变桨控制系统概论

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1、变桨控制系统概论国电联合动力技术（保定）有限公司技术部一、变桨系统基本原理介绍二、变桨系统硬件组成三、变桨系统的外部接口四、变桨系统的控制特点变桨距风力发电机组变桨系统的运行情况为：起动状态：变桨距风机的桨叶在静止时，桨距角为90°，当风速达到起动风速时，桨叶向0°方向转动至50°以获得足够的起动转矩。当叶轮转速达到一定速度时，再调节桨叶转到0°，直到风机达到额定转速并网发电。运行状态：在运行过程中，当功率在额定功率以下时，桨距角保持在0°附近，发电机的功率根据叶片的气动性能随风速变化而变化。当功率超过额定功率时，变桨距机构开始工作改变气流对叶片的攻角，使发电机的输出功率限制在额定值附

2、近。停机顺桨状态：当风机正常停机和快速停机时，在风电机组断开电网前先将叶片顺桨到89°，利用叶片的气动刹车将叶轮转速降低至功率为0。当风机紧急停机时，叶片分别由各自的蓄电池控制完成顺桨操作直至碰到91°限位开关，最后风机采用机械刹车系统使叶轮停止转动。变桨系统在风机中的基本功能：通过改变风机的桨叶角度来调节风力发电机的功率以适应随时变化的风速;保障风机机组安全。一、变桨系统接收风力发电机组主控系统的指令，来调节转动风机的叶片到指定角度以实现：在额定风速以下时，将桨叶全开，最大限度捕获风能，保证空气动力效率；达到及额定风速之上时，根据主控器指令调节叶片角度，保证机组的输出功率。二、超过安全

3、风速时或紧急情况下，旋转桨叶到安全位置，保护风力发电机组，实现安全停车功能。目前，我公司1.5MW变桨距风力发电机组的变桨系统采用独立电动变桨控制，提高了系统可靠性，降低了维护成本。变桨系统的执行机构就是电动机，由变桨的控制系统给电动机指令，电动机通过变桨齿轮箱变速来驱动变桨轴承转动达到调节叶片的节距角的效果。变桨控制系统根据柜子的数量分为七柜式和三柜式两个类型，七柜式变桨系统的硬件组成包括一个主控制柜、三个轴柜、三个蓄电池柜、桨叶编码器、限位开关、直流电动机；三柜式变桨系统是由三个基本相同的控制柜、限位开关、位置传感器、交流电动机组成。七柜式变桨系统在轮毂上的安装位置如图所示：变桨主控柜内主

4、要有PLC模块、充电器、开关电源、滑环线接口等。滑环接线从机舱过来连接变桨系统，接口在主控柜上。主控柜起的作用就是将400V电源和24V电源分成三部分，分别接到三个轴柜上。当系统检测到电池电压低时，主控柜内充电器会自动循环向三个电池柜充电。主控柜内的PLC模块通过profibus-DP线与机舱滑环连接通讯，接收主控发送过来的控制指令，同时收集轮毂的运行状态和维持变桨系统本身运行所需的条件，并向机舱主控反馈轮毂的运行状态。当变桨主控接收到控制指令，变桨PLC通过通讯向轴柜内变桨电机驱动器发送运行指令，达到调节桨叶节距地目的。轴柜内核心元器件是电机驱动器。电机驱动器主要分为三个部分和其他器件连接

5、工作，一是主回路，二是控制回路，三是通讯连接。主回路进线有两路，一路是电机驱动器将由变桨主控柜引进的400V交流电源整流成230V直流电源，给直流电机供电;另一路是由电池柜引进的电池直流电当做后备电源，在紧急情况下使用备用电源。控制回路主要是电机驱动器与限位开关、编码器、PT100、电压监控模块等连接，将轮毂的状态采集起来，使变桨系统在允许的条件下运行。通讯连接是指电机驱动器与变桨PLC、其他轴柜的驱动器通过CAN-BUS通讯串联。电池柜的作用是当变桨系统主电源发生故障时，电池柜作为后备电源对变桨电机供电，使桨叶紧急收至安全位置，保证整个风机的安全性和可靠性。每个电池柜由18节松下牌阀控式铅

6、酸蓄电池串联而成，每节蓄电池标称为12V7.2AH。正常情况可向轴柜提供18X12=216VDC的直流电源。风机在运行过程中，铅酸蓄电池可能受到包括使用环境、温度、充放电次数、循环次数等许多不确定因素的影响，最终导致电池失效。因此，我们需要在使用过程中需要对铅酸蓄电池进行定期维护。七柜式变桨系统电机是直流电机，变桨电机是通过变桨齿轮箱变速驱动叶片轴承来调节叶片节距角的主动设备。以MOOG电机为例，额定功率为4KW,转矩为16NM,转速为2400rpm,电机外壳防护等级为IP54。电机主要由电枢绕组、励磁绕组、电机冷却风扇、温度传感器、电机编码器、加热器、刹车等组成。电机接线端口采用哈

7、廷插接头，保证了在轮毂高速运转过程中电机接线的安全可靠。变桨系统的外部接口有两部分组成：一、机舱滑环到轮毂变桨系统的接线，滑环接线分为400V电源、24V控制回路、profibus通讯线。二、轮毂变桨轴承的润滑系统的电气接线。润滑系统主要是由主控程序来控制润滑油泵通过油管给叶片轴承的滚珠和轴承的齿面打油润滑。信号包括：油泵24V电源、分配器反馈脉冲信号、油位信号、安全链及EFC（Emerg