金風(fēng)變槳系統(tǒng)

1、金風(fēng)金風(fēng)1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)介紹風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)介紹作者：孫偉作者：孫偉主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、變槳系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)一、變槳系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)二、變槳距控制的目的二、變槳距控制的目的三、變槳系統(tǒng)的硬件組成三、變槳系統(tǒng)的硬件組成四、主要元件的功能原理四、主要元件的功能原理五、變槳系統(tǒng)的手動(dòng)操作五、變槳系統(tǒng)的手動(dòng)操作六、變槳系統(tǒng)的維護(hù)和故障判斷六、變槳系統(tǒng)的維護(hù)和故障判斷一、變槳系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)二、變槳距控制的目：二、變槳距控制的目：使葉片的攻角在一定范圍（0度-90度）變化，以便調(diào)節(jié)輸出功率，避免了定槳距機(jī)組在確定攻角后，有可能夏季發(fā)電低，而冬季又超發(fā)的問題。在低風(fēng)速段，功率得

2、到優(yōu)化，能更好的將風(fēng)能轉(zhuǎn)化電能。變槳機(jī)組的控制策略為：a額定風(fēng)速以下通過控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速使其跟蹤風(fēng)速，這樣可以跟蹤最優(yōu)Cp；b額定風(fēng)速以上通過扭矩控制器及變槳控制器共同作用，使得功率、扭矩相對(duì)平穩(wěn)；功率曲線較好。額定風(fēng)速以下階段：額定風(fēng)速以下階段：要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)就是讓葉輪盡要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)就是讓葉輪盡可能多的吸收風(fēng)能?？赡芏嗟奈诊L(fēng)能。Cp越大越大,吸收的風(fēng)能越多。由于額定風(fēng)速以下風(fēng)速較小，吸收的風(fēng)能越多。由于額定風(fēng)速以下風(fēng)速較小，因此，此時(shí)沒有必要變槳，只需要此時(shí)將葉片角度設(shè)因此，此時(shí)沒有必要變槳，只需要此時(shí)將葉片角度設(shè)置為規(guī)定的最小槳矩角。置為規(guī)定的最小槳矩角。額定風(fēng)速以上階段：額定風(fēng)速

3、以上階段：變速控制器（扭矩控制器）和變變速控制器（扭矩控制器）和變槳控制器同時(shí)發(fā)揮作用。通過變速控制器即控制發(fā)電槳控制器同時(shí)發(fā)揮作用。通過變速控制器即控制發(fā)電機(jī)的扭矩使其恒定機(jī)的扭矩使其恒定,從而恒定功率。通過變槳調(diào)整發(fā)電從而恒定功率。通過變槳調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速機(jī)的轉(zhuǎn)速,使得其始終跟蹤轉(zhuǎn)速設(shè)置點(diǎn)。使得其始終跟蹤轉(zhuǎn)速設(shè)置點(diǎn)。下圖為不同最小槳矩角對(duì)應(yīng)的Cp及曲線圖曲線圖相同容量的定槳距和變槳距機(jī)組功率曲線的對(duì)比三、變槳系統(tǒng)的硬件組成三、變槳系統(tǒng)的硬件組成變槳控制柜內(nèi)的布局變槳控制柜內(nèi)的布局變槳系統(tǒng)分布結(jié)構(gòu)變槳系統(tǒng)分布結(jié)構(gòu)線路連接線路連接3.1 變槳系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)原理變槳系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)原理變槳控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電

4、機(jī)組的變槳控制，在額定功率以上通過控制葉片槳距角使輸出功率保持在額定狀態(tài)。變槳控制柜主電路采用交流-直流-交流回路，由逆變器為變槳電機(jī)供電，變槳電機(jī)采用交流異步電機(jī)，變槳速率由變槳電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。 每個(gè)葉片的變槳控制柜，都配備一套由超級(jí)電容組成的備用電源，超級(jí)電容儲(chǔ)備的能量，在保證變槳控制柜內(nèi)部電路正常工作的前提下，足以使葉片以7/s的速率，從0順槳到90。當(dāng)來自滑環(huán)的電網(wǎng)電壓掉電時(shí)，備用電源直接給變槳控制系統(tǒng)供電，仍可保證整套變槳電控系統(tǒng)正常工作。相比密封鉛酸蓄電池作為備用電源的變槳系統(tǒng)，采用超級(jí)電容的變槳控制系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)：a、充電時(shí)間短；b、交流變直流的整流模塊同時(shí)作為充電器，無須再單獨(dú)

5、配置充放電管理電路；c、超級(jí)電容隨使用年限的增加，容量減小的非常小；d、壽命長；e、無須維護(hù)；f、體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)；g、充電時(shí)產(chǎn)生的熱量少。型號(hào)：4-BMOD2600-6額定電壓：60VDC總?cè)萘浚?25F總存儲(chǔ)能量：150kJ四組串聯(lián)單組電容電壓：16VDC單組電容容量：500F變槳超級(jí)電容變槳超級(jí)電容四、主要元件的功能原理四、主要元件的功能原理上面的插頭：5+屏蔽，24VDC，機(jī)艙到變槳的安全鏈；中間的插頭：Profibus DP現(xiàn)場總線，2+屏蔽，10VDC；下面的插頭：4，400VAC，機(jī)艙到變槳系統(tǒng)的電源Profibus DP數(shù)據(jù)傳輸速率：6Mbit/sHarting連接端子連接

6、端子變槳電機(jī)變槳電機(jī)類型：IM3001(3相籠型轉(zhuǎn)子異步電機(jī))額定功率：4.5kW，1500rpm，S2 60min最大轉(zhuǎn)矩：75Nm制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：100Nm額定電壓：29V額定電流：125A額定功率因數(shù)：0.89絕緣等級(jí)：F轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：0.0148kgm2防護(hù)等級(jí)：IP54變槳電機(jī)采用交流異步電機(jī)，變槳速率由變槳電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（通過逆變器改變供電的頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速）。相比采用直流電機(jī)調(diào)速的變槳控制系統(tǒng)，在保證調(diào)速性能的前提下，避免了直流電機(jī)存在碳刷容易磨損，維護(hù)工作量大、成本增加的缺點(diǎn)。3.2 變槳系統(tǒng)主要部件變槳系統(tǒng)主要部件:控制柜內(nèi)部電源及控制檢測(cè)部分控制柜內(nèi)部電源及控制檢測(cè)部分:1、開關(guān)電

7、源(NG5)2、變槳變頻器(AC2)3、超級(jí)電容4、A10自制模塊5、BC3150及beckoff模塊6、溫度檢測(cè)（PT100）控制柜外部驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)部分控制柜外部驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)部分:1、變槳電機(jī)2、旋轉(zhuǎn)編碼器3、溫度檢測(cè)（PT100）4、0接近開關(guān)及90限位開關(guān)名稱型號(hào)功能及端口定義開關(guān)電源ZIVAN功能：將50HZ線電壓400V(三相)交流電輸入轉(zhuǎn)換為60V直流電輸出。AUX1 CAUX1 NO=開關(guān)電源正常輸出信號(hào)額定60V/80AON/OFF=開關(guān)電源工作/停止工作信號(hào)LSENSE 電流檢測(cè)通道變頻器SW:AC2T2IFWMF145_HYSO4功能：將60VDC轉(zhuǎn)換成三相頻率可變的29VAC

8、BATT/-BATT為直流輸入,U V W為交流電輸出；額定48V/450AF3/F9控制變槳電機(jī)剎車電磁閥；E5=自動(dòng)變槳控制信號(hào)；F4=自動(dòng)變槳使能；E12=葉片向0度方向變槳信號(hào)；E13=葉片向90度方向變槳信號(hào)；F6/F12外部過載信號(hào)；A10自制模塊功能：采集超級(jí)電容高低電壓；X4:4=X4:3分別采集電容高低60V30V直流輸入電壓；X4:5=模塊24V電源的接口；X4:9X4:10=電壓檢測(cè)模擬量輸出；X4:11=電流檢測(cè)模擬量輸出旋轉(zhuǎn)編碼器1=旋邊電源；3/7=正/負(fù)向SSI脈沖輸入；5=清零端；8/9=速度和位移反饋；10=反饋旋邊工作正常信號(hào)；型號(hào)：Zivan Batter

9、y Charger NG5輸入電壓：400VAC(+/-15%)輸出電壓：60VDC輸出電流：80ADC優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：效率高；體積??；充電時(shí)間短；充電不受交流電源變化的約束；能夠提供理想的充電曲線。變槳開關(guān)電源變槳開關(guān)電源NG5基本原理圖IMS功率模塊，F(xiàn)lash內(nèi)存，微處理器控制，Can Bus 型號(hào)：Zapi AC-2電力電子器件：MOSFET開關(guān)頻率：8kHz額定直流輸入電壓：60VDC最大輸出電流：450AAC-2異步電機(jī)用高頻MOSFET逆變器基本原理圖A10自制模塊基本原理圖旋轉(zhuǎn)編碼器25位分辨率，8192脈沖/4096圈格雷碼或二進(jìn)制碼輸出自診斷功能電子清零可選組件：增量通道A，B；

10、絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器GM 400光電轉(zhuǎn)換電路軸承安裝法蘭光柵碼盤內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部基本原理圖絕對(duì)位置從碼盤上讀取，在碼盤上，每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)碼道，每個(gè)數(shù)位編碼器對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出電路，每一個(gè)通道都包含一個(gè)光源的接收器，每圈 (360) 讀數(shù)完成后，將重復(fù)讀數(shù)輸出。碼盤的物理成像是通過光敏元件陣列實(shí)現(xiàn)的，每位有兩個(gè)光敏元件 / bit 差分信號(hào) 信號(hào)優(yōu)化這種溫度傳感器是利用導(dǎo)體鉑（pt）的電阻值隨溫度的變化而變化的特性來測(cè)量溫度的。通常這樣的溫度傳感器可以測(cè)量負(fù)200到正500攝氏度的范圍，而且在這個(gè)溫度范圍下，鉑的電阻值和溫度具有良好的線性關(guān)系。溫度傳感器 （Pt 100）接近開關(guān)接近開關(guān)（Bi5-M18

11、-AP6X-H1141/S34）*帶螺紋的圓筒，M18；*鍍鉻黃銅；*抗交流磁場和直流磁場干擾；*3線直流連接，*1030VDC；*常開PNP輸出；*連接頭，M12；最大電壓400VAC持續(xù)電流5A最大開關(guān)頻率100/min機(jī)械壽命-開關(guān)動(dòng)作次數(shù)106工作溫度-30+80oC標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)形態(tài)C認(rèn)證UL，CSA重量0.16kg限位開關(guān)限位開關(guān)BC3150KL1104KL1104KL1104KL2408KL3404KL5001KL3204KL4001KL9010變槳控制柜中都有一個(gè)總線控制器BC3150，它是每個(gè)變槳控制系統(tǒng)的核心，其內(nèi)部有變槳控制程序。此程序一方面負(fù)責(zé)變槳控制系統(tǒng)與主控制器之間的

12、通信，另一方面負(fù)責(zé)變槳控制系統(tǒng)外圍信號(hào)的采集處理和對(duì)變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。緊急狀態(tài)下（例如變槳控制系統(tǒng)突然失去供電或通信中斷），三個(gè)變槳控制柜中的控制系統(tǒng)，可以分別利用各自柜內(nèi)超級(jí)電容存儲(chǔ)的電能，分別對(duì)三個(gè)葉片實(shí)施90度順槳停機(jī)動(dòng)作。BC3150及beckoff模塊 BC3150有一個(gè) PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線接口，可在 PROFIBUS-DP 系統(tǒng)中作為智能從站使用。 “緊湊型”總線端子控制器 BC3150 比較小巧而且經(jīng)濟(jì)BC3150 通過 K-BUS 總線擴(kuò)展技術(shù)，可連接多達(dá) 255 個(gè)總線端子。 KL1104 數(shù)字量輸入端子從現(xiàn)場設(shè)備獲得二進(jìn)制控制信號(hào)，并以電隔離的信號(hào)形式將數(shù)據(jù)

13、傳輸?shù)礁邔拥淖詣?dòng)化單元。每個(gè)總線端子含 4 個(gè)通道，每個(gè)通道都有一個(gè) LED 指示其信號(hào)狀態(tài)。 KL2408（正極變換）數(shù)字量輸出模塊將自動(dòng)化控制層傳輸過來的二進(jìn)制控制信號(hào)以電隔離的信號(hào)形式傳到設(shè)備層的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 KL2408有反向電壓保護(hù)功能。其負(fù)載電流輸出有過載和短路保護(hù)功能。每個(gè)總線端子含 8 個(gè)通道，每個(gè)通道都有一個(gè) LED 指示其信號(hào)狀態(tài)。 KL3404模擬量輸入端子可處理 -10 V 和 +10 V 或 0 V 和 10 V 范圍的信號(hào)。分辨率為 12 位，在電隔離的狀態(tài)下被傳送到上一級(jí)自動(dòng)化設(shè)備。在 KL3404總線端子中，有 4 個(gè)輸入端為 2 線制型，并有一個(gè)公共的接地電位

14、端。輸入端的內(nèi)部接地為基準(zhǔn)電位。 KL5001 SSI 接口模塊可直接連接 SSI 傳感器。傳感器電源由 SSI 接口提供。接口電路產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)以讀取傳感器數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)以字的形式傳送到控制器的過程映像區(qū)中。各種操作模式、傳輸頻率和內(nèi)部位寬可以永久地保存在控制寄存器中。 KL4001 模擬量輸出模塊可輸出 0 V 到 10 V 范圍的信號(hào)。該模塊可為處理層提供分辨率為 12 位的電氣隔離信號(hào)。總線端子的輸出通道有一個(gè)公共接地電位端。KL4001是單通道型，適用于帶有接地電位的電氣隔離信號(hào)。它通過運(yùn)行 LED 顯示端子與總線耦合器之間的數(shù)據(jù)交換狀態(tài)。 KL3204 模擬量輸入端子可直接連接

15、電阻型傳感器?？偩€端子電路可使用 2 線制連接技術(shù)連接傳感器。整個(gè)溫度范圍的線性度由一個(gè)微處理器來實(shí)現(xiàn)。溫度范圍可以任意選定?？偩€端子的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為：PT100 傳感器，分辨率為 0.1 C。 變槳方式分為以下幾種：自動(dòng)變槳：正常工作，程序控制；手動(dòng)變槳：調(diào)試、維護(hù)；只有當(dāng)兩只葉片的位置在86度附近，第3只葉片才能朝0度變槳；強(qiáng)制手動(dòng)變槳：調(diào)試、維護(hù)；3只葉片都可以朝0度變槳，不受86度限制；Forward：朝0度變槳；Backward：朝90度變槳注意：強(qiáng)制手動(dòng)模式中，葉片能在-295槳距角范圍內(nèi)任意轉(zhuǎn)動(dòng)，而在非強(qiáng)制手動(dòng)模式中，若要維護(hù)某一葉片，如葉片朝0方向變槳，其槳距角不能小于5，如葉片朝

16、90方向變槳，當(dāng)碰到限位開關(guān)后，不能再變槳，若要繼續(xù)變槳，可采取強(qiáng)制變槳模式變槳，而其余兩個(gè)葉片則要求轉(zhuǎn)到槳距角不能小于86的位置。強(qiáng)制手動(dòng)模式時(shí)，葉片角度不被任何限定值控制或限制，這樣葉片能轉(zhuǎn)到任何可能的位置，操作不當(dāng)對(duì)機(jī)械部件可能引起相當(dāng)大的損害。 五、變槳系統(tǒng)的手動(dòng)操作六、變槳系統(tǒng)的維護(hù)和故障判斷六、變槳系統(tǒng)的維護(hù)和故障判斷6.1 變槳系統(tǒng)的維護(hù)變槳系統(tǒng)的維護(hù) 定期檢查變槳控制支架連接螺栓和所有附件連接螺栓是否松動(dòng)，如有松動(dòng)，應(yīng)緊固。 定期檢查變槳控制柜是否有破損、裂紋、焊縫開裂等現(xiàn)象。 定期檢查與變槳控制柜相連的電纜，接頭是否牢固，是否磨損，變槳控制柜風(fēng)扇是否工作正常。 定期檢查漆面的

17、完好程度，檢查門鎖是否完好。 定期檢查變槳系統(tǒng)90限位開關(guān)、0接近傳感器工作是否正常。定期檢查變槳減速器的油位應(yīng)在油窗的1/2處，如果不夠則需要添加，需加油的變槳減速器的葉尖應(yīng)朝下,應(yīng)在油溫低于40時(shí)進(jìn)行。變槳減速器定期檢查變槳軸承的密封圈，擦去泄漏的油脂，密封帶和密封系統(tǒng)必須至少每12個(gè)月檢查一次，密封帶必須保持沒有灰塵，當(dāng)清洗部件時(shí)，應(yīng)避免清潔劑接觸密封帶或進(jìn)入軌道系統(tǒng)。定期檢查變槳軸承防腐層是否脫落、破壞，若有請(qǐng)補(bǔ)刷破損和脫落部分。參照機(jī)組的維護(hù)手冊(cè)，定期參照螺栓緊固力矩表緊固變槳軸承與葉片連接螺栓。變槳軸承采用四點(diǎn)接觸球軸承結(jié)構(gòu)，軸承在運(yùn)行其間必須保持足夠的潤滑。長時(shí)期停止運(yùn)轉(zhuǎn)的前后也

18、必須加足新的潤滑脂。變槳軸承6.2 變槳系統(tǒng)故障判斷變槳系統(tǒng)故障判斷 變槳系統(tǒng)故障可分為以下幾種變槳系統(tǒng)故障可分為以下幾種: 變槳電機(jī)溫度故障變槳電機(jī)溫度故障 變槳電容溫度故障變槳電容溫度故障 變槳電容高電壓故障變槳電容高電壓故障 變槳電容電壓不平衡變槳電容電壓不平衡 變槳柜溫度故障變槳柜溫度故障 變槳變頻器溫度故障變槳變頻器溫度故障 變槳變頻器變槳變頻器OK信號(hào)丟失故障信號(hào)丟失故障 葉片位置比較故障葉片位置比較故障 變槳節(jié)點(diǎn)故障變槳節(jié)點(diǎn)故障旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)溢出故障旋轉(zhuǎn)編碼器數(shù)據(jù)溢出故障變槳電源供應(yīng)故障變槳電源供應(yīng)故障變槳位置傳感器故障變槳位置傳感器故障 變槳位置傳感器范圍故障變槳位置傳感器范圍故障 變槳限位開關(guān)故障變槳限位開關(guān)故障變槳速度超限故障變槳速度超限故障 變槳速度比較故障變槳速度比較故障手動(dòng)或強(qiáng)制手動(dòng)變槳?jiǎng)幼鞴收鲜謩?dòng)或強(qiáng)制手動(dòng)變槳?jiǎng)幼鞴收舷旅鎯H舉出幾種故障信息。故障代碼故障名稱故障說明400403變槳電容高電壓故障電壓低于設(shè)定值備注：故障時(shí)間故障設(shè)置值正常停機(jī)快