SSB變槳系統(tǒng)調(diào)試方案設(shè)計(jì)

編制：編制：校對(duì)：審核：目錄一、變槳系統(tǒng)內(nèi)部試驗(yàn) 11.1正常變槳試驗(yàn) 11.2緊急停機(jī)試驗(yàn) 21.3變槳速度和方向的試驗(yàn) 31.3.1信號(hào)點(diǎn)檢測(cè) 31.3.2故障信號(hào)燈 4二、變槳系統(tǒng)與主控聯(lián)調(diào) 42.1啟動(dòng)狀態(tài) 42.2自我測(cè)試 52.3正常操作狀態(tài) 62.4正常停機(jī)狀態(tài) 72.5緊急停機(jī)狀態(tài) 8三、變槳系統(tǒng)通信協(xié)議 83.1通信數(shù)據(jù)格式 83.2功能列表 93.2.1讀取目前數(shù)據(jù)（01h） 93.2.2發(fā)送操作數(shù)據(jù)（02h） 103.2.3讀取參數(shù)（30h） 113.2.4發(fā)送參數(shù)（31h、32h） 113.2.5讀取故障（50h） 123.2.6發(fā)送設(shè)定位置值（96h） 12變槳系統(tǒng)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速伴隨風(fēng)速的變化而變化，可以更有效地運(yùn)用風(fēng)能，并且通過變速恒頻技術(shù)可得到恒定頻率的電能。風(fēng)力機(jī)組由于在額定風(fēng)速以上工況，風(fēng)力機(jī)有也許受到很大的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)沖擊。變槳距機(jī)構(gòu)的重要功能就是在額定風(fēng)速附近(以上)，根據(jù)風(fēng)速的變化隨時(shí)調(diào)整槳葉的節(jié)距角，控制吸取的機(jī)械能，首先保證獲取最大的能量同步減少風(fēng)力對(duì)風(fēng)力機(jī)的沖擊。在并網(wǎng)過程中,變槳距控制還可實(shí)現(xiàn)迅速無沖擊并網(wǎng)，最終提高了整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能質(zhì)量。本系統(tǒng)采用SSB企業(yè)生產(chǎn)的電動(dòng)式變槳系統(tǒng)，此系統(tǒng)的調(diào)試重要提成兩個(gè)部分進(jìn)行，第一部分重要測(cè)試變槳系統(tǒng)自身運(yùn)行的對(duì)的性，第二部分通過主控與變槳系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。一、變槳系統(tǒng)內(nèi)部試驗(yàn)針對(duì)變槳系統(tǒng)的調(diào)試采用的是調(diào)試軟件和硬件調(diào)試相結(jié)合的方式，從而保證變槳系統(tǒng)自身運(yùn)行正常。1.1正常變槳試驗(yàn)正常變槳的試驗(yàn)是通過調(diào)試軟件調(diào)整變槳速度和節(jié)距角來觀測(cè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。下面分別簡(jiǎn)介調(diào)試軟件以及調(diào)試環(huán)節(jié)。調(diào)試界面重要提成七個(gè)部分，下面對(duì)其每個(gè)部分作簡(jiǎn)要簡(jiǎn)介：1）、界面第一行左側(cè)的模塊中，A1…B3顯示的是實(shí)際的變槳節(jié)距角，A-B的功能是使能A或B的編碼器。右側(cè)是Cal是校對(duì)變槳角度，其左右兩側(cè)有快捷鍵高速和低速分別變槳至零度和90度；2）、界面第一行右側(cè)是顯示Profibus與否正常的狀態(tài)信號(hào)；3）、界面第二行左側(cè)顯示的是數(shù)字輸入E2、E3、E4，每個(gè)9個(gè)IO，從低位到高位分別對(duì)應(yīng)的信號(hào)是：地、變換器準(zhǔn)備就緒、電機(jī)保護(hù)、溫控、蓄電箱充電完畢、限位開關(guān)信號(hào)（91和95）、充電模塊過壓信號(hào)；4）、界面第二行中部顯示的模擬輸入包括電樞電流和PT100；5）、界面第二行右側(cè)顯示的是每個(gè)槳葉的狀態(tài)以及PLC的狀態(tài)；6）、界面最下面一行重要調(diào)整的是變槳的速度和節(jié)距角，同步下面尚有固定值的快捷鍵操作；其右側(cè)功能相似，只是需要手動(dòng)填寫詳細(xì)的數(shù)值。圖1調(diào)試軟件界面安裝完調(diào)試軟件后，進(jìn)行通信線的連結(jié)，查看通信狀態(tài)與否正常。然后設(shè)置變槳角度和速度，啟動(dòng)之后電機(jī)運(yùn)行，觀測(cè)實(shí)際的變槳角度、電流值、溫度等值，與否處在正常狀態(tài)。1.2緊急停機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)失電、安全鏈斷開等重大故障狀況下，風(fēng)力機(jī)的主控通過滑環(huán)發(fā)出緊急停機(jī)命令，詳細(xì)停機(jī)的過程是在軸箱的接觸器控制下完畢的。軸箱中起到關(guān)鍵控制作用的有主接觸器5K1、正常變槳的剎車接觸器5K2、網(wǎng)側(cè)供電電機(jī)和24V供電DGNR的接觸器5K3、蓄電池供電電機(jī)的接觸器6K1（與5K3形成自鎖）、蓄電池供電的剎車接觸器6K2（與5K2形成自鎖）、限位開關(guān)91的反饋信號(hào)的接觸器6K3。下面對(duì)緊急停機(jī)的詳細(xì)操作環(huán)節(jié)進(jìn)行論述：1）、系統(tǒng)運(yùn)行正常狀況下，EFC為高電平，本系統(tǒng)通過安全鏈KL2904輸出，安全鏈正常狀況時(shí)，對(duì)應(yīng)的KL2904的線圈吸合，對(duì)應(yīng)的反饋觸點(diǎn)閉合直接拉高EFC。這樣正常供電通路，但RFG未啟動(dòng)導(dǎo)致晶閘管沒有觸發(fā)信號(hào)，電機(jī)不工作，直到通過操作顯示屏或者主控通信，最終變槳系統(tǒng)的PLC拉高RFG，電機(jī)動(dòng)作；2）、系統(tǒng)出現(xiàn)故障，EFC為低電平，主接觸器5K1線圈失電，5K3線圈失電5K1、5K3的常閉觸點(diǎn)閉合（5K1/31、5K3/1），蓄電池供電給接觸器6K2，其線圈得電導(dǎo)致6K1線圈得電，6K1的常開觸點(diǎn)閉合直接供電（晶閘管未參與工作，不必啟動(dòng)RFG）；3）、電機(jī)運(yùn)行，順槳?jiǎng)幼鲉?dòng)，此時(shí)蓄電池供電剎車松閘，變槳運(yùn)行至節(jié)距角為91度時(shí)，限位開關(guān)動(dòng)作，蓄電池停止供電，剎車抱閘；4）、91度限位開關(guān)信號(hào)通過滑環(huán)反饋給主控，收到信號(hào)后，主控通過置位旁路限位開關(guān)管腳，發(fā)出高電平，即機(jī)艙柜按鍵按下，主接觸器5K1得電，5K1的常閉觸點(diǎn)打開，蓄電池箱供電通道斷開，同步手動(dòng)變槳，恢復(fù)不不小于91度位置，整個(gè)緊急停機(jī)的過程中變槳系統(tǒng)的控制器是不參與工作的。1.3變槳速度和方向的試驗(yàn)本系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)是通過晶閘管整流驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)的，這樣變槳速度重要取決于晶閘管的觸發(fā)脈沖，即調(diào)整相位控制角，從而調(diào)整其電壓值，進(jìn)而控制變槳速度。此控制過程中，測(cè)速電機(jī)形成速度環(huán)，從而提高變槳速度的精度。而變槳的方向則取決于X10的端子的選擇使能，其選擇方式則由極性控制模塊產(chǎn)生。1.3.1信號(hào)點(diǎn)檢測(cè)1）、CPI：變槳控制器模擬輸出電壓值即對(duì)應(yīng)的速度設(shè)定值，正常區(qū)間為-10V...+10V，速度增長(zhǎng)，電壓值也隨之增長(zhǎng)；2）、CP3：測(cè)速電機(jī)反饋值對(duì)應(yīng)的電壓值，正常區(qū)間為-10V...+10V，同樣速度增長(zhǎng)，電壓值也隨之增長(zhǎng)，跟隨CPI的變化方向；3）、CP4：速度控制器輸出值，正常區(qū)間為-10V...+10V，根據(jù)其值調(diào)整對(duì)應(yīng)的相位控制角，應(yīng)逐漸變?。?）、CP15：反應(yīng)的是實(shí)際的電流值，正常區(qū)間為0...10V,速度越大，電流值越大，形成電流環(huán)；5）、CP8：極性控制電壓值，正常區(qū)間為0...8.6V，隨電機(jī)正反向電平不一樣。1.3.2故障信號(hào)燈1）、D19：L1、L2、L3相序不對(duì)的或者缺一相位-〉檢測(cè)相序，額外主熔斷絲和內(nèi)部的供電單元的熔斷絲；2）、D21：相序和相位的看門狗、測(cè)速電機(jī)、勵(lì)磁電流失??；3）、D20：控制其未使能或者看門狗未使能；4）、D18：電流限制未作用、電樞電路開路、觸發(fā)角極性控制未對(duì)的調(diào)整。二、變槳系統(tǒng)與主控聯(lián)調(diào)本機(jī)控制系統(tǒng)重要包括八個(gè)工作狀態(tài)（控制大綱中為八個(gè)，實(shí)際上為六個(gè)狀態(tài)），每個(gè)狀態(tài)都波及到與變槳系統(tǒng)的調(diào)試，因此下面分別進(jìn)行論述。2.1啟動(dòng)狀態(tài)當(dāng)風(fēng)速不小于3m/s且不不小于20m/s，高于故障等級(jí)1的故障未出現(xiàn)，機(jī)艙位置偏差值不不小于8度以及與上次啟動(dòng)時(shí)間300s等狀況同步保證，系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。首先在滿足一定條件下執(zhí)行的是自我測(cè)試的過程，然后控制發(fā)電機(jī)、齒輪箱、控制面板等溫度使其滿足條件，變槳系統(tǒng)從位置90度啟動(dòng)變槳，為防止高風(fēng)速以5度/秒變槳。這樣，當(dāng)葉輪到達(dá)啟動(dòng)速度9.7rpm，變流器并網(wǎng)，進(jìn)而進(jìn)入正常操作狀態(tài)。圖2啟動(dòng)狀態(tài)流程圖2.2自我測(cè)試自我測(cè)試的操作過程是在啟動(dòng)狀態(tài)中完畢的，同步規(guī)定風(fēng)速不不小于10m/s，并且啟動(dòng)時(shí)間間隔不小于300s，機(jī)艙位置偏差值不不小于8度，當(dāng)然假如掉網(wǎng)再啟動(dòng)的狀況下也可以進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)。測(cè)試過程中，剎車系統(tǒng)打開，變槳至70度，此期間檢測(cè)葉輪剎車與否滑動(dòng)。然后通過蓄電池供電變槳至91度，運(yùn)行過程中監(jiān)測(cè)蓄電池狀態(tài)，假如抵達(dá)位置時(shí)間超過3.3秒觸發(fā)故障，系統(tǒng)退出測(cè)試狀態(tài)。假如沒有故障，通過電網(wǎng)供電變槳至70度，運(yùn)行期間檢測(cè)位置傳感器的精度，根據(jù)風(fēng)向標(biāo)的數(shù)值檢測(cè)葉輪速度，最終槳葉答復(fù)到90度。詳細(xì)的運(yùn)行過程請(qǐng)見下圖。圖3自我測(cè)試流程圖2.3正常操作狀態(tài)啟動(dòng)過程結(jié)束，發(fā)電機(jī)成功完畢并網(wǎng)，此時(shí)進(jìn)入正常操作狀態(tài)下?？撮T狗、偏航、變槳和轉(zhuǎn)矩控制所有使能。假如近來24小時(shí)內(nèi)沒有超過15度的變槳運(yùn)行以及風(fēng)速不不小于25m/s啟動(dòng)變槳。這里節(jié)距角是最關(guān)鍵的，它是由變槳環(huán)確立的，請(qǐng)看下圖。圖4變槳環(huán)流程圖上圖中發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速、采集的變槳位置、風(fēng)速作為PI控制器的輸入量，變槳位置變化值為控制器的輸出量，發(fā)電機(jī)速度濾波器采用的是陷波濾波器，風(fēng)速濾波器采用的是一階低通濾波器。變槳PI控制器的體現(xiàn)式如下：y=Kp/G(i)(x-x0)+(dT/2)Kq/G(i)(x+x0)x=w-w0這里：Kp為比例增益;G非線性增益因子;i為變槳位置;dT為單位時(shí)間間隔;Kq積分增益;w為實(shí)際的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速;w0為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；y為變槳變化值2.4正常停機(jī)狀態(tài)故障等級(jí)2對(duì)應(yīng)的故障出現(xiàn)時(shí)觸發(fā)使系統(tǒng)進(jìn)入正常停機(jī)狀態(tài)，此時(shí)變槳系統(tǒng)動(dòng)作，變槳速度為5度/秒，變槳至90度。變槳過程中葉輪轉(zhuǎn)速到達(dá)一定值時(shí)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)，此過程剎車并未參與，詳細(xì)的過程詳見下圖。圖5正常停機(jī)流程圖2.5緊急停機(jī)狀態(tài)高故障等級(jí)對(duì)應(yīng)的故障、安全鏈斷開、緊急停機(jī)等狀況出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入緊急停機(jī)狀態(tài)。此時(shí)，變槳系統(tǒng)由蓄電池供電，變槳速度為pitch-speed_3，變槳至91度。變槳過程中，變流器迅速脫網(wǎng)，剎車系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子速度為5rpm啟動(dòng)。整個(gè)變槳過程是完全脫離變槳主控制器完畢的，詳細(xì)的過程詳見下圖。圖6緊急停機(jī)流程圖三、變槳系統(tǒng)通信協(xié)議變槳系統(tǒng)通過PROFIBUS_DP與主控進(jìn)行通信，本文從通信數(shù)據(jù)格式和功能列表兩方面進(jìn)行論述。3.1通信數(shù)據(jù)格式首先通過表格的形式對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行簡(jiǎn)介：表1通信數(shù)據(jù)格式這里發(fā)送是指主控向變槳系統(tǒng)發(fā)送命令和設(shè)定值，接受是指主控得到變槳系統(tǒng)的反饋值。事件字節(jié)的作用是啟動(dòng)新的數(shù)據(jù)通信祈求，計(jì)數(shù)字節(jié)是指數(shù)據(jù)塊的總的字節(jié)數(shù)，功能字節(jié)指的是對(duì)應(yīng)的詳細(xì)功能的數(shù)字代號(hào)，數(shù)據(jù)字節(jié)對(duì)應(yīng)的是命令數(shù)據(jù)和通信數(shù)據(jù)。從上面的數(shù)據(jù)表格可以看出整個(gè)數(shù)據(jù)包至少為3個(gè)字節(jié)，最多可為64字節(jié)。主控就是以此數(shù)據(jù)格式對(duì)變槳系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的，下面對(duì)詳細(xì)怎樣實(shí)現(xiàn)進(jìn)行論述。3.2功能列表功能列表重要包括器件功能和變槳功能兩個(gè)方面，器件功能重要是讀寫數(shù)據(jù)、讀寫參數(shù)、讀故障信息以及參數(shù)錯(cuò)誤等，而變槳功能是變槳系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的位置和速度信號(hào)，下面針對(duì)幾種重要的功能進(jìn)行詳細(xì)的論述。3.2.1讀取目前數(shù)據(jù)（01h）器件功能01h為讀取目前數(shù)據(jù)的命令，下表為其發(fā)送和接受的格式：表2讀取目前數(shù)據(jù)格式計(jì)數(shù)字節(jié)是指整個(gè)數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)，即計(jì)數(shù)自身為一種字節(jié)，類型、啟動(dòng)、數(shù)量又各占一種字節(jié)共五個(gè)字節(jié)。功能字節(jié)是指讀取目前數(shù)據(jù)，可以理解為實(shí)現(xiàn)的命令；類型是指詳細(xì)數(shù)據(jù)的含義，可以理解為變槳系統(tǒng)中PLC的內(nèi)部局部變量；起始字節(jié)標(biāo)注的是序號(hào)（01h…06h），是指要讀取序號(hào)之后一定數(shù)量的變量值；數(shù)量與啟動(dòng)字節(jié)是對(duì)應(yīng)的，讀取詳細(xì)的數(shù)量取決于此字節(jié)。舉例闡明見下表：表3讀取速度設(shè)定值（04h）上表的含義：發(fā)送讀取速度設(shè)定值的命令，規(guī)定是Axis2-Axis4對(duì)應(yīng)的速度設(shè)定值，然后接受12字節(jié)速度設(shè)定值的數(shù)據(jù)。這里詳細(xì)的簡(jiǎn)介重要類型的含義：00h=實(shí)際反饋值（4字節(jié)）；01h=設(shè)定值（4字節(jié)）；04h=速度設(shè)定值（4字節(jié)）；05h=設(shè)定和反饋差值（4字節(jié)）；41h=電壓值（2字節(jié)）；61h=Unit的操作狀態(tài)（1字節(jié)）；62h=Axis的操作狀態(tài)（1字節(jié)）。a)、下表為Unit的操作狀態(tài)（1字節(jié)）詳細(xì)對(duì)應(yīng)的含義見下表：表4Unit的操作狀態(tài)（61h）b)、下表為Axis的操作狀態(tài)（1字節(jié)）詳細(xì)對(duì)應(yīng)的含義見下表：表5Axis的操作狀態(tài)（62h）3.2.2發(fā)送操作數(shù)據(jù)（02h）器件功能02h為發(fā)送操作數(shù)據(jù)的命令，下表為其發(fā)送和接受的格式：表6寫入操作數(shù)據(jù)上表中類型重要包括保留類型（60h）、Unit的操作狀態(tài)（61h）、Axis的操作狀態(tài)（62h）、校對(duì)（96h），數(shù)值字節(jié)是每對(duì)應(yīng)一種Axis一種字節(jié)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)分別簡(jiǎn)介功能61h和62h。a)、下表為Unit的操作狀態(tài)（1字節(jié)）詳細(xì)對(duì)應(yīng)的含義見下表：表7Unit的操作狀態(tài)（61h）b)、下表為Axis的操作狀態(tài)（1字節(jié)）詳細(xì)對(duì)應(yīng)的含義見下表：表8Axis的操作狀態(tài)（62h）3.2.3讀取參數(shù)（30h）本功能命令是讀取系統(tǒng)參數(shù)和變槳參數(shù)，對(duì)應(yīng)的命令格式見下表：表9讀取參數(shù)上表中范圍指的是系統(tǒng)參數(shù)和Axis1…Axis6參數(shù)對(duì)應(yīng)的字節(jié)；系統(tǒng)參數(shù)共有30個(gè)，Axis參數(shù)共有130個(gè)，起始字節(jié)代表的是要讀取參數(shù)的起始個(gè)數(shù)；數(shù)量是指要讀取參數(shù)的個(gè)數(shù)，接受的參數(shù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度一般為4個(gè)字節(jié)，最多9個(gè)字節(jié)同步接受。讀取參數(shù)時(shí)需要注意的是，調(diào)用此命令必須保證變槳控制器處在正常操作模式。參數(shù)重要是系統(tǒng)參數(shù)和變槳參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)重要包括PLC啟、停、默認(rèn)速率（通過功能9Fh得到設(shè)定速度為零）使能、電樞顯示比例等，對(duì)應(yīng)詳細(xì)參數(shù)見文檔ds12-8230ylbr，槳葉參數(shù)詳見附錄。3.2.4發(fā)送參數(shù)（31h、32h）發(fā)送參數(shù)的操作重要包括參數(shù)的傳遞（31h）和傳遞參數(shù)的查對(duì)（32h）兩個(gè)方面。調(diào)用此命令的前提條件是變槳控制器處在正常操作模式的停止?fàn)顟B(tài)，每個(gè)參數(shù)同樣是4個(gè)字節(jié)，最多同步發(fā)送5個(gè)設(shè)定參數(shù)。首先