作員面板)以及與電量采集模塊、外部傳感器、外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)、3組反并聯(lián)晶閘管等模塊相連的插拔式接線端子構(gòu)成，并統(tǒng)一安裝在一個(gè)防護(hù)等級(jí)為IP54的箱體內(nèi)。中心控制器由Siemens公司的S7-300PLC系列模塊組成，排在柜體安裝板的正中上方。中心控制器PLC主要包括以下模塊PS307電源模塊，CPU模塊315-2DP，數(shù)字量輸入模塊DI，數(shù)字量輸出模塊DO，高速計(jì)數(shù)模塊FM350-2，模擬量輸入模塊AI，通信模塊CP340。中間繼電器板和軟并網(wǎng)控制板排在中心控制器PLC的下方。柜體最下方是一排易于插拔的接線端子，用于與控制對(duì)象和傳感器進(jìn)行信號(hào)連接。插拔式接線端子排的1號(hào)、2號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的1號(hào)晶閘管的陰極和門極連接。3號(hào)、4號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的2號(hào)晶閘管的陰極和門極連接。5號(hào)、6號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的3號(hào)晶閘管的陰極和門極連接。7號(hào)、8號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的4號(hào)晶閘管的陰極和門極連接。9號(hào)、10號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的5號(hào)晶閘管的陰極和門極連接。11號(hào)、12號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的6號(hào)晶閘管的陰極和門極連接。13號(hào)端子與外部傳感器的閘釋放信號(hào)連接，14號(hào)端子與外部傳感器的齒輪油位信號(hào)連接，15號(hào)端子與外部傳感器的液壓油位信號(hào)連接，16號(hào)端子與外部傳感器的閘磨損信號(hào)連接，17號(hào)端子與外部傳感器的偏航過(guò)載信號(hào)連接，18號(hào)端子與外部傳感器的電機(jī)反饋信號(hào)連接，19號(hào)端子與外部傳感器的旁路反饋信號(hào)連接，20號(hào)端子與外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)接觸器連接，21號(hào)端子與外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)旁路接觸器連接，22號(hào)端子與外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)高速閘剎車連接，23號(hào)端子與外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)葉尖電磁閥連接，24號(hào)端子與外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)右偏航電機(jī)連接，25號(hào)端子與外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)左偏航電機(jī)連接，26號(hào)端子與外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)齒輪泵連接，27號(hào)端子與外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓泵連接，28號(hào)端子與外部傳感器風(fēng)速信號(hào)連接，29號(hào)端子與外部傳感器電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)連接，30號(hào)端子與外部傳感器葉輪轉(zhuǎn)速信號(hào)連接，31號(hào)端子與外部傳感器電機(jī)溫度信號(hào)連接，32號(hào)端子與外部傳感器齒輪油溫度信號(hào)連接，33號(hào)端子與外部傳感器環(huán)境溫度信號(hào)連接，34號(hào)端子與外部傳感器風(fēng)向信號(hào)連接，35號(hào)端子與外部傳感器系統(tǒng)壓力信號(hào)連接，36號(hào)端子與外部傳感器葉尖壓力信號(hào)連接。
中間繼電器板與中心控制器PLC的數(shù)字量輸入模塊DI、數(shù)字量輸出模塊DO相連接。軟并網(wǎng)控制板與中心控制器PLC的數(shù)字量輸入模塊DI、數(shù)字量輸出模塊DO相連接。高速計(jì)數(shù)模塊FM350-2用來(lái)檢測(cè)風(fēng)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速和葉輪轉(zhuǎn)速。模擬量輸入模塊AI用來(lái)檢測(cè)溫度和壓力信號(hào)。通信模塊CP340的RS485端口通過(guò)通信電纜與外部傳感器電量采集模塊連接，用來(lái)檢測(cè)電量參數(shù)。整個(gè)箱體采用左側(cè)單開(kāi)門結(jié)構(gòu)，顯示操作面板與CPU模塊315-2DP的MPI接口相連接，安裝在柜門的正中間。CPU模塊315-2DP的DP接口用來(lái)接入PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)，可以連接下一個(gè)站點(diǎn)或遠(yuǎn)程監(jiān)控PC機(jī)。CPU模塊315-2DP的MPI接口與顯示操作面板相連接。CPU模塊315-2DP的DP接口與下一個(gè)站點(diǎn)或遠(yuǎn)程PC機(jī)相連接。數(shù)字量輸入模塊DI的9通道與軟并網(wǎng)控制板的51OK信號(hào)連接；8通道與軟并網(wǎng)控制板的END信號(hào)連接。
中間繼電器板原理如圖2所示，PI1~PI8分別為連接到中心控制器PLC的8路數(shù)字量輸入信號(hào)，電源使用PLC24VDC。其具體接線方式為數(shù)字量輸入模塊DI的7通道與中間繼電器板的PI1連接；6通道與中間繼電器板的PI2連接；5通道與中間繼電器板的PI3連接；4通道與中間繼電器板的PI4連接；3通道與中間繼電器板的PI5連接；2通道與中間繼電器板的PI6連接；1通道與中間繼電器板的PI7連接。I1~I7為外部輸入信號(hào)，電源使用外部24VDC。如圖1所示，其具體接線方式為I1與圖1端子排的13號(hào)端子閘釋放信號(hào)連接；I2與端子排的14號(hào)端子齒輪油位連接；I3與端子排的15號(hào)端子液壓油位連接；I4與端子排的16號(hào)端子閘磨損連接；I5與端子排的17號(hào)端子偏航過(guò)載連接；I6與端子排的18號(hào)端子電機(jī)反饋連接；I7與端子排的19號(hào)端子旁路反饋連接。
以第一路輸入信號(hào)閘釋放信號(hào)I1為例。當(dāng)閘釋放時(shí)，I1有輸入，繼電器線圈帶電，繼電器輸出觸點(diǎn)吸合，即PI1得電為高電平，中心控制器PLC通過(guò)數(shù)字量輸入模塊DI的7通道獲得這一信息。由于PI1與I1使用不同的電源，因此實(shí)現(xiàn)了外部輸入與PLC的隔離。
如圖2所示，PO1~PO8分別為連接到PLC的8路數(shù)字量輸出信號(hào)，電源使用PLC24VDC。其具體接線方式為數(shù)字量輸出模塊DO的9通道與軟并網(wǎng)控制板的ON/OFF端連接；8通道與中間繼電器板的PO8連接；7通道與中間繼電器板的PO7連接；6通道與中間繼電器板的PO6連接5通道與中間繼電器板的PO5連接；4通道與中間繼電器板的PO4連接；3通道與中間繼電器板的PO3連接；2通道與中間繼電器板的PO2連接；1通道與中間繼電器板的PO1連接。O1~O8為控制輸出信號(hào)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如電磁閥等，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)動(dòng)作，電源使用外部24VDC。如圖1所示，其具體接線方式為O8與插拔式接線端子排的20號(hào)端子電機(jī)接觸器連接；O7與端子排的21號(hào)端子旁路接觸器連接；O6與端子排的22號(hào)端子(高速閘剎車連接；O5與端子排的23號(hào)端子葉尖電磁閥連接；O4與端子排的24號(hào)端子右偏航電機(jī)連接；O3與端子排的25號(hào)端子左偏航電機(jī)連接；O2與端子排的26號(hào)端子齒輪泵連接；O1與端子排的27號(hào)端子液壓泵連接。
也以第一路輸出信號(hào)PO1電機(jī)接觸器為例。當(dāng)中心控制器PLC需要吸合電機(jī)接觸器時(shí)，第一路PO1輸出，PO1為高電平，第一路輸出繼電器線圈得電，繼電器輸出觸點(diǎn)閉合，O1獲得高電平，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)接觸器吸合電路，電機(jī)接觸器線圈帶電，電機(jī)接觸器吸合。同樣，由于PO1和O1使用不同的電源，因此實(shí)現(xiàn)了PLC輸出與外部的隔離，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
高速計(jì)數(shù)模塊FM350-2的3通道與28號(hào)端子風(fēng)速連接，獲取風(fēng)速信號(hào)。4通道與29號(hào)端子電機(jī)轉(zhuǎn)速連接，獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速。5通道與30號(hào)端子葉輪轉(zhuǎn)速連接，獲取葉輪轉(zhuǎn)速。
模擬量輸入模塊AI的6通道與31號(hào)端子電機(jī)溫度連接，獲取電機(jī)溫度。模擬量輸入模塊AI的5通道與32號(hào)端子齒輪油溫連接，獲取齒輪油溫度。模擬量輸入模塊AI的4通道與33號(hào)端子環(huán)境溫度連接，獲取環(huán)境溫度。模擬量輸入模塊AI的3通道與34號(hào)端子風(fēng)向連接，獲取風(fēng)向信號(hào)。模擬量輸入模塊AI的2通道與35號(hào)端子系統(tǒng)壓力連接，獲取系統(tǒng)壓力信號(hào)。模擬量輸入模塊AI的1通道與36號(hào)端子葉尖壓力連接，獲取葉尖壓力信號(hào)。
通信模塊CP340的RS485端口通過(guò)一根通信電纜與外部的電量采集模塊連接，來(lái)獲取電網(wǎng)參數(shù)。
圖3為軟并網(wǎng)控制原理圖。其組成包括控制核心部分AT89C51單片機(jī)單元，電流測(cè)量單元，同步信號(hào)獲取單元，驅(qū)動(dòng)單元，與中心控制器PLC之間的信號(hào)交換線路。其具體連接方式是電機(jī)定子電流經(jīng)過(guò)電流互感器接到電流測(cè)量單元的輸入端，電流測(cè)量單元的輸出接到AT89C51單片機(jī)的輸入口P3.3(中斷管腳INT1)，電網(wǎng)的A，C兩相接到同步信號(hào)獲取單元的輸入端，同步信號(hào)獲取單元的輸出syn信號(hào)接到AT89C51單片機(jī)的輸入口P3.2(中斷管腳INT0)，中心控制器PLC的數(shù)字量輸出模塊DO的9通道(ON/OFF信號(hào))連接到AT89C51單片機(jī)的輸入口P3.0，中心控制器PLC的數(shù)字量輸入模塊DI的9通道(51OK信號(hào))連接到AT89C51單片機(jī)的輸出口P1.6，中心控制器PLC的數(shù)字量輸入模塊DI的8通道(end信號(hào))連接到AT89C51單片機(jī)的輸出口P1.7。驅(qū)動(dòng)單元與3組反并聯(lián)的晶閘管連接。
本發(fā)明采用了限流軟切入并網(wǎng)控制策略。軟并網(wǎng)控制核心是Atmel 89C51微處理器，與中心控制器PLC組成集散控制系統(tǒng)。軟并網(wǎng)控制板由89C51單片機(jī)系統(tǒng)、同步信號(hào)獲取電路、定子電流測(cè)量電路、觸發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，具有同步信號(hào)檢測(cè)功能、定子電流檢測(cè)與比較功能。軟并網(wǎng)控制的基本原理是在規(guī)定的并網(wǎng)時(shí)間內(nèi)，AT89C51單片機(jī)向3組反并聯(lián)的晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖，控制晶閘管的導(dǎo)通角不斷增加，即控制電機(jī)的定子電壓逐步提高，以達(dá)到電機(jī)軟并網(wǎng)的目的。在控制晶閘管導(dǎo)通角的同時(shí)，不斷檢測(cè)定子電流，當(dāng)定子電流超過(guò)預(yù)先設(shè)定值時(shí)，導(dǎo)通角將停止增加，直到電流小于設(shè)定值后，再按預(yù)先設(shè)定的步驟繼續(xù)進(jìn)行，直到晶閘管完全導(dǎo)通。當(dāng)并網(wǎng)時(shí)間超過(guò)允許的最大值時(shí)，報(bào)并網(wǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)故障，退出并網(wǎng)過(guò)程，風(fēng)電機(jī)組執(zhí)行正常停機(jī)。
定子電流經(jīng)過(guò)電流互感器再通過(guò)電流測(cè)量電路接到AT89C51單片機(jī)的P3.3口(中斷口INT1)，電流測(cè)量單元的電路如圖4所示。其連接方式與工作過(guò)程為定子電流經(jīng)過(guò)電流互感器轉(zhuǎn)換成低壓交流信號(hào)VBJ，經(jīng)過(guò)二極管D2IN4007半波整流后，經(jīng)過(guò)10K電阻R51和C5組成的濾波電路，然后與10k的可調(diào)電阻RW1分壓后接入比較器的反相輸入端6，10k的可調(diào)電阻RW1的1端接地，2端與R51連接，3端為調(diào)節(jié)端，與地連接；10K可調(diào)電阻RW2的1端接電源Vcc，2端接地，3端分壓后接到比較器的正相輸入端7，作為設(shè)定的比較值。比較器的反相輸入端6連接鉗位二極管D3后接電源Vcc。比較器的輸出端接上拉電阻R52后輸出。電源Vcc經(jīng)電阻R53和發(fā)光二極管DGL后輸出，主要起指示作用。當(dāng)定子電流小于設(shè)定值，即比較器的反相輸入端6小于正相輸入端7，則INT1為高電平。由于發(fā)光二極管DGL兩端的電位相等，因此DGL不導(dǎo)通，二極管DGL不亮，說(shuō)明電流正常。當(dāng)定子電流大于設(shè)定值，即比較器的反相輸入端6大于正相輸入端7，則INT1為低電平，向AT889C51單片機(jī)發(fā)出INT1為低電平的中斷請(qǐng)求。
同步信號(hào)取自C、A兩相之間的線電壓，如圖6所示。其連接方式及工作過(guò)程為電網(wǎng)C、A兩相接到變壓器T1(690V變230V)的原邊，T1的副邊接到變壓器T2(230V變24V)的原邊，T2的副邊經(jīng)R2和C4組成的RC濾波電路后，再經(jīng)過(guò)限流電阻R6后接到三極管3DK7的基極。R6的前端與地之間接穩(wěn)壓管D1。三極管3DK7的發(fā)射極接地，集電極經(jīng)上拉電阻R7接到電源Vcc。同時(shí)，集電極經(jīng)緩沖器7407后輸出同步信號(hào)SYN。當(dāng)電網(wǎng)C相電壓低于A相電壓時(shí)，三極管3DK7不導(dǎo)通，不產(chǎn)生同步信號(hào)SYN。當(dāng)電網(wǎng)C相電壓高于A相電壓時(shí)，三極管3DK7導(dǎo)通，產(chǎn)生同步信號(hào)SYN，并對(duì)AT89C51單片機(jī)產(chǎn)生一次外部中斷，以此作為觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間參考點(diǎn)，保證觸發(fā)信號(hào)有序可靠地發(fā)出。
觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路依次觸發(fā)3組反并聯(lián)晶閘管，驅(qū)動(dòng)單元的一路驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。其連接方式和工作過(guò)程是觸發(fā)命令信號(hào)Trigger1經(jīng)緩沖器7407和電阻R17后接到光藕TIL117，光藕導(dǎo)通后信號(hào)經(jīng)電阻R29，并經(jīng)R28分壓后接到三極管2SD381的基極。當(dāng)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，三極管基極高電平，輸出信號(hào)經(jīng)電阻R35后提供給晶閘管。
圖7描述了并網(wǎng)的控制流程，如圖7所示，首先執(zhí)行步驟1，AT89C51單片機(jī)設(shè)置觸發(fā)角初值和移相步長(zhǎng)。
在步驟2，AT89C51單片機(jī)判斷是否收到中心控制器PLC發(fā)出的并網(wǎng)指令(ON/OFF)，如果收到并網(wǎng)指令則進(jìn)入步驟3，否則繼續(xù)偵測(cè)。
在步驟3，AT89C51單片機(jī)判斷是否收到同步單元發(fā)出的同步信號(hào)，如果檢測(cè)到同步點(diǎn)，則進(jìn)入步驟4，否則等待同步點(diǎn)的到來(lái)。
在步驟4，AT89C51單片機(jī)啟動(dòng)定時(shí)器1。
在步驟5，AT89C51單片機(jī)計(jì)算移相參數(shù)。
在步驟6，判斷定時(shí)器1是否溢出，如果溢出，則進(jìn)入步驟7，否則等待。
在步驟7，AT89C51單片機(jī)向晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖。
在步驟8，AT89C51單片機(jī)判斷觸發(fā)脈沖是否發(fā)完，如果發(fā)完，進(jìn)入步驟9，否則回到步驟7，繼續(xù)發(fā)出觸發(fā)脈沖。
在步驟9，AT89C51單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)是否收到電流測(cè)量單元發(fā)出的電流過(guò)流中斷信號(hào)，來(lái)判斷并網(wǎng)電流是否超過(guò)設(shè)定值。如果并網(wǎng)電流小于設(shè)定值，則進(jìn)入步驟10，否則觸發(fā)角不變化。
在步驟10，AT89C51單片機(jī)將觸發(fā)角按設(shè)定的觸發(fā)規(guī)律增加一個(gè)角度。
在步驟11，AT89C51單片機(jī)判斷移相控制是否結(jié)束，即晶閘管是否完全導(dǎo)通。如果移相控制結(jié)束，那么進(jìn)入步驟12，否則回到步驟3，等待下個(gè)工頻周期的同步點(diǎn)。
在步驟12，AT89C51單片機(jī)向中心控制器PLC發(fā)出并網(wǎng)結(jié)束命令(END)，并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束。
通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定觸發(fā)規(guī)律，可以使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載要求得到較好的匹配，從而使整個(gè)并網(wǎng)過(guò)程變得柔和，減少了對(duì)風(fēng)電機(jī)組的沖擊。
本發(fā)明對(duì)風(fēng)電機(jī)組小風(fēng)停機(jī)采用了合理的控制策略。如圖8所示。當(dāng)執(zhí)行小風(fēng)停機(jī)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速降到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，并不執(zhí)行機(jī)械剎車，而是收回葉尖。同時(shí)進(jìn)行1小時(shí)計(jì)時(shí)，并記錄并網(wǎng)次數(shù)。當(dāng)1小時(shí)內(nèi)并網(wǎng)次數(shù)達(dá)到4次，則置小電機(jī)并網(wǎng)限制標(biāo)志。這樣，即使?jié)M足小電機(jī)并網(wǎng)條件時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)也不會(huì)并入電網(wǎng)。當(dāng)1小時(shí)時(shí)間到，清除并網(wǎng)限制標(biāo)志，同時(shí)計(jì)數(shù)器清零。這種控制策略既避免了機(jī)組頻繁并網(wǎng)和脫網(wǎng)，同時(shí)也減輕了對(duì)高速閘體的磨損。
小風(fēng)停機(jī)的控制流程如圖8所示。
開(kāi)始執(zhí)行步驟1，中心控制器PLC檢測(cè)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)出負(fù)功率，或者檢測(cè)到風(fēng)速持續(xù)較小(小于3m/s)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率持續(xù)很小(＜10kW)，如果滿足上述的小風(fēng)停機(jī)條件，則執(zhí)行步驟2，否則退出小風(fēng)停機(jī)程序，等待下一次的判斷。
在步驟2，中心控制器PLC設(shè)置1小時(shí)計(jì)時(shí)標(biāo)志，即time_flag＝1，同時(shí)進(jìn)行1小時(shí)倒計(jì)時(shí)。
在步驟3，中心控制器PLC執(zhí)行甩葉尖動(dòng)作。具體過(guò)程為首先數(shù)字量輸出模塊DO的4通道輸出0，即中間繼電器板的PO4端子為0，繼電器線圈失電，對(duì)應(yīng)的繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，中間繼電器板的O4端子變?yōu)榈碗娖?，?duì)應(yīng)端子排的23號(hào)端子葉尖電磁閥為低電平，即葉尖電磁閥失電，葉尖甩出。
葉尖甩出后，電機(jī)轉(zhuǎn)速很快低于同步速，中心控制器PLC執(zhí)行脫網(wǎng)動(dòng)作。具體過(guò)程為數(shù)字量輸出模塊DO的7通道和8通道輸出都為0，也就是PO7和PO8都為0，相應(yīng)繼電器線圈失電，對(duì)應(yīng)繼電器的輸出觸點(diǎn)斷開(kāi)，使得O7旁路接觸器和O8電機(jī)接觸器變成低電平，旁路接觸器和電機(jī)接觸器斷開(kāi)，風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)。
在步驟4，中心控制器PLC通過(guò)高速計(jì)數(shù)模塊FM350-2的4通道獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速是否低于300RPM(該值可以通過(guò)操作員面板上的人機(jī)接口界面來(lái)修改)，如果低于，則進(jìn)入步驟5，否則回到步驟4，重復(fù)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
在步驟5，中心控制器PLC發(fā)出收葉尖命令。具體過(guò)程為數(shù)字量輸出模塊DO的5通道輸出為1，中間繼電器板的PO5為1，繼電器線圈得電，觸點(diǎn)吸合，使得中間繼電器板的O5端得電，即23號(hào)端子葉尖電磁閥帶電，葉尖收回。
在步驟6，中心控制器PLC的并網(wǎng)次數(shù)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容加1，即N次數(shù)+1。
在步驟7，中心控制器PLC判斷并網(wǎng)次數(shù)是否大于4，如果大于4，進(jìn)入步驟8，否則進(jìn)入步驟9。
在步驟8，中心控制器PLC設(shè)置小電機(jī)并網(wǎng)限制標(biāo)志，即Cutin_flag＝1。當(dāng)該標(biāo)志為1時(shí)，即使?jié)M足小電機(jī)并網(wǎng)條件，風(fēng)電機(jī)組也不會(huì)切入電網(wǎng)。
在步驟9，中心控制器PLC判斷1小時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)間是否到。如果1小時(shí)時(shí)間到，則進(jìn)入步驟10，否則子程序過(guò)程結(jié)束。
在步驟10，中心控制器PLC清除小電機(jī)并網(wǎng)限制標(biāo)志，即Cutin_flag＝0。
在步驟11，中心控制器PLC清除1小時(shí)計(jì)時(shí)標(biāo)志和并網(wǎng)次數(shù)，即time_flag＝1，N次數(shù)＝0。子過(guò)程結(jié)束。
在小風(fēng)停機(jī)控制中，利用小電機(jī)并網(wǎng)限制標(biāo)志Cutin_flag和1小時(shí)并網(wǎng)限制次數(shù)N次數(shù)，有效避免了小風(fēng)停機(jī)過(guò)程中的頻繁并網(wǎng)現(xiàn)象。同時(shí)，在小風(fēng)停機(jī)過(guò)程中，不上高速閘即機(jī)械剎車，有效保護(hù)了閘體，減輕了對(duì)機(jī)組閘體的維護(hù)量。
本發(fā)明與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)的通信采用了PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。應(yīng)用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的前提條件是總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)必須具備支持PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的通信接口和通信協(xié)議。在本發(fā)明中，風(fēng)電機(jī)組的中心控制器PLC的CPU模塊采用Siemens公司的CPU315-2DP模塊，支持PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的通信接口和通信協(xié)議，因此可以將CPU315-2DP模塊作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)接入PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。Siemens公司的CP5613通信卡也支持PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的通信接口和通信協(xié)議，并可以裝入中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主板PCI插槽上。因此可以將插有CP5613通信卡的中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)接入PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。如果PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中相連的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，可以使用光纜傳輸通信信號(hào)。在使用光纜的通信網(wǎng)絡(luò)中，需要使用光電轉(zhuǎn)換模塊OLM。OLM也需要支持PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的通信接口和通信協(xié)議。以一個(gè)有6臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)為例來(lái)說(shuō)明具體連接方式，如圖9所示。對(duì)風(fēng)電機(jī)組1來(lái)說(shuō)，CPU模塊315-2DP的DP接口與第一個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的電氣接口通過(guò)PROFIBUS電纜連接。第一個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸出端口與第二個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸入端口通過(guò)多膜光纜連接。第二個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的電氣接口通過(guò)PROFIBUS電纜連接到風(fēng)電機(jī)組2的中心控制器PLC的CPU模塊315-2DP的DP接口。第二個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸出端口與第三個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸入端口通過(guò)多膜光纜連接。第三個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的電氣接口通過(guò)PROFIBUS電纜連接到風(fēng)電機(jī)組3的中心控制器PLC的CPU模塊315-2DP的DP接口。第三個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸出端口與第四個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸入端口通過(guò)多膜光纜連接。第四個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的電氣接口通過(guò)PROFIBUS電纜連接到中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主機(jī)的CP5613通信卡上。第四個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸出端口與第五個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸入端口通過(guò)多膜光纜連接。第五個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的電氣接口通過(guò)PROFIBUS電纜連接到風(fēng)電機(jī)組4的中心控制器PLC的CPU模塊315-2DP的DP接口。第五個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸出端口與第六個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸入端口通過(guò)多膜光纜連接。第六個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的電氣接口通過(guò)PROFIBUS電纜連接到風(fēng)電機(jī)組5的中心控制器PLC的CPU模塊315-2DP的DP接口。第六個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸出端口與第七個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸入端口通過(guò)多膜光纜連接。第七個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的電氣接口通過(guò)PROFIBUS電纜連接到風(fēng)電機(jī)組6的中心控制器PLC的CPU模塊315-2DP的DP接口。這樣每臺(tái)機(jī)組之間就組成了PROFIBUS通信網(wǎng)絡(luò)。每臺(tái)控制器的CPU作為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主板上插上Siemens CP5613通信卡。CP5613通信卡同樣提供了DP接口，具有PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通信功能。這樣，CP5613通信卡也作為一個(gè)站點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)。值得注意的是，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是總線式結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有主站和子站之分。在硬件組態(tài)時(shí)，只要分配給每個(gè)站點(diǎn)一個(gè)合理的地址就可以了。例如對(duì)圖9所示的通信網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)1~6號(hào)機(jī)組分別賦予地址4，5，6，7，8，9，中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)賦予地址3。這樣有7個(gè)節(jié)點(diǎn)的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)成了。中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)就可以獲得每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。這里有一個(gè)問(wèn)題，按圖9，如果3號(hào)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，那么即使1，2號(hào)節(jié)點(diǎn)完好也不能與中央監(jiān)控機(jī)通信了。同樣，4號(hào)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，那么即使5，6號(hào)節(jié)點(diǎn)完好也不能與中央監(jiān)控機(jī)通信了。這是單向通信的弊端。解決問(wèn)題的辦法是，將1號(hào)和6號(hào)節(jié)點(diǎn)連在一起，組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，那么即使有個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，其他節(jié)點(diǎn)仍然能夠與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)正常通信，提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的健壯性。PROFIBUS是一種開(kāi)放的、完全標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)配置靈活，數(shù)字傳輸可靠，能在非常惡劣環(huán)境中運(yùn)行，非常適合在大型風(fēng)電場(chǎng)中使用。
本發(fā)明中的控制方法稍加變化就可以應(yīng)用于變速恒頻風(fēng)電機(jī)組。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于主要包括中心控制器PLC、中間繼電器板、軟并網(wǎng)控制板、顯示操作面板以及插拔式接線端子；中心控制器PLC主要包括PS307電源模塊，CPU模塊315-2DP，數(shù)字量輸入模塊DI，數(shù)字量輸出模塊DO，高速計(jì)數(shù)模塊FM350-2，模擬量輸入模塊AI，通信模塊CP340；中間繼電器板與中心控制器的數(shù)字量輸入模塊DI、數(shù)字量輸出模塊DO相連接；通信模塊CP340的RS485端口通過(guò)通信電纜與外部傳感器電量采集模塊連接，軟并網(wǎng)控制板與中心控制器的數(shù)字量輸入模塊DI、數(shù)字量輸出模塊DO相連接；顯示操作面板與CPU模塊315-2DP的MPI接口相連接，插拔式接線端子的另一側(cè)與電量采集模塊、外部傳感器、外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)、3組反并聯(lián)晶閘管等模塊相連；CPU模塊315-2DP的MPI接口與顯示操作面板相連接；CPU模塊315-2DP的DP接口與下一個(gè)站點(diǎn)或遠(yuǎn)程PC機(jī)相連接；數(shù)字量輸入模塊DI的9通道與軟并網(wǎng)控制板的51OK信號(hào)連接；8通道與軟并網(wǎng)控制板的END信號(hào)連接。
2.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于中間繼電器板的PI1~PI8分別為連接到中心控制器PLC的8路數(shù)字量輸入信號(hào)，其中中心控制器PLC的數(shù)字量輸入模塊DI的7通道與中間繼電器板的PI1連接，6通道與中間繼電器板的PI2連接，5通道與中間繼電器板的PI3連接，4通道與中間繼電器板的PI4連接，3通道與中間繼電器板的PI5連接，2通道與中間繼電器板的PI6連接，1通道與中間繼電器板的PI7連接；中間繼電器板的I1與插拔式接線端子排的13號(hào)端子閘釋放信號(hào)連接，I2與端子排的14號(hào)端子齒輪油位連接，I3與端子排的15號(hào)端子液壓油位連接，I4與端子排的16號(hào)端子閘磨損連接，I5與端子排的17號(hào)端子偏航過(guò)載連接，I6與端子排的18號(hào)端子電機(jī)反饋連接，I7與端子排的19號(hào)端子旁路反饋連接。
3.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于中心控制器PLC的高速計(jì)數(shù)模塊FM350-2的3通道與插拔式接線端子排28號(hào)端子風(fēng)速連接，獲取風(fēng)速信號(hào)，4通道與29號(hào)端子電機(jī)轉(zhuǎn)速連接，獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速，5通道與30號(hào)端子葉輪轉(zhuǎn)速連接，獲取葉輪轉(zhuǎn)速；中心控制器PLC的模擬量輸入模塊AI的6通道與31號(hào)端子電機(jī)溫度連接，獲取電機(jī)溫度，模擬量輸入模塊AI的5通道與32號(hào)端子齒輪油溫連接，獲取齒輪油溫度，模擬量輸入模塊AI的4通道與33號(hào)端子環(huán)境溫度連接，獲取環(huán)境溫度，模擬量輸入模塊AI的3通道與34號(hào)端子風(fēng)向連接，獲取風(fēng)向信號(hào)，模擬量輸入模塊AI的2通道與35號(hào)端子系統(tǒng)壓力連接，獲取系統(tǒng)壓力信號(hào)，模擬量輸入模塊AI的1通道與36號(hào)端子葉尖壓力連接，獲取葉尖壓力信號(hào)；通信模塊CP340的RS485端口通過(guò)一根通信電纜與電量采集模塊連接，獲取電網(wǎng)參數(shù)。
4.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于軟并網(wǎng)控制板由89C51單片機(jī)系統(tǒng)、同步信號(hào)獲取電路、定子電流測(cè)量電路、觸發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成；定子電流通過(guò)電流測(cè)量電路接到AT89C51單片機(jī)的P3.3口的中斷口INT1，定子電流經(jīng)過(guò)電流互感器轉(zhuǎn)換成低壓交流信號(hào)VBJ，經(jīng)過(guò)二極管D2IN4007半波整流后，經(jīng)過(guò)10K電阻R51和C5組成的濾波電路，然后與10k的可調(diào)電阻RW1分壓后接入比較器的反相輸入端6，10k的可調(diào)電阻RW1的1端接地，2端與R51連接，3端為調(diào)節(jié)端，與地連接；10K可調(diào)電阻RW2的1端接電源Vcc，2端接地，3端分壓后接到比較器的正相輸入端7，作為設(shè)定的比較值；比較器的反相輸入端6連接鉗位二極管D3后接電源Vcc；比較器的輸出端接上拉電阻R52后輸出；電源Vcc經(jīng)電阻R53和發(fā)光二極管DGL后輸出，主要起指示作用；同步信號(hào)取自電網(wǎng)C、A兩相之間的線電壓，電網(wǎng)C、A兩相接到變壓器T1的原邊，T1的副邊接到變壓器T2的原邊，T2的副邊經(jīng)R2和C4組成的RC濾波電路后，再經(jīng)過(guò)限流電阻R6后接到三極管3DK7的基極；R6的前端與地之間接穩(wěn)壓管D1；三極管3DK7的發(fā)射極接地，集電極經(jīng)上拉電阻R7接到電源Vcc；同時(shí)，集電極經(jīng)緩沖器7407后輸出同步信號(hào)SYN；觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路依次觸發(fā)3組反并聯(lián)晶閘管，觸發(fā)命令信號(hào)Triggerl經(jīng)緩沖器7407和電阻R17后接到光藕TIL117，光藕導(dǎo)通后信號(hào)經(jīng)電阻R29，并經(jīng)R28分壓后接到三極管2SD381的基極；插拔式接線端子排的1號(hào)、2號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的1號(hào)晶閘管的陰極和門極連接；3號(hào)、4號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的2號(hào)晶閘管的陰極和門極連接；5號(hào)、6號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的3號(hào)晶閘管的陰極和門極連接；7號(hào)、8號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的4號(hào)晶閘管的陰極和門極連接；9號(hào)、10號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的5號(hào)晶閘管的陰極和門極連接；11號(hào)、12號(hào)端子分別與3組反并聯(lián)晶閘管的6號(hào)晶閘管的陰極和門極連接。
5.按照權(quán)利要求4所說(shuō)的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于軟并網(wǎng)控制板實(shí)現(xiàn)的控制過(guò)程如下首先執(zhí)行步驟1，AT89C51單片機(jī)設(shè)置觸發(fā)角初值和移相步長(zhǎng)；在步驟2，AT89C51單片機(jī)判斷是否收到中心控制器PLC發(fā)出的并網(wǎng)指令(ON/OFF)，如果收到并網(wǎng)指令則進(jìn)入步驟3，否則繼續(xù)偵測(cè)；在步驟3，AT89C51單片機(jī)判斷是否收到同步單元發(fā)出的同步信號(hào)，如果檢測(cè)到同步點(diǎn)，則進(jìn)入步驟4，否則等待同步點(diǎn)的到來(lái)；在步驟4，AT89C51單片機(jī)啟動(dòng)定時(shí)器1；在步驟5，AT89C51單片機(jī)計(jì)算移相參數(shù)；在步驟6，判斷定時(shí)器1是否溢出，如果溢出，則進(jìn)入步驟7，否則等待；在步驟7，AT89C51單片機(jī)向晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖；在步驟8，AT89C51單片機(jī)判斷觸發(fā)脈沖是否發(fā)完，如果發(fā)完，進(jìn)入步驟9，否則回到步驟7，繼續(xù)發(fā)出觸發(fā)脈沖；在步驟9，AT89C51單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)是否收到電流測(cè)量單元發(fā)出的電流過(guò)流中斷信號(hào)，來(lái)判斷并網(wǎng)電流是否超過(guò)設(shè)定值。如果并網(wǎng)電流小于設(shè)定值，則進(jìn)入步驟10，否則觸發(fā)角不變化；在步驟10，AT89C51單片機(jī)將觸發(fā)角按設(shè)定的觸發(fā)規(guī)律增加一個(gè)角度；在步驟11，AT89C51單片機(jī)判斷移相控制是否結(jié)束，即晶閘管是否完全導(dǎo)通。如果移相控制結(jié)束，那么進(jìn)入步驟12，否則回到步驟3，等待下個(gè)工頻周期的同步點(diǎn)；在步驟12，AT89C51單片機(jī)向中心控制器PLC發(fā)出并網(wǎng)結(jié)束命令(END)，并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束。
6.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于中心控制器PLC對(duì)小風(fēng)停機(jī)的控制流程如下在步驟1，中心控制器PLC檢測(cè)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)出負(fù)功率，或者檢測(cè)到風(fēng)速持續(xù)較小(小于3m/s)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率持續(xù)很小(＜10kW)，如果滿足上述的小風(fēng)停機(jī)條件，則執(zhí)行步驟2，否則退出小風(fēng)停機(jī)程序，等待下一次的判斷；在步驟2，中心控制器PLC設(shè)置1小時(shí)計(jì)時(shí)標(biāo)志，即time_flag＝1，同時(shí)進(jìn)行1小時(shí)倒計(jì)時(shí)；在步驟3，中心控制器PLC執(zhí)行甩葉尖動(dòng)作。具體過(guò)程為首先數(shù)字量輸出模塊DO的4通道輸出0，即中間繼電器板的PO4端子為0，繼電器線圈失電，對(duì)應(yīng)的繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，中間繼電器板的O4端子變?yōu)榈碗娖剑瑢?duì)應(yīng)端子排的23號(hào)端子葉尖電磁閥為低電平，即葉尖電磁閥失電，葉尖甩出；葉尖甩出后，電機(jī)轉(zhuǎn)速很快低于同步速，中心控制器PLC執(zhí)行脫網(wǎng)動(dòng)作。具體過(guò)程為數(shù)字量輸出模塊DO的7通道和8通道輸出都為0，也就是PO7和PO8都為0，相應(yīng)繼電器線圈失電，對(duì)應(yīng)繼電器的輸出觸點(diǎn)斷開(kāi)，使得O7旁路接觸器和O8電機(jī)接觸器變成低電平，旁路接觸器和電機(jī)接觸器斷開(kāi)，風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)；在步驟4，中心控制器PLC通過(guò)高速計(jì)數(shù)模塊FM350-2的4通道獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速是否低于300RPM(該值可以通過(guò)操作員面板上的人機(jī)接口界面來(lái)修改)，如果低于，則進(jìn)入步驟5，否則回到步驟4，重復(fù)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速；在步驟5，中心控制器PLC發(fā)出收葉尖命令。具體過(guò)程為數(shù)字量輸出模塊DO的5通道輸出為1，中間繼電器板的PO5為1，繼電器線圈得電，觸點(diǎn)吸合，使得中間繼電器板的O5端得電，即23號(hào)端子葉尖電磁閥帶電，葉尖收回；在步驟6，中心控制器PLC的并網(wǎng)次數(shù)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容加1，即N次數(shù)+1；在步驟7，中心控制器PLC判斷并網(wǎng)次數(shù)是否大于4，如果大于4，進(jìn)入步驟8，否則進(jìn)入步驟9；在步驟8，中心控制器PLC設(shè)置小電機(jī)并網(wǎng)限制標(biāo)志，即Cutin_flag＝1。當(dāng)該標(biāo)志為1時(shí)，即使?jié)M足小電機(jī)并網(wǎng)條件，風(fēng)電機(jī)組也不會(huì)切入電網(wǎng)；在步驟9，中心控制器PLC判斷1小時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)間是否到。如果1小時(shí)時(shí)間到，則進(jìn)入步驟10，否則子程序過(guò)程結(jié)束；在步驟10，中心控制器PLC清除小電機(jī)并網(wǎng)限制標(biāo)志，即Cutin_flag＝0；在步驟11，中心控制器PLC清除1小時(shí)計(jì)時(shí)標(biāo)志和并網(wǎng)次數(shù)，即time_flag＝1，N次數(shù)＝0。子過(guò)程結(jié)束。
7.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)的通信；中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控6臺(tái)風(fēng)電機(jī)組時(shí)，第一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組中心控制器PLC模塊的DP接口通過(guò)PRUFIBUS電纜連接到第一個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的電氣接口，第一個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸出口通過(guò)多膜光纜連接到第二個(gè)OLM的光信號(hào)輸入口，第二個(gè)OLM的電氣接口通過(guò)PRUFIBUS電纜連接到第二臺(tái)風(fēng)電機(jī)組中心控制器PLC模塊的DP接口，第二個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊OLM的光信號(hào)輸出口通過(guò)多膜光纜連接到第三個(gè)OLM的光信號(hào)輸入口；按此方式依次連接第三臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的中心控制器、中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、第四臺(tái)、第五臺(tái)和第六臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的中心控制器，如此6臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的中心控制器與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
一種風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)，包括中心控制器PLC、中間繼電器板、軟并網(wǎng)控制板、顯示操作面板以及接線端子。中心控制器PLC主要包括CPU模塊315－2DP，數(shù)字量輸入模塊DI，數(shù)字量輸出模塊D0，高速計(jì)數(shù)模塊FM350－2，模擬量輸入模塊AI，通信模塊CP340；中間繼電器板由多個(gè)直流線圈繼電器構(gòu)成。中間繼電器板、軟并網(wǎng)控制板分別與中心控制器PLC的輸入、輸出模塊連接，并通過(guò)接線端子與控制對(duì)象相連接。系統(tǒng)采用中間繼電器板對(duì)輸入/輸出信號(hào)進(jìn)行隔離，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。軟并網(wǎng)控制采用限流軟切入控制策略，使并網(wǎng)過(guò)程更加平穩(wěn)。本發(fā)明限制了小電機(jī)1小時(shí)內(nèi)的并網(wǎng)次數(shù)，巧妙地解決了風(fēng)電機(jī)組的小風(fēng)停機(jī)問(wèn)題，采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)與中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)的通信。
文檔編號(hào)G05B15/02GK1992464SQ20051013078
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者鄂春良, 許洪華, 趙斌, 武鑫, 谷海濤, 胡春松, 崔娟, 趙棟利, 潘磊, 王宇龍, 李亞西, 邵桂平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所