常州新譽變槳控制系統(tǒng)介紹

風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)介紹風電控制工程中心

薛衛(wèi)春1風力發(fā)電的原理：是利用風來帶動葉片旋轉(zhuǎn)，來滿足發(fā)電機的轉(zhuǎn)速要求進行發(fā)電。在風速到達切入風速后，便可以開始發(fā)電。風機機組控制原理概述

2常州新譽所生產(chǎn)的1.5MW雙饋風力發(fā)電機組是國內(nèi)一種技術(shù)先進、性價比高的風力發(fā)電機組，特點如下：可調(diào)整的啟動風速目前設(shè)定啟動風速為3m/s柔性并網(wǎng)技術(shù)無功率突變?nèi)菪院透行詿o功功率調(diào)節(jié)

優(yōu)化電網(wǎng)電能質(zhì)量較高的能量轉(zhuǎn)換效率

特別是在低風速情況下，10.5米～11米可以滿發(fā)電網(wǎng)兼容性電壓85%～110%，頻率47.5Hz～51.5Hz，三相不平衡等諧波含量低<=2%環(huán)境適應(yīng)性強

-25℃～40℃新譽1.5MW雙饋風力發(fā)電機組概述

3風輪：將捕獲的風能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。傳動系統(tǒng)：將風輪捕獲的機械能傳遞到發(fā)電機。發(fā)電機：將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。機艙：機艙內(nèi)安裝有傳動系統(tǒng)、電機、偏航系統(tǒng)，機艙控制柜等，是風力機塔架以上部位的主要承力裝置。偏航系統(tǒng)：偏航系統(tǒng)根據(jù)風向標接受的信息，由控制系統(tǒng)自動執(zhí)行機艙的偏轉(zhuǎn)，使風輪始終處于迎風狀態(tài)。塔架：塔架是支撐機艙的結(jié)構(gòu)部件，它使風力機風輪處在較為理想的高度上運轉(zhuǎn)，也是安裝維護人員上下機艙的通道。液壓系統(tǒng)：為高速軸嵌盤剎車系統(tǒng)提供液壓控制。變槳距系統(tǒng)：一對一的電動變槳距，實現(xiàn)了每支葉片0-90度的變槳距控制，氣動剎車安全性比同步盤變槳距提高了3倍。變流器控制系統(tǒng)：依據(jù)主控的命令，控制機組的發(fā)電功率，完成并網(wǎng)發(fā)電功能主控系統(tǒng)：完成機組的智能化自動控制、監(jiān)測SCADA系統(tǒng)：完成機組的遠程通訊等控制功能。新譽1.5MW雙饋風力發(fā)電機組概述

主要部件及功能

4風機機組控制系統(tǒng)概述

5風機機組控制系統(tǒng)概述

風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)硬件分別安裝在三個不同部分：機艙控制，安裝在機艙內(nèi)機艙柜PCH地面控制，安裝在塔架底部塔筒柜變流器柜變槳控制，安裝在機艙輪轂內(nèi)變槳控制箱軸箱蓄電池箱6定槳距失速控制風機風力機的功率調(diào)節(jié)完全依靠葉片氣動特性進行控制。這種機組的輸出功率隨風速的變化而變化，通常難以保證在額定風速之前風能利用系數(shù)較大，特別是在低風速段。這種機組通常設(shè)計為有兩個不同功率、不同極對數(shù)的異步發(fā)電機。大功率高轉(zhuǎn)速發(fā)電機工作在高風速區(qū)，小功率低轉(zhuǎn)速發(fā)電機工作在低風速區(qū)，由此來調(diào)整風能利用系數(shù)。當風速超過額定風速時，通過葉片的失速或偏航控制降低風能利用系數(shù)，從而維持功率恒定。風機機組分類

7變槳距控制風機變槳距風力發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動特性，主要依靠改變?nèi)~片節(jié)距角（氣流方向與葉片橫截面的弦的夾角）來進行調(diào)節(jié)。在額定風速以下時節(jié)距角處于零度附近，此時，葉片節(jié)距角受控制環(huán)節(jié)精度的影響，變化范圍很小，可看作等同于定槳距風機。在額定風速以上時，變槳距機構(gòu)發(fā)揮作用，調(diào)整葉片節(jié)距角，保證發(fā)電機的輸出功率在允許范圍以內(nèi)。風機機組分類

8定槳距失速控制風力機機構(gòu)簡單，造價低，并具有較高的安全系數(shù)，利于市場競爭。但失速型葉片本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型工藝難度也較大。隨著功率增大，葉片加長，所承受的氣動推力增大，葉片的失速動態(tài)特性不易控制，使制造更大機組受到限制。變槳距型風力機能使葉片的節(jié)距角隨風速而變化，起動風速較定槳距風力機低，停機時傳動機械的沖擊應(yīng)力相對緩和，它可以使發(fā)電機在額定風速以下的工作區(qū)段有較大的功率輸出，而在額定風速以上的高風速區(qū)段不超載，不需要過載能力大的發(fā)電機等,從而使風力機在各種工況下(起動、正常運轉(zhuǎn)、停機)按最佳參數(shù)運行。當然，它的缺點是需要有一套比較復(fù)雜的變距調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。

定槳距和變槳距的比較

9類別定槳距變槳距風速變化不變槳可以變槳效率低高調(diào)節(jié)風能吸收的方法葉片本身的氣動性能變槳成本低高維護簡單復(fù)雜槳葉與輪轂的鏈接固定的可旋轉(zhuǎn)的性能低高單機容量中小容量大容量復(fù)雜性簡單控制復(fù)雜定槳距和變槳距的比較

10統(tǒng)一變槳機組所有槳葉都由一個執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動，或者三個執(zhí)行機構(gòu)同時驅(qū)動,槳葉節(jié)距角變化相同。多采用液壓方式。獨立變槳每個槳葉都由獨立的變槳距執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動。一個變槳距執(zhí)行結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障，其它兩個槳葉仍能調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距角。多采用電變槳。變槳系統(tǒng)的分類

按工作方式分類

11電動變槳

直流伺服

起動力矩大無級調(diào)速,低速性能好不允許空載運行,電機有碳刷,維修困難加后備電池比較方便交流伺服

電機結(jié)構(gòu)簡單﹑維修工作量小備用電源系統(tǒng)復(fù)雜,需要添加UPS或者逆變器等系統(tǒng)變槳系統(tǒng)的分類

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變槳系統(tǒng)是風機的重要組成部分。它作為風力發(fā)電控制系統(tǒng)的外環(huán)，在風力發(fā)電機組的控制中起著十分重要的作用。它依據(jù)主控的發(fā)出的命令控制風力發(fā)電機組的葉片節(jié)距角隨風速的大小進行自動調(diào)節(jié)在低風速起動時，槳葉節(jié)距可以轉(zhuǎn)到合適的角度，使風輪具有最大的起動力矩；當風速過高時，通過調(diào)整槳葉節(jié)距，改變氣流對葉片的攻角，從而改變風力發(fā)電機組獲得的空氣動力轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機功率輸出保持穩(wěn)定。

新譽1.5MW雙饋風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)概述

13變槳控制系統(tǒng)工作原理：新譽1.5MW雙饋風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)概述

變槳控制器的功能(巴赫曼PLC)變槳控制器采用CANOPEN經(jīng)過滑環(huán)同風機控制器通訊3模擬量給3個軸箱作為速度控制信號3個葉片絕對值編碼器信號監(jiān)控的數(shù)字信號3個變槳電機絕對值編碼器信號3路剎車釋放信號PT100模擬輸入軸箱電流監(jiān)控充電控制接觸器電池電壓監(jiān)控接受風機控制器的命令，反饋變槳控制系統(tǒng)的信息葉片控制備用電源14變槳系統(tǒng)組成

變槳電機

變槳控制箱

變槳控制器

–高性能的巴哈曼PLC備用電源管理系統(tǒng)

軸箱變槳電機驅(qū)動器電壓檢測系統(tǒng)

蓄電池箱蓄電池組15變槳系統(tǒng)組成

16變槳系統(tǒng)組成

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Brake(failsafe)SeparatelydrivenfanTachometerAbsoluteencoder分散的冷卻風扇法蘭盤軸/電樞接線盒Directcurrentmotorincludingthe

followingfeatures:剎車制動器測速機r絕對值編碼器定子r變槳電機結(jié)構(gòu)變槳系統(tǒng)組成-驅(qū)動系統(tǒng)18變槳系統(tǒng)組成-驅(qū)動系統(tǒng)備用電源軸箱蓄電池箱19變槳系統(tǒng)連線示意圖20變槳系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)位置結(jié)構(gòu)示意圖21變槳系統(tǒng)位置檢測示意圖22當風電機組達到運行條件時，控制系統(tǒng)命令變槳系統(tǒng)將槳距角調(diào)到45°，當轉(zhuǎn)速達到一定時，再調(diào)節(jié)到0°，直到風力機達到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)發(fā)電；

在運行過程中，當輸出功率小于額定功率時，槳距角保持在0°位置不變，不作任何調(diào)節(jié)；

當發(fā)電機輸出功率達到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化調(diào)整槳距角的大小，使發(fā)電機的輸出功率保持在額定功率變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的方法

23運行環(huán)境溫度-30℃～+40℃保存溫度-40℃～+50℃海拔不大于2000米供電3×400V+N+PE(TN-S)UPSL+UPSN柜體防護等級IP54電機防護等級IP64備用電源蓄電池變槳調(diào)速齒輪變比109/132編碼器絕對值編碼器齒比109/132/168電機冷卻方式自然冷卻驅(qū)動器冷卻方式自然冷卻變槳速度通過通訊接收主控命令變槳控制系統(tǒng)介紹—主要參數(shù)24慢速1°/S快速8°/S電氣可控收槳10°/S電池緊急收槳15°/S低電壓穿越描述3秒變槳驅(qū)動類型額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩20NM極端變槳載荷48NM直流電機額定功率5.0KW0-2410rpm250V抱閘制動力矩100NM重量65Kg通訊模式CanOpen變槳控制系統(tǒng)介紹—主要參數(shù)251.額定輸出功率 7.5KW2.額定輸出電流 24A3.額定輸出電壓 3×0---400V(AC)4.輸入電壓 3×AC380V(－25％～＋10％)5.過載能力 43A/30秒6.冷卻方式 散熱器外置自然冷卻7.防護等級 IP24或更高8.環(huán)境溫度 －25℃～＋40℃9.制動電阻 外加10.配置現(xiàn)場總線 CAN總線11.保護功能 電機三相短路保護﹑過載保護﹑電源過壓保護﹑電源欠壓保護﹑電機超速保護等.變槳系統(tǒng)伺服驅(qū)動性能指標26變槳系統(tǒng)硬件配置27變槳系統(tǒng)硬件配置28變槳系統(tǒng)硬件配置29變槳系統(tǒng)硬件配置30變槳系統(tǒng)硬件配置31變槳系統(tǒng)軸葉片驅(qū)動電路原理圖32變槳系統(tǒng)配電33變槳系統(tǒng)維護特點：1.主控擁有友好的智能診斷系統(tǒng)2.主控友好的人機界面診斷工具34變槳系統(tǒng)維護充電器7A1：充電器用于對變槳系統(tǒng)的蓄電池進行充電，并對充電狀態(tài)進行監(jiān)控。

充電器有三個狀態(tài)指示燈及兩個狀態(tài)輸出觸點?！癝ENSOROK”為充電傳感器狀態(tài)指示：燈亮正常；燈滅故障，充電傳感器回路短路或開路，正常應(yīng)為35kΩ左右?！癠V/OVOK”為輸入電壓指示：燈亮正常；燈滅故障，輸入電源電壓低于180V或高于270V。同時輸出狀態(tài)觸點，觸摸屏報警信號為ChargerVoltageOkError?！癇ATT/MAINSOK”為充電輸出電壓指示：燈亮正常，浮充電狀態(tài)；燈滅電壓低于200V處于充電狀態(tài)或高于255V。同時輸出狀態(tài)觸點，觸摸屏報警信號ChargerBatteryAndMainsOkError。充電器對三個蓄電池箱定時輪流充電，充電切換周期為15分鐘*3。

充電器內(nèi)有高壓電容，斷電2分鐘后才允許拆卸，不允許接觸充電器的接線端子，防止點擊。35變槳系統(tǒng)維護編碼器：將位置信號轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字量信號。一個分辨率為12*12的編碼器，轉(zhuǎn)4096圈即為一個循環(huán)，每圈對應(yīng)4096個位置。計算可得變槳槳葉轉(zhuǎn)4圈編碼器轉(zhuǎn)4096圈為一個循環(huán)。編碼器屬于精密光電設(shè)備，在運輸和安裝過程中不能發(fā)生任何劇烈的撞擊，在安裝、拆卸的時候，嚴禁使用榔頭等設(shè)備對編碼器進行敲打，或者使用扳手等設(shè)備強力拆卸，這樣會造成編碼器損壞。

測速發(fā)電機反饋：15V/1000轉(zhuǎn)，2500轉(zhuǎn)時為37.5V。

36變槳系統(tǒng)維護溫度傳感器PT100：溫度為0℃時傳感器電阻為100Ω，常溫25℃時為110Ω，溫度越高電阻值越大，電阻值低于80Ω或大于130Ω，短路或斷路均為異常表現(xiàn)。37變槳系統(tǒng)維護加熱控制：只有在變槳控制箱內(nèi)溫度達到一定值才允許啟動變槳當T<5°，先加熱，加熱到5°延時動作，總時間>60min；當5°<T<15°，加熱工作，同事延時動作，不管加熱溫度有沒有到15°，只要60min時間到，觸點動作，總時間=60min；當T>15°，不加熱，延時動作，總時間=60min。只要交流230V即輪轂400V不斷電，不會再啟動延時。

38變槳系統(tǒng)維護監(jiān)視繼電器2A1：檢測變槳系統(tǒng)輸入三相電源電壓及相序。第三個燈綠燈亮，三相電源正常；第一個紅燈亮為電源過電壓，電壓>480V；第二個紅燈亮為電源欠電壓，電壓<320V；第一個紅燈亮，第二個紅燈閃爍為三相電源缺相；兩個紅燈交替閃爍為三相電源相序不正確。39變槳系統(tǒng)維護超速監(jiān)控器9A1：監(jiān)控變槳PLC狀態(tài)SP1:0.5HZ動作點HY1:5.0輸出遲滯ST1:0.0啟動延時DT1:0.0輸出延時FT1:0.0輸出持續(xù)時間F01:2實際值小于SP1,輸出觸點斷開S01:0儲存輸出NC1:1輸入、顯示比值DIM:1SP1單位選擇：HZ或RPM40變槳系統(tǒng)維護安全繼電器9A2：只有當硬接點NOEFC信號和PLC提供的NOEFC信號同時提供，即兩個通道指示燈同時點亮，9A2才有輸出。任何一個通道信號丟失輸出將斷開，造成變槳緊急收槳。41變槳系統(tǒng)維護低電壓穿越EON：伺服驅(qū)動器正常時由兩路電源供應(yīng)，一路為400V交流電源作為主電源，一路為216V蓄電池直流電作為備用電源，如果在變槳運行時4