6SL3000-0CE21-0AA0技術(shù)參數(shù)
3變槳控制器的設(shè)計
3.1系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
本文實驗中采用國外某知名風電公司風力發(fā)電機組作為實驗對象,其額定功率550KW,采用液壓變槳系統(tǒng),液壓變槳系統(tǒng)原理圖如圖3所示。從圖3中可以看出,通過改變液壓比例閥的電壓可以改變進槳或退槳速度,在風力機出現(xiàn)故障或緊急停機時,可控制電磁閥J-B閉合、J-A和J-C打開,使儲壓罐1中的液壓油迅速進入變槳缸,推動槳葉達到順槳位置(90°)。
圖3 液壓變槳距控制系統(tǒng)原理圖
本系統(tǒng)中采用OMRON公司的CJ1M系列PLC。發(fā)電機的功率信號由高速功率變送器以模擬量的形式(0~10V對應(yīng)功率0~800KW)輸入到PLC,槳距角反饋信號(0~10V對應(yīng)槳距角0~90°)以模擬量的形式輸入到PLC的模擬輸入單元;液壓傳感器1、2也要以模擬量的形式輸入。在這里選用了4路模擬量的輸入單元CJ1W-AD041;模擬量輸出單元選用CJ1W-DA021,輸出信號為-10V~+10V,將信號輸出到比例閥來控制進槳或退槳速度;為了測量發(fā)電機的轉(zhuǎn)速,選用高速計數(shù)單元CJW-CT021,發(fā)電機的轉(zhuǎn)速是通過與發(fā)電機相連的光電碼盤,每轉(zhuǎn)輸出10個脈沖,輸入給計數(shù)單元CJW-CT021。
3.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的主要功能都是由PLC來實現(xiàn)的,當滿足風力機起動條件時,PLC發(fā)出指令使葉片槳距角從90°勻速減??;當發(fā)電機并網(wǎng)后PLC根據(jù)反饋的功率進行功率調(diào)節(jié),在額定風速之下保持較高的風能吸收系數(shù),在額定風速之上,通過調(diào)整槳距角使輸出功率保持在額定功率上。在有故障停機或急停信號時,PLC控制電磁閥J-A和J-C打開,J-B關(guān)閉,使得葉片迅速變到槳距角為90°的位置。
風力機起動時變槳控制程序流程如圖4所示。當風速高于起動風速時PLC通過模擬輸出單元向比例閥輸出1.8V電壓,使葉片以0.9°/s的速度變化到15°。此時,若發(fā)電機的轉(zhuǎn)速大于800r/min或者轉(zhuǎn)速持續(xù)一分鐘大于700r/min,則槳葉繼續(xù)進槳到3°位置。PLC到高速計數(shù)單元的轉(zhuǎn)速信號大于1000r/min時發(fā)出并網(wǎng)指令。若槳距角在到達3°后2分鐘未并網(wǎng)則由模擬輸出單元給比例閥輸出-4.1V電壓,使槳距角退到15°位置。
圖4風力機起動變槳控制程序流圖
發(fā)電機并上電網(wǎng)后通過調(diào)節(jié)槳距角來調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出功率,功率調(diào)節(jié)程序流程圖如圖5所示。當實際功率大于額定功率時,PLC的模擬輸出單元CJ1W-DA021輸出與功率偏差成比例的電壓信號,并采用LMT指令使輸出電壓限制在-4.1V(對應(yīng)變槳速度4.6°/s)以內(nèi)。當功率偏差小于零時需要進槳來增大功率,進槳時給比例閥輸出的最大電壓為1.8V(對應(yīng)變槳速度0.9°/s)。為了防止頻繁的往復(fù)變槳,在功率偏差在±10kW時不進行變槳。
圖5變槳調(diào)功程序流程圖
在變槳距控制系統(tǒng)中,高風速段的變槳距調(diào)節(jié)功率是非常重要的部分,若退槳速度過慢則會出現(xiàn)過功率或過電流現(xiàn)象,甚至?xí)龤Оl(fā)電機;若槳距調(diào)節(jié)速度過快,不但會出現(xiàn)過調(diào)節(jié)現(xiàn)象,使輸出功率波動較大,而且會縮短變槳缸和變槳軸承的使用壽命。會影響發(fā)電機的輸出功率,使發(fā)電量降低。在本系統(tǒng)中在過功率退槳和欠功率進槳時采用不同的變槳速度。退槳速度較進槳速度大,這樣可以防止在大的陣風時出現(xiàn)發(fā)電機功率過高現(xiàn)象。
3 plc的i/0分配表及中央信號系統(tǒng)梯形圖
以兩路事故信號和兩路預(yù)告信號為例的plc控制的中央信號系統(tǒng)的i/o分配如附表所列;采用fx2型plc實現(xiàn)的中央信號系統(tǒng)的梯形圖如圖6所示:
4 plc控制中央信號系統(tǒng)特點
(1) 前后向通道簡單。前向通道除脈沖形成回路稍許復(fù)雜外,其他都是簡單的光耦電路;后向通道更加簡單,直接由plc輸出。
(2)抗干擾性能好。除plc的i/o本身進行隔離外,對前向通道又進行隔離,有效地抑制了共模干擾。同時系統(tǒng)的功能全部由plc按照預(yù)定的程序完成,避免了由于某個繼電器損壞造成的誤動或拒動。
(3)靈敏度高,過載能力強。plc控制中央信號系統(tǒng)的脈沖形成和響應(yīng)在物理上是獨立的,能夠做到具有很高的靈敏度和承受較大的過負荷能力。
(4)系統(tǒng)完整,容易與二次信號回路連接。只需將幾根信號小母線接入plc控制中央信號系統(tǒng)即可實現(xiàn)與二次信號回路的連接。同時不會對二次回路生產(chǎn)任何影響,這對技術(shù)改造十分有利。
(5)維護簡單。plc程序采用繼電保護人員熟悉的梯形圖編制,直觀明了??芍苯永胮lc編程器對自動復(fù)歸時間等定值進行修改。同時由于plc的高可靠性,基本上可做到免維護。
(6)保護措施,對于音響元件來說,不論是直流線圈還是交流線圈,在發(fā)出聲響時,電路的通斷轉(zhuǎn)換是很頻繁的,易損壞plc輸出接點,為此在蜂鳴器和電鈴的端口別接入滅弧器mcr進行滅弧。對于燈光指示回路,為了防止燈座短路,燒壞plc的輸出接點,用熔斷器fu進行短路保護。
5 結(jié)束語
通過近2年的運行,plc控制中央信號系統(tǒng)完全符合變電站實際運行情況,達到改造的目的。由于plc的性能非常優(yōu)越,從而使中央信號系統(tǒng)的準確性和可靠性得以保,而且使用方便,維護工作量小,二次回路簡單,給值班電工帶來許多方便,提高了電工的工作效率
2.1 中央事故信號
(1) 事故音響信號
事故音響信號采用蜂鳴器,在斷路器qf由繼電保護動作自動跳閘時才能動作。為了避免在手動分、合閘及自動重合閘時啟動事故音響裝置,可利用控制開關(guān)sa(采用lw2-z型)內(nèi)兩對觸點串聯(lián)作為事故音響啟動回路,這兩對觸點只有在合閘后才能同時閉合,其他狀態(tài)都不能同時閉合,如圖1所示:
(2) 事故燈光信號
事故燈光信號采用紅、綠燈。它既作為斷路器qf的位置狀態(tài)指示信號,又作為事故燈光信號。有紅燈平光、綠燈平光、紅燈閃光、綠燈閃光四種狀態(tài)。紅燈亮表示qf在合閘狀態(tài);綠燈亮表示qf在分閘狀態(tài);紅燈閃光表示qf由自動重合閘裝置動作或手動操作分閘;綠燈閃光表示qf由保護裝置動作跳閘或手動操作跳閘。傳統(tǒng)的燈光信號切換是靠控制開關(guān)內(nèi)部觸點的通斷及斷路器輔助觸點的通斷實現(xiàn)的。由于控制開關(guān)內(nèi)部觸點有預(yù)備合閘、合閘、合閘后、預(yù)備跳閘、跳閘、跳閘后六種狀態(tài),而qf輔助觸點有閉合、斷開兩種狀態(tài), 因此決定了燈光信號的四種狀態(tài), 如圖2所示:
由于控制開關(guān)sa內(nèi)部觸點11-10或16-13接通時,其余與該回路燈光控制信號有關(guān)的觸點(9-12、14-13、14-15)均不接通。這樣就可以利用plc中的x12(x13)的常開接點來保證紅、綠燈發(fā)平光。利用x12(x13)的常閉接點來保證紅、綠燈發(fā)閃光。qf燈光信號輸入輸出回路如圖3、圖4所示。
(3) 閃光信號
傳統(tǒng)的閃光電源是由閃光繼電器或2個dz15型中間繼電器提供的,在采用plc后,閃光信號只需用其內(nèi)部的2個定時器t11和t12構(gòu)成振蕩器即可實現(xiàn),從而省去了外部接線。
2.2 中央預(yù)告信號
中央預(yù)告信號是在電氣設(shè)備或線路出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時,幫助值班人員判斷設(shè)備及其性質(zhì),以便電工及時采取措施加以處理,防止事故進一步擴大。在plc組成的預(yù)告信號系統(tǒng)中,仍然保留了原來的光字牌回路檢查裝置(去掉了沖擊繼電器)。為了節(jié)約plc的接點,用預(yù)告信號出口繼電器的觸點驅(qū)動plc輸入端x6(x7),輸出端y6(y7),y1驅(qū)動光字牌和電鈴。電路如圖5所示:
圖5中sa2的觸點位置狀態(tài)為,在試驗位置時觸點1-2,3-4,5-6,7-8,9-10,11-12閉合;在工作位置時觸點13-14,15-16閉合。如果中央事故信號和預(yù)告信號同時發(fā)生,那只發(fā)事故音響信號,但兩者的光字牌都亮,事故信號光字牌平光,預(yù)告信號光字牌閃光?!按_認”按鈕和“音響復(fù)歸”按鈕對于事故信號和預(yù)告信號是公用的。