風(fēng)力發(fā)電技術(shù)--課件第7章-風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)

1、第7章 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)7.1 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)7.2 風(fēng)電機(jī)組運行監(jiān)測7.3 風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測傳感器7.1 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)圖7-1 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7.1.1 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖7-2 風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D遠(yuǎn) 控 中心風(fēng)場 集控室塔筒7.1 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)1) 完全獨立的第三方軟件，操作具有透明和可追蹤的特點；2) 獨立的風(fēng)電機(jī)組、電網(wǎng)和氣象站遠(yuǎn)程通訊接口單元；3) 可實現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問及控制； 可根據(jù)風(fēng)電機(jī)組制造商、風(fēng)場開發(fā)人員、運行人員和投資 者的需要進(jìn)行擴(kuò)展定制以滿足不同層面的要求。6) 統(tǒng)一的圖形接口，報告格式和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；5) 自動生成的風(fēng)場功率曲線可以驗證實際的

2、發(fā)電量及收益是 否達(dá)到了期望值；7) 氣象站接口單元用于獨立的風(fēng)速和氣象參數(shù)監(jiān)視及分析；8) 電網(wǎng)和子站接口單元用于整個風(fēng)場電氣系統(tǒng)的監(jiān)控。風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)具有以下特點：7.1 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)7.1.2 風(fēng)電場通訊方式1、就地監(jiān)控與中央監(jiān)控之間的通信方式b) 光纖通信的連接示意圖圖7-2 RS-485通信方式與光纖通信方式RS-485半雙工，支持多點數(shù)據(jù)通信；總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌嚎偩€型，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，使用一對雙絞線。光纖：點對點傳輸距離由光纖類型而定；抗干擾性上有著明顯的優(yōu)勢，且傳輸距離遠(yuǎn)，適用于電磁環(huán)境復(fù)雜、雷擊多、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分布遠(yuǎn)的風(fēng)電場所，整套通信

3、費用較高。7.1 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)2、中央監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控之間的通信方式圖7-4 風(fēng)電場中央監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控的通信方式7.1 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)統(tǒng)計與查詢邏輯 控制7.1.3 SCADA系統(tǒng)功能7.1 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)7.1.4 SCADA系統(tǒng)主要界面1、SCADA系統(tǒng)界面要求控制界面友好；能夠顯示各臺機(jī)組的運行數(shù)據(jù)；顯示各臺風(fēng)電機(jī)組的運行狀態(tài)；能夠及時顯示各機(jī)組運行過程中發(fā)生的故障；能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組實現(xiàn)集中控制；系統(tǒng)管理7.1 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)7.1.4 SCADA系統(tǒng)主要界面2、SCADA系統(tǒng)的主要界面示例圖7-5 機(jī)組參數(shù)及風(fēng)況參數(shù)7.1 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)7.

4、1.4 SCADA系統(tǒng)主要界面2、SCADA系統(tǒng)的主要界面示例圖7-5 機(jī)組參數(shù)及風(fēng)況參數(shù)圖7-6 功率曲線圖圖7-7 列表顯示界面7.1 風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)7.2 風(fēng)電機(jī)組運行監(jiān)測電力參數(shù) 監(jiān)測電壓測量電流測量頻率功率因數(shù)功率風(fēng)況參數(shù) 監(jiān)測風(fēng)速風(fēng)向機(jī)組運行參數(shù) 監(jiān)測轉(zhuǎn)速溫度機(jī)艙震動電纜扭轉(zhuǎn)機(jī)械剎車狀況油位測點名稱元件規(guī)范主控側(cè)接點1主軸承溫度1PT100-200850度X20-75,762液壓站油溫油位開關(guān)壓力開關(guān)01（開關(guān)量）X10-39，40，413主軸承溫度2PT100-200850度X20-77,784齒箱潤滑油入口油溫PT100-200850度X20-83,845齒輪箱潤滑油油溫

5、PT100-200850度X20-85,866齒輪箱高速軸輸出端PT100-200850度X20-79,807齒輪箱高速軸輸入端PT100-200850度X20-81,828發(fā)電機(jī)前軸承溫度PT100-200850度X20-107,1089發(fā)電機(jī)后軸承溫度PT100-200850度X20-109,11010發(fā)電機(jī)入口風(fēng)溫PT100-200850度X20-105,10611發(fā)電機(jī)出口風(fēng)溫PT100-200850度X20-111,11212風(fēng)機(jī)振動風(fēng)機(jī)振動傳感器X20-1,2,3,4,513偏航角度及位置偏航編碼器及扭纜開關(guān)-750750X20-546314葉輪鎖定狀態(tài)葉輪鎖定接近開關(guān)0-1(開關(guān)

6、量)X10-263115齒輪箱潤滑油泵雜質(zhì)開關(guān)壓力開關(guān)0-1(開關(guān)量)X10-5,616齒箱入口壓力齒箱入口壓力開關(guān)0-1(開關(guān)量)X10-3,417發(fā)電機(jī)繞組溫度(u1,v1,w1,u2,v2,w2)PT100-200850度X20-9310418偏航潤滑脂油位油位開關(guān)0-1(開關(guān)量)X214-3,4,519發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)編碼器0-1800轉(zhuǎn)變流器端子20高速軸剎車磨損、剎車壓力剎車磨損及壓力開關(guān)0-1(開關(guān)量)X10-42,43,44,45表7-1 UP -1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)測點清單7.2 風(fēng)電機(jī)組運行監(jiān)測7.2.4 風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測點布置7.2 風(fēng)電機(jī)組運行監(jiān)測7.3.2 風(fēng)速傳感器圖7

7、-12 螺旋槳式風(fēng)速儀圖7-11 風(fēng)杯風(fēng)速儀及其原理圖7-13 超聲波風(fēng)速儀7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器7.3.2 風(fēng)向傳感器圖7-14 風(fēng)向標(biāo)圖7-15 風(fēng)向傳感器原理圖7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器7.3.4 溫度傳感器溫度0123456789-3088.0487.6487.2486.8486.4486.0485.6385.2384.8384.43-2092.0491.6491.2490.8490.4490.0489.6489.2488.8488.44-1098.0395.6395.2394.8394.4394.0393.6393.2492.8492.44-0100.0099.6099.2198

8、.8198.4198.0197.6297.2296.8296.420100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.5710103.96104.36104.75105.15105.54105.94106.33106.73107.12107.5220107.91108.31108.70109.10109.49109.88110.28110.67111.07111.4630111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.3940115.78116.17116.57

9、116.96117.35117.74118.13118.52118.91119.3150119.70120.09120.48120.87121.26121.65122.04122.43122.82123.21表7-2 熱電阻分度表7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器7.3.4 溫度傳感器 圖7-17 溫控開關(guān) 圖7-18 控制柜中的溫度傳感器和溫控開關(guān)7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器7.3.5 轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速傳感器接近式開關(guān)轉(zhuǎn)速傳感器渦流式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)霍爾接近 開關(guān)光電式接近開關(guān)旋轉(zhuǎn)編碼器增量式 編碼器絕對值 編碼器過速保護(hù) 繼電器風(fēng)輪主軸、發(fā)電機(jī)軸檢測轉(zhuǎn)速目的： 并網(wǎng)要求； 超速檢測； 機(jī)組控制；

10、7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的測量點有三個：即發(fā)電機(jī)輸入端轉(zhuǎn)速(一個)、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速(兩個) 。 7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器1接近式開關(guān)轉(zhuǎn)速傳感器(a) 接近開關(guān)電路組成(b) 沒有金屬接近的振蕩波形 (c) 金屬接近的振蕩波形渦流式接近開關(guān)7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器2旋轉(zhuǎn)編碼器 發(fā)射管 接收管 12V12V整形放大穩(wěn)壓 電源頻率表7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器Nx累計脈沖數(shù) 7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器編碼器的分類7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器光電編碼器的基本部件：數(shù)據(jù)掃描系統(tǒng)LED光源&光敏電阻增量碼盤/絕對值碼盤數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸安裝法蘭+附件軸承系統(tǒng)支架外殼電氣輸出短路保護(hù)反

11、極性保護(hù)放大電路抗干擾電路等數(shù)據(jù)輸出 增量/絕對值7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器增量式編碼器圖7-25 編碼器工作原理及輸出波形按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器2) 絕對值編碼器絕對值編碼器工作原理：1）絕對位置從碼盤上讀?。?）在碼盤上，每一位對應(yīng)一個碼道；3）每個數(shù)位編碼器對應(yīng)一個輸出電路；4）每一個通道都包含一個光源的接收器；5）每圈（360）讀數(shù)完成后，將重復(fù)讀數(shù)輸出。6）即使在掉電或者電源出現(xiàn)故障時,位置信息一直可用。不必復(fù)零 !7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器絕對值編碼器，記錄偏航位置偏航軸承齒數(shù)與編碼器盤齒數(shù)之比左右限位開關(guān)，常開觸點左右安全鏈限位開關(guān)

12、，常閉觸點7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器 增量編碼器每次上電時，位置從零位標(biāo)記開始計算的脈沖數(shù)量確定；輸出：編碼器從預(yù)定義的起始位置發(fā)生的增量變化絕對值編碼器每次上電時，從當(dāng)前位置開始計算；位置是由輸出代碼的計數(shù)確定的；位置信息一直可用,即使在掉電或電源出現(xiàn)故障時輸出：絕對坐標(biāo)系上的位置7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器3過速保護(hù)繼電器 用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速測量和過速保護(hù)，在轉(zhuǎn)速頻率超限時能對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供可靠保護(hù)。(a) 過速保護(hù)繼電器外形圖 (b)過速保護(hù)繼電器面板及端子圖圖7-29過速保護(hù)繼電器端子定 義端子定 義1繼電器公共觸點COM6晶體管集電極開路輸出OC2電源+

13、24V7傳感器輸入PULSE+3繼電器常開觸點NO8模擬信號輸出+（選配）4繼電器常閉觸點NC9模擬信號輸出GND（選配）5傳感器輸入PULSE-10電源GND表7-3 過速保護(hù)繼電器端子定義7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器7.3.6 振動傳感器圖7-30 WP4084振動分析器7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器7.3.7 偏航計數(shù)器圖7-33偏航計數(shù)器及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)偏航計數(shù)器也叫偏航限位開關(guān)，由旋轉(zhuǎn)限位與多圈絕對值編碼器組成，其功能是通過旋轉(zhuǎn)限位進(jìn)行機(jī)艙偏航極限保護(hù)，同時，通過多圈絕對值編碼器檢測風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙位置，配合風(fēng)速風(fēng)向儀實現(xiàn)機(jī)艙的實時對風(fēng)，并最終達(dá)到風(fēng)能有效利用率最大化的目

14、的。7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器7.3.8 應(yīng)力傳感器 應(yīng)力傳感器可以用來監(jiān)測風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)載荷和軸轉(zhuǎn)矩，對于風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計驗證和壽命預(yù)期有很重要的意義。光纖應(yīng)力傳感器：耐環(huán)境性能優(yōu)越、抗電磁干擾、體積小、靈敏度高；電阻式應(yīng)變片：測量結(jié)果受環(huán)境溫度的影響比較明顯，并且機(jī)組遭受雷擊的情況下容易損壞。7.3.9 制動磨損傳感器 制動磨損傳感器安裝在齒輪箱制動器上，只有在制動被完全釋放后，開關(guān)才能動作，微動開關(guān)指示制動襯套的磨損。7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器7.3.10 看門狗模塊計數(shù)器給一個大數(shù)倒計數(shù)如果程序運行正常，過一段時間CPU應(yīng)發(fā)出指令讓看門狗復(fù)位，重新開始倒計數(shù)。如果看門狗減到0就認(rèn)為程序沒有正常工作，強(qiáng)制整個系統(tǒng)復(fù)位。7.3.11 安全繼電器安全繼電器是構(gòu)成風(fēng)機(jī)安全鏈的核心器件，是安全鏈的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；當(dāng)發(fā)生故障時會做出有規(guī)則的動作，它具有強(qiáng)制導(dǎo)向接點結(jié)構(gòu)，萬一發(fā)生接點熔結(jié)現(xiàn)象時也能確保安全，這一點同一般繼電器完全不同。7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器構(gòu)成風(fēng)機(jī)安全鏈的核心器件，是安全鏈的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；當(dāng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障時安全繼電器斷開，使風(fēng)電機(jī)組的控制電壓丟失，風(fēng)機(jī)執(zhí)行緊急停機(jī)，起到保護(hù)機(jī)組的作用。圖7- 35 PNOZ 1安全繼電器及其面板定義7.3 風(fēng)電機(jī)組常用傳感器 電源：A1-A2輸入：T12-T22, T11-T22輸出：13-14，23-24，33-34輔助觸點：41-4