风力发电控制系统会达到极端温度

风力发电机组控制中最重要的任务是在短期电网故障或公用事业损失时进行桨距调节和制动。资料来源:kk-电子a/s

风力涡轮机已经使用了几十年，但燃料成本上升、公司预算紧缩以及使用可再生能源/绿色能源的环保倡议，这些因素结合在一起，激发了人们比以往更大的兴趣。控制系统是风力涡轮机的关键组成部分，极端条件下的设计也是如此。

近三十年来，Kk-electronic一直致力于为领先的风力涡轮机制造商开发和生产完整的交钥匙风力涡轮机控制系统。这家丹麦公司的系统目前可以在世界各地运行的15,000多台风力涡轮机中找到-从美国的主要风力发电场，如德克萨斯州的国王山，到建立的海上风力发电场，如哥本哈根的米德尔格伦登和丹麦的奈斯特德。

Kk-electronic的风力涡轮机控制系统范围从简单的控制元件到最先进的复杂控制系统，具有高可靠性，经常需要恶劣的天气条件。对安装在450英尺高的顶部的组件进行定期维护可能需要六个月的时间。塔和遭受极端温度，雷击，和其他危险。因此，系统包括内置的远程监控和报告，承认现场检查的困难。

让我们先来看看确保风力涡轮机安全可靠发电的各种电气和电子元件。这些包括:

主计算机、I/O模块、继电器、水轮机监控组件;

风电机组运行状态连续监测;

轮毂计算机控制桨距;

软偏航系统的变频器、偏航电机保护等;

塔顶接线盒，将塔内铝电缆与发电机上的软铜电缆连接;

电源转换器(全馈或双馈)、滤波器、相位补偿等;

高温不间断电源、I/O模块、接口计算机、操作面板、网络组件、SCADA接口;

高压、中压、低压配电板;

主断路器、并网、电源单元等，外加电能质量分析仪;

风速表、风向标、航空警示灯;和

起重机、舱口、加热、冷却、烟雾探测等供应元件。

风力涡轮机控制系统设计人员面临的一个挑战是涡轮机设施可能承受的极端温度和温度波动。控制系统(和涡轮机本身)必须能够在这些条件下继续工作。中国钱威重庆钱威仪表厂正在寻找一种风力涡轮机控制系统，该系统可以提供所需的正常运行时间数，以在涡轮机的目标时间框架内实现投资回报。千维评估了几家供应商的风力涡轮机控制系统，并选择了kk-electronic。

自那以后，kk- electronics与乾威成立了一家合资企业。新公司kk-Qianwei将销售和生产控制面板。kk-electronic对合资企业的贡献包括其最新的风力涡轮机控制系统，名为“指挥官”，这是风力涡轮机控制的交钥匙解决方案。该系统由预先设计的控制元件和模块化附加组件组成，可以快速实现。kk-electronic还在丹麦Ikast新建了一座耗资200万美元的工厂，用于生产电子控制电路。

滚轴溜冰制动

风电机组控制中最重要的任务是在短期电网故障或公用事业损失时对风电机组桨距和制动的连续控制。这对安全操作至关重要，因为如果不能确保这种控制，除了可能造成人员伤亡外，还会导致传动系统及其塔架的机械应力。

为了防止涡轮叶片转动，调整每个叶片的角度(螺距)，使叶片的边缘与风保持一致;消除风对叶片的作用力会降低转子速度。接下来，刹车被应用到停止和保持转子。如果在转子转速低于允许的制动速度之前应用制动器，则制动器将损坏。

为了消除制动控制中的单点故障，kk使用两个独立的控制子系统专门用于监测和控制涡轮叶片俯仰控制和制动。

极端温度

由于这些计算机的可靠性取决于它们的电源，kk电子意识到，除了公用电源外，这两个系统都需要有自己的备用电源。工程师们决定采用电池供电的不间断电源(UPS)，但他们知道，找到一种能够在极宽温度范围内工作的高温额定UPS至关重要。电力研发工程师Claus Damgaard表示:“我们的风力涡轮机控制系统计划在蒙古和中国其他偏远地区运行，那里的白天温度达到55度

Damgaard说，通过在控制室增加加热元件，冷问题很容易解决，但在公用事业损失的情况下，温度可能会降至零下40度

Damgaard解释说:“我在前卫项目还处于起步阶段的时候就联系了猎鹰电气。“我在网上搜索了高温工业用UPS，发现Falcon提供的UPS是唯一一款55℃的ul级UPS

猎鹰为通用电气、西门子和江森自控等公司提供工业ups。达姆加德说:“猎鹰的工程师迈克·斯托特告诉我，通用电气已经用猎鹰的UPS为他们的wtc(风力涡轮机控制系统)供电，所以我更有信心了。”“更重要的是，由于新的猎鹰SSG系列高温UPS对于我们为UPS设计的托盘来说太深了，猎鹰接受了我的要求，只集成了UPS电子设备，并让kk电子源军用级高温电池。

“Falcon愿意定制UPS，然后花时间确保我们的电池组与这些电池一起工作，这真是太棒了。根据我的经验，UPS公司甚至不会考虑提供这种级别的定制和支持，特别是对于50或100个单位的数量。”

kk-Qianwei目前正在蒙古测试其首个合资风力涡轮机，该公司已在那里运行了几个月。达姆加德说，计划要求kk-Qianwei在2010年再安装100多台涡轮机。

有关kk-electronic a/s的信息可在LinkedIn上找到。

作者信息

Renee Robbins是《控制工程》的高级编辑。通过renee.robbins@reedbusiness.com联系她。

风能资源控制系统设计

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白皮书:来自Dataforth的免费白皮书详细解释了风力涡轮机的运行。“极端I/O应用和信号调节技巧”解决了与风力涡轮机控制相关的极端温度和振动问题。

视频:Winergy Drive Systems为风力涡轮机建造专门的齿轮箱，并声称在该行业领域拥有全球50%的市场份额和美国60%的市场份额，这段简短的视频，“风力涡轮机的心脏”，带你参观Winergy Drive Systems组装车间，展示这些巨大的单位在他们的最终生产阶段。

网络直播:关于风能等替代能源项目的讨论中经常遗漏的一个问题是，所有制造业的工程师在业务发展和技术应用方面可以从这些行业中学到什么。这些绿色能源产业可能是新的，但它们利用了许多经过验证的控制技术，使它们可行。在www.globalelove.com/webcasts网站上，你可以看到“风能:控制工程的经验教训和机遇”。本次免费网络广播的演讲者包括Brian MacCleery，美国国家仪器公司可再生能源高级产品经理，以及Javier Gutierrez，美国国家仪器公司控制与仿真高级产品经理。MacCleery和Gutierrez讨论了风力涡轮机是如何制造和控制的，风力涡轮机控制团队如何使用嵌入式系统平台开发先进的控制系统，以及风能行业使用硬件在环模拟进行控制器测试。

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