基于某風(fēng)場直流變槳系統(tǒng)改交流系統(tǒng)

1、前言隨著我國風(fēng)電裝機規(guī)模的增加，新技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，早期使用的直流變槳系統(tǒng)方案的缺點越加明顯，備件價格昂貴，軟件維護升級困難，故障率高，故障停機時間長等。本文基于某型號直流變槳系統(tǒng)，提出使用目前流行的交流變槳系統(tǒng)對原直流變槳系統(tǒng)進行升級改造，以解決和克服原方案的不足。2、直流變槳系統(tǒng)介紹直流變槳系統(tǒng)是使用直流電機及直流伺服驅(qū)動器作為核心部件的變槳控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)主要由變槳控制器、伺服驅(qū)動器、直流電機、后備電容組、后備電源充電器、開關(guān)電源及其他配套設(shè)備組成，直流變槳系統(tǒng)多為六柜結(jié)構(gòu)，其主要由三個電容柜和三個驅(qū)動柜構(gòu)成，具體如圖1所示。圖1六柜直流變槳系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)圖風(fēng)力發(fā)電機組直流變槳系統(tǒng)雖然具有技術(shù)簡單，容易實現(xiàn)的特點，但是其同樣具有電氣回路復(fù)雜，故障節(jié)點多；電容組無監(jiān)視；葉片維護無互鎖功能，存在安全隱患等缺點，上述缺點對于風(fēng)力發(fā)電機組的安全運行構(gòu)成極大的威脅。3、直流變槳改交流變槳介紹3.1交流變槳系統(tǒng)介紹交流變槳系統(tǒng)是基于交流調(diào)速技術(shù)的變槳系統(tǒng)，控制方式多為交流矢量閉環(huán)控制，主控包括伺服驅(qū)動器、交流電源、交流電機、后備電容及其他配套設(shè)備。其主要結(jié)構(gòu)圖2所示。圖2交流變槳系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)圖風(fēng)力發(fā)電機組交流變槳系統(tǒng)相對于直流變相系統(tǒng)具有集成度高；電氣回路簡單，故障節(jié)點少；超級電容性能優(yōu)越，驅(qū)動器集成充放電功能，且可對電容狀態(tài)進行監(jiān)視等特點。3.2直流變槳系統(tǒng)改造方案考慮到改造的成本及施工的便利性，改造后的變槳系統(tǒng)主要是在保留原直流變槳系統(tǒng)變槳柜體的基礎(chǔ)上對驅(qū)動系統(tǒng)及原后備電源這兩部分進行改造，把原系統(tǒng)軸控柜中的直流驅(qū)動器替換為交流驅(qū)動器，通過對變槳電機、驅(qū)動器、變槳控制器及部分電氣回路的改造，使變槳系統(tǒng)由直流驅(qū)動系統(tǒng)改為交流驅(qū)動系統(tǒng)，以達到降低變槳系統(tǒng)故障率、提供變槳系統(tǒng)控制穩(wěn)定性，使用原系統(tǒng)的后備電源柜將電池組替換為電容模組，更換直流電機為交流電機，增加變槳維護操作互鎖功能，改造時保留原直流變槳系統(tǒng)固有的變槳電機、驅(qū)動器及變槳控制器等部件，其原有安裝布局及機械接口基本保持變。改造后的交流變槳系統(tǒng)可以完全適配現(xiàn)有的主控通訊協(xié)議及控制邏輯，原機組主控系統(tǒng)無需進行改動。直流變槳系統(tǒng)改造后的驅(qū)動器部分拓撲圖如圖3所示。圖3直流變槳系統(tǒng)改造后的驅(qū)動器部分拓撲圖直流變槳系統(tǒng)改造為交流變槳系統(tǒng)后，具有如下特點：（1）驅(qū)動器使用3*400VAC供電，并通過整流橋?qū)︱?qū)動器直流母線進行充電，直流母線具備緩上電功能，且三相整流橋可控；（2）驅(qū)動器直流母線分流有兩路DC/DC轉(zhuǎn)換單元，其中一路實現(xiàn)控制電路24VDCUPS電源，另一路實現(xiàn)變槳電機剎車電源供電；（3）驅(qū)動器直流母線分流充電單元，為超級電容模組充電；（4）超級電容模組通過二極管直接連接驅(qū)動器直流母線。保證在驅(qū)動器交流供電異常時，為驅(qū)動器提供足夠的能量。改造后的交流變槳系統(tǒng)安裝如圖4及圖5所示。圖4

交流變槳系統(tǒng)安裝圖圖5

交流變槳系統(tǒng)安裝圖交流變槳系統(tǒng)相對于對原直流變槳系統(tǒng)具有克服了原系統(tǒng)固有的缺點，并具有（1）降低變槳系統(tǒng)故障率；（2）提高風(fēng)力發(fā)電機組可靠性及可利用率；（3）降低運維成本；（4）適應(yīng)電網(wǎng)高低穿要求，提高變槳控制性能等優(yōu)點，改造后的變槳系統(tǒng)其階躍響應(yīng)如圖6所示。圖6改造后的變槳系統(tǒng)其階躍響應(yīng)曲線圖改造后的變槳系統(tǒng)維護軟件具有（1）變槳調(diào)試功能，可仿真風(fēng)力發(fā)電機組主控模擬運行；（2）分析診斷變槳系統(tǒng)故障并提供問題處理建議；（3）可對變槳系統(tǒng)進行控制邏輯及性能指標測試，并給出測試結(jié)果和數(shù)據(jù)記錄；（4）通過安裝于筆記本電腦中人機界面實現(xiàn)以下功能：信息交互：變槳距系統(tǒng)參數(shù)的查詢、設(shè)置，系統(tǒng)狀態(tài)及IO端口狀態(tài)查看及故障診斷，并可查詢歷史故障記錄、變槳控制軟件版本信息和系統(tǒng)時鐘；速度控制：通過人機界面可以對每個槳葉的變槳方向和變槳快慢速率進行點動控制和設(shè)置；位置控制：通過人機界面可以對每個槳葉進行位置控制，可以設(shè)置槳葉變槳速度和給定的位置，具有正弦波、方波、三角波位置給定，波形的幅值和周期可由人機界面進行設(shè)置；槳角校零：通過人機界面可對編碼器的0度位置進行校零。3.3直流變槳系統(tǒng)改交流變槳系統(tǒng)的建議和效果直流變槳系統(tǒng)改交流變槳系統(tǒng)方案，應(yīng)對原直流變槳系統(tǒng)做最小化的改動，以節(jié)約改造成本和施工量，上述直改交方案遵循了盡量利用原有系統(tǒng)的配置，利于便捷和快速施工的目的，最大限度地確保工程順利，減少發(fā)電量損失，降低工程改造時的中斷影響，具不完全統(tǒng)計，通過運行3個月故障統(tǒng)計進行對比，變槳故障總數(shù)由1205次減少到31次，故障