新闻

风机变桨控制柜可行性方案(风电))

作者:沙龙体育 发布时间:2020-06-20 15:13 点击数:

  风机变桨控制柜可行性方案(风电))_纺织/轻工业_工程科技_专业资料。一、趋势判断和需求分析 1、 国内外现状、水平和发展趋势 在 2007 年前后,我国风电设备的关键零部件产能严重不足,一些关键零部件存在 较大的供需矛盾,严重依赖进口。而且进口关键零部件的订货周期长、

  一、趋势判断和需求分析 1、 国内外现状、水平和发展趋势 在 2007 年前后,我国风电设备的关键零部件产能严重不足,一些关键零部件存在 较大的供需矛盾,严重依赖进口。而且进口关键零部件的订货周期长、价格高,关键零 部件掣肘我国风电产业的发展。随着整机制造企业的迅速增加,更加激化了关键零部件 与整机生产不相匹配的矛盾。 在这种现状下,能否控制成本将成为企业在激烈竞争中能否胜出的关键。而控制成 本的关键在于外购率,而那些只做系统整合,不能够自己生产风机主要零部件的企业, 很难将成本降低。而那些可以制造发电机、叶片、齿轮箱、控制系统的企业,无疑在成 本整合上更具优势。风机制造企业需要不断的提高自己的零部件自制率。下表按照风机 零部件构成比例列出了目前的现状。 零部件 塔架 风轮叶片 齿轮箱 变频器 变压器 发电机 偏航环 变桨距系统 主轴 轮毂 机舱壳 制动系统 偏航系统 风轮轴承 螺钉 电缆 成本占比 26.30% 22.20% 12.91% 5.01% 3.59% 3.44% 2.80% 2.66% 1.91% 1.37% 1.35% 1.32% 1.25% 1.22% 1.04% 0.96% 图表 风机零部件构成比例 国产自制状态 性能描述 已自制 通常为卷钢制成 未自制 采用复合材料,经特殊设计的模具制造加工 已自制 提高峰轮轴的低转速发电机所需的高转速 已自制 将发电机的直流电转变为交流电 已自制 将来自单机的电力转变为电网所需的高电压 已自制 将机械能转换为电能。 已自制 采用刚材制成,以支撑整个动力传动系统 未自制 调整叶片角度,使风能利用最大化 已自制 将风轮转向力传递到齿轮箱 已自制 采用铸铁制造,提供插放叶片的位臵 已自制 质轻的玻璃钢箱体覆盖于机组系统之外 已自制 根据需要采用碟刹令机组停止运行 已自制 使机舱旋转至迎风方向的结构 未自制 用来抵抗风力所产生的负载 已自制 将各个主要部件固定,须适应于极限负载 已自制 在风电场中将单机相连至子电站 2、 知识产权状况和技术标准状况 由上表可以看出变桨距控制系统是确保风机能量捕获,合理抵抗载荷的基本设备。 由于其在风机整机中至关重要的作用,使得目前能独立提供产品的只有 SEG 和 LUST 两 家国外公司。国内规模化的企业约有近 10 家,但均为组装厂家,没有核心技术,无法 在同一水平线、 经济建设和社会发展需求 能源和环境是 21 世纪所关注的最重要的两个主题 。随着经济不断发展 ,必然引起 石油、煤炭等自然资源枯竭、环境污染及地球温室效应的加重。人们必须把握经济增长、 环境保护和能源供给这三位一体的“3E”之间的平衡关系。 风电市场竞争激烈,已经是不争的事实,在此时,能否控制成本将成为企业在激烈 竞争中能否胜出的关键。而控制成本的关键在于外购率,那些只做系统整合,而那些不 能够自己生产风机主要零部件的企业,很难将成本降低。而那些可以制造发电机、叶片、 齿轮箱、控制系统的企业,无疑在成本整合上更具优势。风机制造企业需要不断的提高 自己的零部件自制率。 4、 科学技术价值、特色 掌握大功率风机变桨控制器的设计技术。 掌握大载荷动态位臵换的控制算法。 掌握大功率风机变桨控制器的制造工艺。 联合研发国产大功率风机新型变桨控制器的科学价值在于: 二、研究内容和技术关键 1、 项目总目标 项目研究的总体目标是研制一套适合工程应用的产品化的大功率风机变桨控制器系 统。具有如下优点: ? 精度高、响应快速性能优越。 ? 同步齐、一致性好性能稳定。 ? 结构合理接口标准便于产业化。 ? 性价比合理便于商业化运作。 2、 ⑴、 项目关键技术 驱动器动态载荷的算法 在经典的算法中增加了加速度扰动量,按照日本安川公司提供的大动态载荷模 型来完善算法,算法的基本流程如下图所示: ⑵、 电池状态的实时监控 电池状态的实时监控关键在于将三个桨叶的电池充放电控制系统独立,改变 LUST 的三个桨叶的电池充放电控制有一套系统分时完成的状况,提高了紧急状态下 的安全系数。因为终归有一个系统能让桨叶回到顺桨位臵,使风机回到安全状态。 充放电控制分为三种模式: 主控命令、自动监控和手动应 急。 其功能框图如下,状态监控 的信号包括:电流、 电压、电 池温度、柜体温度、 主控命令 要求、电池柜状态、 手动应急 要求、 充放电动作、 安全链信号 等。 ⑶、 安全链逻辑的控制流程 ? 硬件主安全链有安全继电器和 PLC 逻辑构成。 ? 电池状态监控器提供第二个独立的安全回路(DC24V) 。 ? 交流电源故障时,电池状态监控器提供直流电源。 (DC24V) ? 尽量少用电池能量,延长电池寿命。 安全链设计的原则有以下四条: 安全链逻辑框图如下: ⑷、 组合安装的工艺流程 ? 防止任意旋转时松动紧固件。 ? 模块可以方便地整体拆卸。 ? 所有部件安装必须考虑风机特殊工况。 ? 所有接线按排必须与原使用系统保持一致。 ? 安装尺寸必须与原使用系统保持一致。 3、 项目技术路线 技术路线为以现有成熟技术为基础,结合国际交流合作的成果,通过联合开发 形成样机。最终独立掌握关键技术。 在上述的国际交流合作总则中,日本安川公司由于其驱动技术特别是大动态载 荷模型算法在日本国内及国际上的领先地位和大量国内外应用实例(如宝钢等)成 为国际交流合作的首选对象。项目具体合作的技术路线如下: ⑴、 通过与日本安川国际交流合作,联合开发变桨距控制的驱动器核心技术——动态载 荷的模型算法。掌握算法模型的建立过程、运算分析思路,动态大载荷大惯量的处 理方法。最终形成完整的算法和参数体系。 ⑵、 通过与日本安川国际交流合作,由日本安川提供驱动器的功率模块,控制模块自主 设计,形成性价比极高的驱动器系统。 ⑶、 电池组状态的实时监控采用成熟的磷酸锂铁电池,功率密度大,输出瞬时功率强, 形成可靠的后备电池系统。 ⑷、 安全链控制采用成熟的 PLC 技术,主要由硬件来进行安全链保护,以此作为确保系 统安全的基本条件。 ⑸、 组合安装的工艺流程尽量参考成熟的国外产品,以严格的工艺和质量控制来达到近 乎苛刻的可靠性保证。 4、 项目创新点 ⑴、 伺服驱动器的动态载荷算法,提高位臵定位精度和响应时间. 在经典的算法中增加了加速度扰动量,按照日本安川公司提供的大动态载荷模 型来完善算法,算法实施的效果示意如下图所示,左边为实施前效果,右边为实施 后效果。 ⑵、 增加电池监控的硬件保护体系,保护功能齐全、安全链冗余度大。 电池状态的实时监控关键在于将三个桨叶的电池充放电控制系统独立, 改变 LUST 的三个桨叶的电池充放电控制有一套系统分时完成的状况,提高了紧急状 态下的安全系数。因为终归有一个系统能让桨叶回到顺桨位臵,使风机回到安 全状态。 电池监控功能包括:独立充放电控制,24V 冗余控制,直流电路转换,独立 安全链回路。 充放电回路互为冗余,互为监控自动切换主回路,安全可靠性强。 电池监控控制功能框图如下 ⑶、 增加两种总线结构,提高通讯的可靠性。 采用双总线(CAN/ProfiBus)冗余设计如下图所示,避免了原先 LUST 的单 一总线(ProfiBus)不稳定。 5、 项目主要技术内容 ⑴、 驱动器动态载荷的算法 在经典的算法中增加了加速度扰动量, 按照日本安川公司提供的大动态载荷 模型来完善算法,算法的基本流程如下图所示: ⑵、 电池状态的实时监控 电池监控功能包括:独立充放电控制,24V 冗余控制,直流电路转换,独立 安全链回路。 充放电回路互为冗余,互为监控自动切换主回路,安全可靠性强。 充放电控制分为三种模式:主控命令、自动监控和手动应急。其功能框图如 下,状态监控的信号包括:电流、 电压、电池温度、柜体温度、 主控命令要 求、电池柜状态、 手动应急要求、充放电动作、安全链信号等。 电池端子面必须确保任意旋转时始终朝上。 电池模块可以方便地整体拆卸。 所有部件安装必须考虑风机特殊工况。 ⑶、 安全链逻辑的控制流程 安全链设计的原则有以下四条: ? 硬件主安全链有安全继电器和 PLC 逻辑构成。 ? 电池状态监控器提供第二个独立的安全回路。 ? 交流电源故障时,电池状态监控器提供直流电源。 ? 尽量少用电池能量,延长电池寿命。 安全链逻辑框图如下: ⑷、 组合安装的工艺流程 ? 防止任意旋转时松动紧固件。 ? 模块可以方便地整体拆卸。 ? 所有部件安装必须考虑风机特殊工况。 ? 所有接线按排必须与原使用系统保持一致。 ? 安装尺寸必须与原使用系统保持一致。 ⑸、 带载测试平台 ? 模拟主控应能满足如下功能: 完成与变桨系统的通讯, 要同时考虑 Profibus 和 CANopen 两种通讯接口方式。给变桨系统发送变桨的位臵,变桨速度等指 令显示变桨系统的各种状态。 ? 加载驱动控制器的功能:接收加载信号。把加载信号转换成扭矩,并送给加 载电机。接收扭矩传感器的值,并显示此值。接收加载电机的各种状态值。 ? 叶片角度模拟和限位开关触发装臵。为了使变桨带载测试平台更加真实,更 能贴近实际的变桨运行状态。 在此系统中增加了变桨限位开关触发装臵和桨 叶编码器旋转装臵。 本装臵主要伺服驱动器从控制器或加载驱动器接收加实 际转速,通过可调速比进行速度同步,做到实时与加载电机转速线性同步。 三、执行年限和计划进度 年度 2011 月份 8 月—9 月 主要工作内容 设计变桨控制器设备电 路原理和逻辑流程 节点目标 原理图、状态图成文并评审 9 月—10 月 10 月—11 月 10 月—12 月 制作变桨控制器样机 研究相关技术及调试性 能指标,并且开始工程 应用 工艺文件,验收材料 提供整个系统测试的样机 提供测试试验报告 项目验收会 四、成果形式和考核指标 考核指标: ? ? ? ? ? ? ? 角度控制范围:0~92 度 额定扭矩:31.8Nm 最大扭矩:100Nm 制动力矩:82Nm 额定功率:6KW 建立制动扭矩的最大时间:50ms 释放制动扭矩的最大时间:100ms 五、预期效果和风险分析 1.经济效益和产业化前景 根据中国风能协会提供的统计数据,截止 2007 年底,我国(台湾地区除外)新 增风电机组 3155 台,新增装机容量达 3446MW,同比增长 156.4%;2007 年底累计 风电机组 6469 台,装机容量达 6050MW,风电场 158 个,分布于 21 个省(市、区和 特别行政区) ,较 06 年增加了 6 个省市(北京、山西、河南、湖南和湖北) ,累计 装机容量同比增长 132.33%,07 年共计上网电量约 52 亿 KWH。 2007 年,我国新增风力发电装机容量 344.6 万千瓦,比 2000 年增加了 336.96 万千瓦,平均每年增加 48.14 万千瓦。 风机制造企业分为三个梯队,金凤科技、大连华锐、东方电气在 2008 年年产 100 万千瓦以上,属于第一梯队;明阳、浙江运达、上海电气、湘电等属于第二梯 队,年产量在 10-25 万千瓦;其他还没有实现批量化生产的属于第三梯队。 根据上海电气内配计划,按照上海风电的产能变桨控制器需求可达 300 余套。 总产值达到 10000 万元人民币,利润可达到 1000 元人民币。 根据其他风机整机厂商的市场的 8%计算,按照 5 MW 机组折算变桨控制器需求为 400 余套。总产值达到 12000 万元人民币,利润可达到 1200 元人民币。 2. 对环境影响程度及资源综合利用 没有影响 3.技术风险和市场风险 技术上处于全新的自主联合开发,存在一定的技术风险,特别是由于风能特性 的不确定因素导致整体方案的变动。 市场上的竞争将随着风电行业竞争的激烈变得更加白热化,而且预计将会十分 残酷激烈。 六、经费预算 初步估算: 电池柜的成本应在 8 万人民币左右 控制器部分 6 万人民币左右 电机及驱动在 8 万人民币左右 柜体、继电控制以及接插件在 2.5 万人民币左右 1、制造总成本(单位:元 人民币) 名称 电池盒 电控箱 接线.00 171379.27 3000.00 245548.27 2、 电控箱 部件名 称 器件单列成本: 组件 件名 称 配电 组件 1#电控 箱 驱动 部件 控制 部件 零件名称 主开关断路器 1Q1 400V 浪涌吸收 1R1 230V 浪涌吸收 1R2 1#开关断路器 1F1 2#开关断路器 1F2 3#开关断路器 1F3 电源相序检测 1F4 控制断路器 1F5 控制继电器 1K1 启动电阻 2R1、2R2 分流电阻 2R3、2R4 放电电阻 2R5、2R6 主回路导向桥堆 2V1 低压穿越桥堆 2V2 直流隔离桥堆 2V3 1#主变桨驱动器 2A1 CAN 终端电阻 3R1 4 输入模拟量模块 16 输入开关量模块 8 独立输出开关量模块 终端模块 低压穿越断路器 2F1 上电松闸继电器 4K1 驱动上电继电器 4K2 型号、厂家 3 相 400V/63A 3 相 400V/C25A 3 相 400V/C25A 3 相 400V/C25A 1A1/鉴相、欠压等 单相 230V/C16A 直流 230V 直流中继 3Ω /100W 33Ω /400W 18Ω /400W 3 相单用 1600V/50A 单相 1600V/50A 单相 1600V/50A 3 相单用 40A/12KW 120Ω EL4553 EL2008 EL1008 EL9011 B 6A 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 单价 768.00 21.50 21.50 247.00 247.00 247.00 1686.00 183.00 183.00 270.00 800.00 800.00 327.00 175.00 175.00 6400.00 0.00 1673.00 654.50 595.00 47.60 77.90 98.00 98.00 小计 768 21.5 21.5 247 247 247 1686 183 183 540 1600 1600 327 175 175 6400 0 1673 654.5 595 47.6 77.9 98 98 备注 (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (倍福) (施耐德) (施耐德) (三肯) (三肯) (三肯) (安川) (倍福) (倍福) (倍福) (倍福) (施耐德) (施耐德) (施耐德) 启动风冷继电器 4K3 启动加热继电器 4K4 刹车导向桥 5V1 刹车交流断路器 5F1 刹车一级断路器 5F2 刹车二级断路器 5F3 风冷加热断路器 5F4 整流模块电路 5G2 电池电压监测 6U1 电池 24V 断路器 6F1 电源 24V 断路器 6F2 直流 24V 断路器 6F3 直流母线Q1 隔离二极管 6V1 隔离二极管 6V2 刹车释放继电器 7K1 启动控制继电器 7K2 驱动工作继电器 7K3 风冷工作继电器 7K4 电源故障继电器 7K5 加热工作继电器 7K6 电池工作继电器 8K1 电池分流继电器 8K2 电池松闸继电器 8K3 91 度限位继电器 8K4 96 度限位继电器 8K5 限位旁路继电器 8K6 安全链继电器 8K7 故障松闸继电器 8K8 充电器 14G1 充电电源断路器 14F1 充电输出断路器 14F2 1#充电继电器 15K1 2#充电继电器 15K2 3#充电继电器 15K3 充电关断继电器 15K4 UPS 激活继电器 15K5 触摸屏 16A1 ETHERCAT 模块 16A2 数字输入 16A3 数字输入 16A4 数字输入 16A5 数字输入 16A6 数字输入 16A7 数字输出 16A8 数字输出 16A9 CAN_OPEN 主站 16A10 24V DC 直流 24V DC 直流 1600V/5A 压敏电阻 B 6A 直流 C 10A 直流 B 6A 直流 B 6A 直流 300V/1A 过充、欠压等 B 6A 直流 B 16A 直流 B 10A 直流 40A B 6A 直流 400V/160A 直流 1000V/20A 1000V/20A 24V DC 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 230V 中继直流 230V 中继直流 230V 中继直流 24V DC 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 AC 500V C 10A 直流 B 10A 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 24V DC 直流 CP EK1100 EL2008 EL2008 EL2008 EL2008 EL2008 EL2008 EL2008 EL6751 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 98.00 98.00 88.00 77.90 185.30 77.90 77.90 295.00 2275.00 77.90 252.30 161.40 70.00 77.90 1873.00 25.00 25.00 98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 179.00 179.00 179.00 98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 4058 185.30 161.40 98.00 98.00 98.00 98.00 98.00 15,913.80 1,666.00 654.50 654.50 654.50 654.50 47.60 595.00 595.00 4,420.00 98 98 88 77.9 185.3 77.9 77.9 295 2275 77.9 252.3 161.4 70 77.9 1873 25 25 98 98 98 98 98 98 179 179 179 98 98 98 98 98 4058 185.3 161.4 98 98 98 98 98 5251.554 549.78 215.985 215.985 215.985 215.985 15.708 196.35 196.35 1458.6 (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (DFS) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (DFS) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (施耐德) (倍福) (倍福) (倍福) (倍福) (倍福) (倍福) (倍福) (倍福) (倍福) (倍福) 电机 组件 PROFIBUS 从站 16A11 叶片轴信号端子 叶片轴限位端子 直流串励电机 2M1 电机转速编码器 2M1 刹车电磁铁 2M1 刹车释放风机 2M1 加热器 2M1 叶片轴承编码器 3B1 风冷电机 六面体 5M1 合计 EL6731-0010 G1/BG10 HI1/BG6 单相 6KW、26A、288V SSI/GM400 288VDC/50W/0.17A 288VDC/50W/0.08A 230VAC/50W/0.22A SSI/GM400/绝对值 230VAC/140W/0.61A 不锈钢 0.33 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.33 5,338.00 111.70 111.70 5798.00 2500.00 447.00 344.00 225.00 2500.00 0.00 14500 1761.54 111.7 111.7 5798 2500 447 344 225 2500 (倍福) harting harting (安川) (GE) (安川) (安川) (安川) (GE) 叶片 组件 风机 组件 柜体 0 (安川) 4785 (威图) 57126.42 电池柜 部件名称 组件件名 称 电池组件 端子组件 加热组件 传感器组 件 柜体 零件名称 电池组件 接线#电池盒 加热风扇 温保继电器 PT100 1R2 NTC 1R3 不锈钢密封 220V/10A PT100 NTC 10K 1000×1000×800 合计 型号、厂家 288V/200AH/40A/15°~70° M1、BG16 250W 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 单价 20140.00 1106.00 750.00 150.00 43.00 101.00 233.00 1200.00 小计 20140 1106 750 150 43 101 233 1200 23723 备注 (DFS) harting


沙龙体育

@SHENZHEN ENERGY Corporation All Rights Reserved.

沙龙体育

桂ICP备16003873号-1