CONTENTS

目 錄

01

02

03

05

09

15

前言 FOREWORD

目標 TARGET

系統(tǒng)架構(gòu) SYSTEM ARCHITECTURE

主要特點 MAIN FEATURES

子系統(tǒng) SUBSYSTEM

典型業(yè)績 TYPICAL PERFORMANCE

地址：南京市高新開發(fā)區(qū)星火路8號J樓

電話：025-51858307

郵編：210000

免責聲明

我們保留在不另行通知的情況下對產(chǎn)品的技術(shù)說明及本文檔更改的權(quán)利。對于本說明書中可能出現(xiàn)的錯誤，南京河海南自

水電自動化有限公司不承擔任何責任。

對于該文檔及其中所設計的主題、圖表等我們擁有所有權(quán)，在沒有取得南京河海南自水電自動化有限公司的允許下，部分

或全部復制、公開使用都是被嚴厲禁止的。

聯(lián)系我們

自主可控風電機組控制系統(tǒng)

整體解決方案>>>

OVERALL SOLUTION TO CONTROL SYSTEM OF AUTONOMOUS

CONTROLLABLE WIND TURBINE

2022年3月第一版第二次印刷

01 COMPANY PROFILE

公司簡介

02 ABOUT US

風電仿真實驗室簡介

03 MASTER CONTROL SYSTEM

主控系統(tǒng)

04 PITCH CONTROL SYSTEM

變槳系統(tǒng)

05 YAW SYSTEM

偏航系統(tǒng)

06 QUALIFICATIONS

資質(zhì)情況

07 TYPICAL PERFORMANCE

典型業(yè)績

CONYENTS

目錄

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國電南京自動化股份有限公司（簡

稱：國電南自，股票代碼600268）是

1999年11月18日在上海證券交易所上市

的國家電力系統(tǒng)首家高科技上市公司，

被譽為中國電力高科技第一股，現(xiàn)為中

國華電集團直屬單位。

國電南自前身為南京電力自動化設

備總廠，始建于1940年。新中國成立

后，公司在電力自動化領域相繼研究生

產(chǎn)出中國第一代、第二代靜態(tài)繼電保護

產(chǎn)品，創(chuàng)造過多項全國第一，被譽為中

國電力自動化產(chǎn)業(yè)的搖籃和孵化器。

風電事業(yè)部是國電南自專業(yè)從事風

電機組控制技術(shù)研究、產(chǎn)品制造、銷售

服務的直屬重要業(yè)務單位，是國內(nèi)從事

風電機組自主可控控制技術(shù)研究的企業(yè)

之一，已經(jīng)形成風電機組主控系統(tǒng)、變

槳系統(tǒng)以及風電場計算機監(jiān)控系統(tǒng)等整

體解決方案，并已成功實施多個項目。

COMPANY PROFILE

公司簡介

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風電事業(yè)部擁有風電機組控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真實驗室，擁有風電機組主控系統(tǒng)試驗平臺、變槳系統(tǒng)試驗平臺、

偏 航 系 統(tǒng) 試 驗 平 臺、安 全 鏈 試 驗 平 臺 以 及 S C A DA 系 統(tǒng) 試 驗 平 臺，可 以 實 現(xiàn) 風 電 控 制 系 統(tǒng) 全 過 程 仿 真 測 試，可 測 試 產(chǎn)

品范圍覆蓋陸上、海上多種風電機組 。實驗室可通過復雜工況及機組動態(tài)特性仿真模擬，研究風電機組主控、變槳、偏

航等控制邏輯，掌握控制系統(tǒng)主要參數(shù)，通過控制策略與參數(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)風電機組安全提升及能效優(yōu)化。

ABOUT US

風電仿真實驗室簡介

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MASTER CONTROL SYSTEM

主控系統(tǒng)

風機主控系統(tǒng)作為風機的核心部件之一，主要完成風機自動啟動和停機控制、并網(wǎng)與脫網(wǎng)控制、開槳與收槳控制、偏

航與解纜控制、運行數(shù)據(jù)的采集與統(tǒng)計、故障的分析與處理、遠程數(shù)據(jù)的傳輸、風機遠程控制自動啟動、自動調(diào)向、自動并

網(wǎng)、故 障 保 護、根 據(jù) 實 時 風 況 自 動 尋 優(yōu) 等 功 能 。為 保 障 國 家 電 力 發(fā) 電 系 統(tǒng) 安 全，實 現(xiàn) 關 鍵 部 件 自 主 可 控，基 于 國 產(chǎn) 處 理 器

和國產(chǎn)嵌入式實時操作系統(tǒng)開發(fā)了SA91C系列風電主控裝置。該產(chǎn)品已經(jīng)通過CE和FCC認證檢測。

此外，還可提供基于BECKHOFF（倍福）、BACHMANN(巴赫曼)、SIEMENS(西門子)、MITA-TEKNIK(米

塔)等控制器的多重解決方案。

SA91C系列風電主控裝置

1 自主、可控

2 安全、可靠

3 高效、智能

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MASTER CONTROL SYSTEM

主控系統(tǒng)

SA91C 系列風電主控裝置硬件包括電

源模件、CPU模件、I/O模件、通訊模件

等，所有模件都采用背板安裝方式，具有

結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安裝方便的特點。

主控硬件

SA91C硬件系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

PLC 性能

CPU 性能

CPU 主頻 1GHz 雙核

CPU 掃描周期 <20ms

CPU 處理能力 峰值運算速度 8GFlops

CPU 負載率 <30%

存儲能力 程序：128M，數(shù)據(jù) 16GByte

外圍接口

以太網(wǎng)接口數(shù) 2 個 10/100Mbps

CANOPEN 接口 數(shù)量：2 個，通信周期：<20ms

RS485 接口 數(shù)量：2 個，支持波特率：2.4~38.4 kbps

電磁

兼容性

抗擾度 IEC61000-4

電磁輻射 IEC61131-2

環(huán)境

適應性

氣候環(huán)境

工作環(huán)境 溫度：-40℃~+ 75℃ 濕度：5%~95%，無凝結(jié) 海拔：<5000m

存儲環(huán)境 溫度：-40℃~ + 85℃ 濕度：5%~ 95%，無凝結(jié)

機械環(huán)境 IEC 60068-2

外殼防護 IEC 60529 IP20

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根據(jù)空氣密度變化自動調(diào)控最優(yōu)模態(tài)值，使風機運

行在更廣泛的最佳C 曲線上。

故障預警及健康檢測

根據(jù)大數(shù)據(jù)及模型訓練，能夠進行健康預警、報警、故障停機。

數(shù)字化場群控制

通過損失某些單機組些機組的發(fā)電效能，提升整個場級發(fā)電效能最

軟件特點

1 IEC61131-3標準編程語言，同時支持C語言等編程

2 監(jiān)測功能-直觀的在線監(jiān)測功能

3 調(diào)試功能-強大的在線調(diào)試功能

4 仿真功能-脫離硬件的完善仿真功能

5 可直接調(diào)用的風電功能庫

MASTER CONTROL SYSTEM

主控系統(tǒng)

SAPRO編程軟件是SA-PLC的集成開發(fā)環(huán)境，包括編輯器、編譯器、調(diào)試器、仿真器和圖形用戶界面工具，主要完

成硬件配置、測點組態(tài)、軟件編程、仿真、調(diào)試及下載工作。

編程軟件

智能算法

p

最佳風能捕捉算法 智能降載算法

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針對不同的適用場景，可提供兩套方案：

保持現(xiàn)場現(xiàn)有設備及元器件，僅對現(xiàn)有程序進行

替換；

對現(xiàn)場部分設備及元器件進行更換，同時對現(xiàn)有

程序進行替換。

PITCH CONTROL SYSTEM

變槳系統(tǒng)

1 支持電池、電容等備用電源，滿足用戶不同需求

2 可實現(xiàn)槳葉獨立變槳，以降低葉片載荷及機組載荷

3 緊急順槳功能，變速順槳，降低風機載荷

4 電網(wǎng)適應性強，具有LVRT、HVRT功能

5 多種現(xiàn)場通訊總線方式（CANOPEN、MODBUS、

PROFIBUS等）

系統(tǒng)特點

變槳系統(tǒng)是風力發(fā)電機組的重要組成部

分，它 主 要 功 能 是 實 現(xiàn) 風 機 槳 葉 的 槳 距 角 控 制 、

恒速運行及氣動剎車等 。系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測與風機主

控系統(tǒng)的通訊以及系統(tǒng)組件的狀態(tài)，確保風機在

控制系統(tǒng)故障情況下停機，以保證風機在設計限

制范圍內(nèi)運行。

系 統(tǒng) 采 用 6 柜 設 計，即 3 個 軸 柜 、3 個 后 備 電

源 柜，即 每 個 槳 葉 有 獨 立 的 變 槳 控 制 系 統(tǒng) 。每 個

子 系 統(tǒng) 有 變 槳 驅(qū) 動 器 、后 備 電 源 、變 槳 電 機 、編

碼 器 、減 速 機 、變 槳 軸 承 等 部 分 組 成 。變 槳 驅(qū) 動

器采用PLC與驅(qū)動器集成的設計，每個變槳控制

柜之間通過電力線和通訊線串行連接。

Page 07

PITCH CONTROL SYSTEM

變槳系統(tǒng)

軟硬件冗余的安全順槳控制策略

安全鏈信號可同時觸發(fā)驅(qū)動器底層與PLC控制器驅(qū)動變槳驅(qū)動器帶動槳葉回到安全位置，確保機組安全停機，提升機組安全性。

手動變槳控制策略

運維過程中，系統(tǒng)根據(jù)槳葉位置進行手動控制邏輯判斷，禁止兩個槳葉同時離開安全停止位置，提高運維的安全性。

位置自適應順槳速度控制策略

槳葉根據(jù)運行的實時位置，自適應調(diào)整順槳速度，保證槳葉穩(wěn)定運行到安全位置，降低風機載荷。

保護配置

控制策略

技術(shù)參數(shù)

方案

參數(shù) 方案 1 方案 2

角度分辨精度 ＜ 0. 05° ＜ 0. 02°

槳葉不同步度值 ≤

≤ 20ms

≤ 20ms

≤ 20ms

≤ 20ms

2° ≤ 2°

槳

響應主控指令的周期

角度反饋主控的延時

葉最大變槳速率 ±10° /s ±10° /s

過 壓 保 護 、欠 壓 保 護 、接 地 故 障 保 護 、輸 入 缺 相 保 護 、輸 出 缺 相 保 護 、過 流 保

護 、變頻器超溫保護 、電機過載保護 、電機失速保護 、電機欠載保護及控制電壓

短路保護等。

角 度 限 值 保 護、限 位 激 活 保 護、電 網(wǎng) 電 壓 限 值 保 護、剎 車 及 釋 放 超 時 保 護、通

訊超時保護、安全鏈觸發(fā)保護及溫度超限保護等。

1 驅(qū)動層保護

2 應用層保護

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偏 航 驅(qū) 動 器 由 整 流 和 逆 變 兩 個 模 塊 組 成，各 子 單 元 共 用 直 流 母 線，控 制 偏 航 電 機 運 行 。

YAW SYSTEM

偏航系統(tǒng)

方案1：

偏航驅(qū)動器由整流模塊與一個逆變單元組成，逆變單元控

制多臺偏航電機運行，保障偏航系統(tǒng)運行平穩(wěn)。

方案2：

偏航驅(qū)動器由整流模塊與多個逆變單元組成，每個逆變單

元單獨拖動一臺偏航電機，實現(xiàn)單個電機的電流和轉(zhuǎn)矩獨

立控制，負荷均勻分配，降低機械載荷、部件磨損。

1 偏航電機速度可調(diào)節(jié)

2 緊湊尺寸、容易安裝和維護

3 偏航動作平穩(wěn)

4 降低電機沖擊電流，延長部件機械壽命

產(chǎn)品特點

系統(tǒng)組成

Page 09

YAW SYSTEM

偏航系統(tǒng)

技術(shù)參數(shù)

三相380Vac~480Vac（-15%~+10%）

47HZ~63HZ

通過附加的制動模塊和制動電阻

V/F控制、SVC控制、FVC控制

支持MODBUS -RTU、PROFIBUS -DP、CANOPEN等

IP20

強制風冷

工作溫度范圍：-40~+75℃

工作濕度變化范圍：5~95%

過溫保護、電源缺相保護、輸入三相電壓不平衡檢測保護、過壓保護、制動回路過

流保護、制動電阻短路保護、制動管直通檢測等。

整流單元：22kW、45kW

逆變單元：3.7kW~45kW

SAY001：一拖多

SAY002：一拖一

名稱 規(guī)格

基本參數(shù)

電網(wǎng)電壓

功率范圍

輸入頻率

制動

系統(tǒng)方案

控制方式

通訊/總線

保護功能

防護等級

冷卻方式

環(huán)境溫度

相對空氣濕度

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SCADA SYSTEM

SCADA系統(tǒng)

產(chǎn)品特點

1 硬 件 上 支 持 飛 騰 、鯤 鵬 、I N T E L 等 多 種 體 系 架 構(gòu) 的 處 理 器

2 兼 容 W I N D O W S 、L I N U X 、U N I X 及 國 產(chǎn) 麒 麟 操 作 系 統(tǒng)

3 適 配 達 夢 、O R A C L E 、M A R I A D B 等 關 系 數(shù) 據(jù) 庫

4 支 持 1 0 1 、1 0 4 ，M O D B U S T C P 、O P C 、6 1 8 5 0 等 通 訊 協(xié) 議 ，擴 展 方 便

5 系 統(tǒng) 自 帶 能 量 管 理 平 臺 功 能 ，可 替 代 風 場 現(xiàn) 有 的 能 量 管 理 平 臺

6 健 康 度 統(tǒng) 計 ，統(tǒng) 計 一 個 時 間 段 內(nèi) ，風 機 內(nèi) 部 各 個 設 備 發(fā) 生 故 障 的 頻 次

7 可 接 入 多 品 牌 、多 廠 家 、多 型 號 風 電 機 組

SCADA系統(tǒng)采用全開放、模塊化設計；硬件上基于飛騰、鯤鵬等國產(chǎn)CPU的服務器，軟件上采用國產(chǎn)麒麟操作系統(tǒng)，

搭載達夢關系數(shù)據(jù)庫，打造出一套完全自主可控的風電場計算機監(jiān)控系統(tǒng) 。通過了“國網(wǎng)電力科學研究院有限公司實驗驗

證中心”的檢測并獲得檢驗報告。

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SCADA SYSTEM

SCADA系統(tǒng)

系統(tǒng)功能

實時數(shù)據(jù)顯示，分為風場總覽畫面及風機視

圖 畫 面 ，分 別 顯 示 風 場 整 體 發(fā) 電 情 況 及 單 臺 風 機 的

運行狀態(tài)信息。

風機控制，遠 程 對 風 機 進 行 啟 機 、停 機 、復 位

操 作 ，人 工 復 位 或 斷 開 安 全 鏈 ，在 權(quán) 限 許 可 的 條 件

下，修 改 風 機 的 運 行 參 數(shù) 。

報警信息，顯 示 當 前 報 警 事 件 信 息 ，能 夠 通 過

時 間 、報 警 類 型 、機 組 等 條 件 查 詢 報 警 的 歷 史 記 錄 。

歷史數(shù)據(jù)查詢，可以查詢風機參數(shù)的歷史記

錄 曲 線 及 進 行 風 機 利 用 率（ 健 康 度 ）查 詢 。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，包 含 警 報 統(tǒng) 計 、功 率 曲 線 、故

障錄波分析等功能。

報表編輯及顯示，包 含 風 場 統(tǒng) 計 報 表 、風 機 運

行報表。

能量管理，接 收 調(diào) 度 下 發(fā) 的 指 令 ，進 行 能 量 分

配，同 時 將 風 機 數(shù) 據(jù) 上 傳 集 控 或 調(diào) 度 。

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SCADA SYSTEM

SCADA系統(tǒng)

性能指標序號

參數(shù)性能指標

1

≥200000點

2

≤1s

3

≤1s

4100%

5

≤10s

6

≤1ms

7

100Mbps或1000Mbps

8

≤30%

9

≤50%

10

≤20%

11

≤50%

12

≥99.9%

I/O點容量

狀變量采集周期

模擬量采集周期

事件記錄正確率

雙機切換時間

對時誤差

網(wǎng)絡速率

正常環(huán)境下主服務器CPU負載

異常環(huán)境下主服務器CPU負載

正常環(huán)境下網(wǎng)絡負載

異常環(huán)境下網(wǎng)絡負載

系統(tǒng)年可用率

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QUALIFICATIONS

資質(zhì)情況

A90C、 SA91C系列主控系統(tǒng)相關產(chǎn)品通過了船級社、CE以及FCC等第三方認證，并于2021年2月8日，通過了中國

電機工程學會鑒定（中電機鑒定(2021)第023號)，以中國科學院周孝信院士、清華大學董新洲教授為首的鑒定委員會一

致 認 為，國 電 南 自 的 自 主 可 控 風 電 主 控 系 統(tǒng) 及 風 電 場 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 了 風 電 機 組 主 控 系 統(tǒng) 和 風 電 場 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 的 軟 硬 件 核

心 技 術(shù)、安 全 性 技 術(shù)、智 能 化 技 術(shù) 等 多 項 技 術(shù) 創(chuàng) 新，提 升 了 風 電 場 控 制 系 統(tǒng) 和 風 電 場 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 的 自 主 可 控 水 平，填 補 了

國內(nèi)空白，整體達到國際先進水平，其中基于控制策略的負載動態(tài)遷移技術(shù)、風電場多維智能報警技術(shù)及控制過程數(shù)據(jù)

源狀態(tài)追蹤校驗技術(shù)以及對操作系統(tǒng)的可信加固方面處于國際領先水平。

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國電南自風電機組控制系統(tǒng)產(chǎn)品在國內(nèi)多個大型并網(wǎng)風電場進行了工程應用，研發(fā)適配了中國海裝、華銳和華創(chuàng)等

廠家的多種機型，典型工程應用如下。

項目使用SA90C系統(tǒng)相關產(chǎn)品對華創(chuàng)1.5MW機組原有的主控

系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)及計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行了國產(chǎn)化替代，并于2020年

1 1 月 2 3 日 正 式 并 網(wǎng) 發(fā) 電 。實 現(xiàn) 了 自 主 可 控 風 電 主 控 系 統(tǒng) 軟 硬 件 平

臺 國 產(chǎn) 化 、主 控 控 制 策 略 和 變 槳 控 制 策 略 自 主 可 控 、風 電 場 計 算 機

監(jiān) 控 系 統(tǒng) 軟 硬 件 平 臺 的 國 產(chǎn) 化 替 代，響 應 速 度 更 快，操 作 系 統(tǒng) 可 用

性 、可 維 護 性 更 好 ；構(gòu) 建 了 基 于 可 信 安 全 架 構(gòu) 的 信 息 安 全 技 術(shù) 的 安

全 防 御 體 系 ；實 現(xiàn) 了 實 時 監(jiān) 測、運 維 管 理、故 障 診 斷、大 數(shù) 據(jù) 分 析 等

功 能 于 一 體 ；有 效 提 高 了 風 電 場 的 管 理 效 率 和 管 理 水 平 。改 造 機 組

運行情況與歷史運行情況相比，機組的穩(wěn)定性和可靠性均有質(zhì)的提

升，同時發(fā)電量也得到了顯著提升。

TYPICAL PERFORMANCE

典型業(yè)績

寧夏寧東風電場1.5MW陸上雙饋風電機組

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項目使用SA91C系列相關產(chǎn)品對華銳3.0MW風電機組原有

的主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、變流器以及計算機監(jiān)控系統(tǒng)

進行了國產(chǎn)化替代，并于2021年06月10日正式并網(wǎng)發(fā)電。項目

以自研的國產(chǎn)化軟硬件平臺為基礎，通過對主控控制策略和變槳

控制深入研究，掌握了最大風能捕獲、自動調(diào)節(jié)、變槳控制、偏

航控制等關鍵技術(shù)，推動了我國風電機組主控系統(tǒng)的國產(chǎn)化發(fā)展

進程。

甘肅黑崖子風電場3.0MW陸上雙饋風電機組

項目使用SA91C系列相關產(chǎn)品對中國海裝6.2MW海上風電

機組原有的主控系統(tǒng)進行了國產(chǎn)化替代，并于2021年05月29日

正式并網(wǎng)發(fā)電。項目以國產(chǎn)CPU處理器和自主研發(fā)的編程軟件為

基礎，采用深度研發(fā)的系統(tǒng)源代碼及全新的主控控制策略方案，

重點解決了特殊應用工況、CPU占有率、載荷等方面的技術(shù)難

題，掌握了海上風電機組主控系統(tǒng)的自主設計、生產(chǎn)、調(diào)試、改

造等全過程關鍵技術(shù)。

福建海壇海峽風電場6.2MW海上雙饋風電機組

地址：南京市高新開發(fā)區(qū)星火路8號D樓、E樓

電話：025-51858307

郵編：210000

聯(lián)系我們

免責聲明

我們保留在不另行通知的情況下對產(chǎn)品的技術(shù)說明及本文檔更改的權(quán)利。對于本說明書中可能出現(xiàn)的錯誤，南京河海南自水

電自動化有限公司不承擔任何責任。

對于該文檔及其中所設計的主題、圖表等我們擁有所有權(quán)，在沒有取得南京河海南自水電自動化有限公司的允許下，部分或全

部復制、公開使用都是被嚴厲禁止的。