CONTENTS

目 录

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03

05

09

15

前言 FOREWORD

目标 TARGET

系统架构 SYSTEM ARCHITECTURE

主要特点 MAIN FEATURES

子系统 SUBSYSTEM

典型业绩 TYPICAL PERFORMANCE

地址：南京市高新开发区星火路8号J楼

电话：025-51858307

邮编：210000

免责声明

我们保留在不另行通知的情况下对产品的技术说明及本文档更改的权利。对于本说明书中可能出现的错误，南京河海南自

水电自动化有限公司不承担任何责任。

对于该文档及其中所设计的主题、图表等我们拥有所有权，在没有取得南京河海南自水电自动化有限公司的允许下，部分

或全部复制、公开使用都是被严厉禁止的。

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自主可控风电机组控制系统

整体解决方案>>>

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

公司简介

02 ABOUT US

风电仿真实验室简介

03 MASTER CONTROL SYSTEM

主控系统

04 PITCH CONTROL SYSTEM

变桨系统

05 YAW SYSTEM

偏航系统

06 QUALIFICATIONS

资质情况

07 TYPICAL PERFORMANCE

典型业绩

CONYENTS

目录

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国电南京自动化股份有限公司（简

称：国电南自，股票代码600268）是

1999年11月18日在上海证券交易所上市

的国家电力系统首家高科技上市公司，

被誉为中国电力高科技第一股，现为中

国华电集团直属单位。

国电南自前身为南京电力自动化设

备总厂，始建于1940年。新中国成立

后，公司在电力自动化领域相继研究生

产出中国第一代、第二代静态继电保护

产品，创造过多项全国第一，被誉为中

国电力自动化产业的摇篮和孵化器。

风电事业部是国电南自专业从事风

电机组控制技术研究、产品制造、销售

服务的直属重要业务单位，是国内从事

风电机组自主可控控制技术研究的企业

之一，已经形成风电机组主控系统、变

桨系统以及风电场计算机监控系统等整

体解决方案，并已成功实施多个项目。

COMPANY PROFILE

公司简介

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风电事业部拥有风电机组控制系统硬件在环仿真实验室，拥有风电机组主控系统试验平台、变桨系统试验平台、

偏 航 系 统 试 验 平 台、安 全 链 试 验 平 台 以 及 S C A DA 系 统 试 验 平 台，可 以 实 现 风 电 控 制 系 统 全 过 程 仿 真 测 试，可 测 试 产

品范围覆盖陆上、海上多种风电机组 。实验室可通过复杂工况及机组动态特性仿真模拟，研究风电机组主控、变桨、偏

航等控制逻辑，掌握控制系统主要参数，通过控制策略与参数优化，实现风电机组安全提升及能效优化。

ABOUT US

风电仿真实验室简介

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MASTER CONTROL SYSTEM

主控系统

风机主控系统作为风机的核心部件之一，主要完成风机自动启动和停机控制、并网与脱网控制、开桨与收桨控制、偏

航与解缆控制、运行数据的采集与统计、故障的分析与处理、远程数据的传输、风机远程控制自动启动、自动调向、自动并

网、故 障 保 护、根 据 实 时 风 况 自 动 寻 优 等 功 能 。为 保 障 国 家 电 力 发 电 系 统 安 全，实 现 关 键 部 件 自 主 可 控，基 于 国 产 处 理 器

和国产嵌入式实时操作系统开发了SA91C系列风电主控装置。该产品已经通过CE和FCC认证检测。

此外，还可提供基于BECKHOFF（倍福）、BACHMANN(巴赫曼)、SIEMENS(西门子)、MITA-TEKNIK(米

塔)等控制器的多重解决方案。

SA91C系列风电主控装置

1 自主、可控

2 安全、可靠

3 高效、智能

Page 04

MASTER CONTROL SYSTEM

主控系统

SA91C 系列风电主控装置硬件包括电

源模件、CPU模件、I/O模件、通讯模件

等，所有模件都采用背板安装方式，具有

结构紧凑、体积小、安装方便的特点。

主控硬件

SA91C硬件系统技术参数

PLC 性能

CPU 性能

CPU 主频 1GHz 双核

CPU 扫描周期 <20ms

CPU 处理能力 峰值运算速度 8GFlops

CPU 负载率 <30%

存储能力 程序：128M，数据 16GByte

外围接口

以太网接口数 2 个 10/100Mbps

CANOPEN 接口 数量：2 个，通信周期：<20ms

RS485 接口 数量：2 个，支持波特率：2.4~38.4 kbps

电磁

兼容性

抗扰度 IEC61000-4

电磁辐射 IEC61131-2

环境

适应性

气候环境

工作环境 温度：-40℃~+ 75℃ 湿度：5%~95%，无凝结 海拔：<5000m

存储环境 温度：-40℃~ + 85℃ 湿度：5%~ 95%，无凝结

机械环境 IEC 60068-2

外壳防护 IEC 60529 IP20

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根据空气密度变化自动调控最优模态值，使风机运

行在更广泛的最佳C 曲线上。

故障预警及健康检测

根据大数据及模型训练，能够进行健康预警、报警、故障停机。

数字化场群控制

通过损失某些单机组些机组的发电效能，提升整个场级发电效能最

软件特点

1 IEC61131-3标准编程语言，同时支持C语言等编程

2 监测功能-直观的在线监测功能

3 调试功能-强大的在线调试功能

4 仿真功能-脱离硬件的完善仿真功能

5 可直接调用的风电功能库

MASTER CONTROL SYSTEM

主控系统

SAPRO编程软件是SA-PLC的集成开发环境，包括编辑器、编译器、调试器、仿真器和图形用户界面工具，主要完

成硬件配置、测点组态、软件编程、仿真、调试及下载工作。

编程软件

智能算法

p

最佳风能捕捉算法 智能降载算法

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针对不同的适用场景，可提供两套方案：

保持现场现有设备及元器件，仅对现有程序进行

替换；

对现场部分设备及元器件进行更换，同时对现有

程序进行替换。

PITCH CONTROL SYSTEM

变桨系统

1 支持电池、电容等备用电源，满足用户不同需求

2 可实现桨叶独立变桨，以降低叶片载荷及机组载荷

3 紧急顺桨功能，变速顺桨，降低风机载荷

4 电网适应性强，具有LVRT、HVRT功能

5 多种现场通讯总线方式（CANOPEN、MODBUS、

PROFIBUS等）

系统特点

变桨系统是风力发电机组的重要组成部

分，它 主 要 功 能 是 实 现 风 机 桨 叶 的 桨 距 角 控 制 、

恒速运行及气动刹车等 。系统持续监测与风机主

控系统的通讯以及系统组件的状态，确保风机在

控制系统故障情况下停机，以保证风机在设计限

制范围内运行。

系 统 采 用 6 柜 设 计，即 3 个 轴 柜 、3 个 后 备 电

源 柜，即 每 个 桨 叶 有 独 立 的 变 桨 控 制 系 统 。每 个

子 系 统 有 变 桨 驱 动 器 、后 备 电 源 、变 桨 电 机 、编

码 器 、减 速 机 、变 桨 轴 承 等 部 分 组 成 。变 桨 驱 动

器采用PLC与驱动器集成的设计，每个变桨控制

柜之间通过电力线和通讯线串行连接。

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PITCH CONTROL SYSTEM

变桨系统

软硬件冗余的安全顺桨控制策略

安全链信号可同时触发驱动器底层与PLC控制器驱动变桨驱动器带动桨叶回到安全位置，确保机组安全停机，提升机组安全性。

手动变桨控制策略

运维过程中，系统根据桨叶位置进行手动控制逻辑判断，禁止两个桨叶同时离开安全停止位置，提高运维的安全性。

位置自适应顺桨速度控制策略

桨叶根据运行的实时位置，自适应调整顺桨速度，保证桨叶稳定运行到安全位置，降低风机载荷。

保护配置

控制策略

技术参数

方案

参数 方案 1 方案 2

角度分辨精度 ＜ 0. 05° ＜ 0. 02°

桨叶不同步度值 ≤

≤ 20ms

≤ 20ms

≤ 20ms

≤ 20ms

2° ≤ 2°

桨

响应主控指令的周期

角度反馈主控的延时

叶最大变桨速率 ±10° /s ±10° /s

过 压 保 护 、欠 压 保 护 、接 地 故 障 保 护 、输 入 缺 相 保 护 、输 出 缺 相 保 护 、过 流 保

护 、变频器超温保护 、电机过载保护 、电机失速保护 、电机欠载保护及控制电压

短路保护等。

角 度 限 值 保 护、限 位 激 活 保 护、电 网 电 压 限 值 保 护、刹 车 及 释 放 超 时 保 护、通

讯超时保护、安全链触发保护及温度超限保护等。

1 驱动层保护

2 应用层保护

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偏 航 驱 动 器 由 整 流 和 逆 变 两 个 模 块 组 成，各 子 单 元 共 用 直 流 母 线，控 制 偏 航 电 机 运 行 。

YAW SYSTEM

偏航系统

方案1：

偏航驱动器由整流模块与一个逆变单元组成，逆变单元控

制多台偏航电机运行，保障偏航系统运行平稳。

方案2：

偏航驱动器由整流模块与多个逆变单元组成，每个逆变单

元单独拖动一台偏航电机，实现单个电机的电流和转矩独

立控制，负荷均匀分配，降低机械载荷、部件磨损。

1 偏航电机速度可调节

2 紧凑尺寸、容易安装和维护

3 偏航动作平稳

4 降低电机冲击电流，延长部件机械寿命

产品特点

系统组成

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YAW SYSTEM

偏航系统

技术参数

三相380Vac~480Vac（-15%~+10%）

47HZ~63HZ

通过附加的制动模块和制动电阻

V/F控制、SVC控制、FVC控制

支持MODBUS -RTU、PROFIBUS -DP、CANOPEN等

IP20

强制风冷

工作温度范围：-40~+75℃

工作湿度变化范围：5~95%

过温保护、电源缺相保护、输入三相电压不平衡检测保护、过压保护、制动回路过

流保护、制动电阻短路保护、制动管直通检测等。

整流单元：22kW、45kW

逆变单元：3.7kW~45kW

SAY001：一拖多

SAY002：一拖一

名称 规格

基本参数

电网电压

功率范围

输入频率

制动

系统方案

控制方式

通讯/总线

保护功能

防护等级

冷却方式

环境温度

相对空气湿度

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SCADA SYSTEM

SCADA系统

产品特点

1 硬 件 上 支 持 飞 腾 、鲲 鹏 、I N T E L 等 多 种 体 系 架 构 的 处 理 器

2 兼 容 W I N D O W S 、L I N U X 、U N I X 及 国 产 麒 麟 操 作 系 统

3 适 配 达 梦 、O R A C L E 、M A R I A D B 等 关 系 数 据 库

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 讯 协 议 ，扩 展 方 便

5 系 统 自 带 能 量 管 理 平 台 功 能 ，可 替 代 风 场 现 有 的 能 量 管 理 平 台

6 健 康 度 统 计 ，统 计 一 个 时 间 段 内 ，风 机 内 部 各 个 设 备 发 生 故 障 的 频 次

7 可 接 入 多 品 牌 、多 厂 家 、多 型 号 风 电 机 组

SCADA系统采用全开放、模块化设计；硬件上基于飞腾、鲲鹏等国产CPU的服务器，软件上采用国产麒麟操作系统，

搭载达梦关系数据库，打造出一套完全自主可控的风电场计算机监控系统 。通过了“国网电力科学研究院有限公司实验验

证中心”的检测并获得检验报告。

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SCADA SYSTEM

SCADA系统

系统功能

实时数据显示，分为风场总览画面及风机视

图 画 面 ，分 别 显 示 风 场 整 体 发 电 情 况 及 单 台 风 机 的

运行状态信息。

风机控制，远 程 对 风 机 进 行 启 机 、停 机 、复 位

操 作 ，人 工 复 位 或 断 开 安 全 链 ，在 权 限 许 可 的 条 件

下，修 改 风 机 的 运 行 参 数 。

报警信息，显 示 当 前 报 警 事 件 信 息 ，能 够 通 过

时 间 、报 警 类 型 、机 组 等 条 件 查 询 报 警 的 历 史 记 录 。

历史数据查询，可以查询风机参数的历史记

录 曲 线 及 进 行 风 机 利 用 率（ 健 康 度 ）查 询 。

数据统计分析，包 含 警 报 统 计 、功 率 曲 线 、故

障录波分析等功能。

报表编辑及显示，包 含 风 场 统 计 报 表 、风 机 运

行报表。

能量管理，接 收 调 度 下 发 的 指 令 ，进 行 能 量 分

配，同 时 将 风 机 数 据 上 传 集 控 或 调 度 。

Page 12

SCADA SYSTEM

SCADA系统

性能指标序号

参数性能指标

1

≥200000点

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点容量

状变量采集周期

模拟量采集周期

事件记录正确率

双机切换时间

对时误差

网络速率

正常环境下主服务器CPU负载

异常环境下主服务器CPU负载

正常环境下网络负载

异常环境下网络负载

系统年可用率

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QUALIFICATIONS

资质情况

A90C、 SA91C系列主控系统相关产品通过了船级社、CE以及FCC等第三方认证，并于2021年2月8日，通过了中国

电机工程学会鉴定（中电机鉴定(2021)第023号)，以中国科学院周孝信院士、清华大学董新洲教授为首的鉴定委员会一

致 认 为，国 电 南 自 的 自 主 可 控 风 电 主 控 系 统 及 风 电 场 监 控 系 统 实 现 了 风 电 机 组 主 控 系 统 和 风 电 场 监 控 系 统 的 软 硬 件 核

心 技 术、安 全 性 技 术、智 能 化 技 术 等 多 项 技 术 创 新，提 升 了 风 电 场 控 制 系 统 和 风 电 场 监 控 系 统 的 自 主 可 控 水 平，填 补 了

国内空白，整体达到国际先进水平，其中基于控制策略的负载动态迁移技术、风电场多维智能报警技术及控制过程数据

源状态追踪校验技术以及对操作系统的可信加固方面处于国际领先水平。

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国电南自风电机组控制系统产品在国内多个大型并网风电场进行了工程应用，研发适配了中国海装、华锐和华创等

厂家的多种机型，典型工程应用如下。

项目使用SA90C系统相关产品对华创1.5MW机组原有的主控

系统、变桨系统及计算机监控系统进行了国产化替代，并于2020年

1 1 月 2 3 日 正 式 并 网 发 电 。实 现 了 自 主 可 控 风 电 主 控 系 统 软 硬 件 平

台 国 产 化 、主 控 控 制 策 略 和 变 桨 控 制 策 略 自 主 可 控 、风 电 场 计 算 机

监 控 系 统 软 硬 件 平 台 的 国 产 化 替 代，响 应 速 度 更 快，操 作 系 统 可 用

性 、可 维 护 性 更 好 ；构 建 了 基 于 可 信 安 全 架 构 的 信 息 安 全 技 术 的 安

全 防 御 体 系 ；实 现 了 实 时 监 测、运 维 管 理、故 障 诊 断、大 数 据 分 析 等

功 能 于 一 体 ；有 效 提 高 了 风 电 场 的 管 理 效 率 和 管 理 水 平 。改 造 机 组

运行情况与历史运行情况相比，机组的稳定性和可靠性均有质的提

升，同时发电量也得到了显著提升。

TYPICAL PERFORMANCE

典型业绩

宁夏宁东风电场1.5MW陆上双馈风电机组

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项目使用SA91C系列相关产品对华锐3.0MW风电机组原有

的主控系统、变桨系统、偏航系统、变流器以及计算机监控系统

进行了国产化替代，并于2021年06月10日正式并网发电。项目

以自研的国产化软硬件平台为基础，通过对主控控制策略和变桨

控制深入研究，掌握了最大风能捕获、自动调节、变桨控制、偏

航控制等关键技术，推动了我国风电机组主控系统的国产化发展

进程。

甘肃黑崖子风电场3.0MW陆上双馈风电机组

项目使用SA91C系列相关产品对中国海装6.2MW海上风电

机组原有的主控系统进行了国产化替代，并于2021年05月29日

正式并网发电。项目以国产CPU处理器和自主研发的编程软件为

基础，采用深度研发的系统源代码及全新的主控控制策略方案，

重点解决了特殊应用工况、CPU占有率、载荷等方面的技术难

题，掌握了海上风电机组主控系统的自主设计、生产、调试、改

造等全过程关键技术。

福建海坛海峡风电场6.2MW海上双馈风电机组

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邮编：210000

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我们保留在不另行通知的情况下对产品的技术说明及本文档更改的权利。对于本说明书中可能出现的错误，南京河海南自水

电自动化有限公司不承担任何责任。

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