风机控制系统-变桨
变桨系统讲解
解析原理
通过变桨图纸，分析解析出以下电源的走向 400V 230V 24V 通过各电源走向了解变桨系统工作原理。
400V电源走向
滑环（400V) 变桨电机 230V
ALEX1
ALER2& ALER3
ห้องสมุดไป่ตู้
加热&加热监测&风扇&brake&PUMP（ALEX3) 400V电压监测
230V电源走向
加热：6个柜（250W），小于20°启动，大于70°停
止；电机加热（50W） 风扇：电机冷却风扇（140W）大于70°启动，小于 50°停止 刹车 加热监测 润滑泵(轴承润滑和变桨齿轮润滑） 整流（alex2） 288VDC去给电池battery1&2&3充电
24V电源来源
中控再给电机编码器
Battery Volatge（288VDC)变换成24V Alex1(24V) alex3 alex2 滑环（主要是安全链的信号）
滑环230V
照明
变桨系统采用直流电机（串励），三相电经
pitchmaster内整流器整流出直流300V，直流输出两相 U、V通过2V1（导向桥）调节到达电机，再由中控给 信号，通过电机工作控制变桨角度，当变桨电机需反 转时，通过pitchmaster内部控制，将U、V两相输出输 入对换，实现电机的反转。在失电及安全链动作情况 下，由电池供电（288V DC），继而确保了风机安全顺 桨。
变桨系统
变桨原理： 1）变桨系统接收风力发电机组主控系统的指今, 调节、
转动风机的叶片到指定角度: -在额定风速之下，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，根据主控器指令调节叶片角度， 保证机组的输出功率。 2）超过安全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
风机变桨系统结构、原理及典型故障处理
当风速低于额定风速时，通过调整叶片角度 从风中吸收更多的风能，得到最佳的发电功率；
当安全链被打开时，叶片转到顺桨位置，可 作为空气动力制动装置使机组安全停机；
利用风和叶轮的相互作用，减小摆动从而将 机械负载最小化。
顺桨位置
采用变桨矩调节，风机的启动性好、刹车机构 简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降、额定点 以前的功率输出饱满、额定点以后的输出功率平滑、 风轮叶根承受的动、静载荷小。变桨系统作为基本 制动系统，可以在额定功率范围内对风机转速进行 控制。
变桨系统的构成
变桨系统包括三个主要部件，变桨轴承、变 桨驱动装置－变桨电机和变桨齿轮箱、变桨控制 柜。如果一个驱动装置发生故障，另两个驱动装 置可以安全地使风机停机。
变桨系统如何实现变桨控制
从站PLC控制操作
电气变桨系统，3 个变桨变频器控 制的变桨电机间 接变速装置（伺 服电机）
机舱内的电池系 统
变桨系统的Leabharlann 点变桨控制系统是通过改变叶片角度，实现功率 变化来进行调节的。通过在叶片和轮毂之间安装的 变桨驱动装置带动变桨轴承转动从而改变叶片角度， 由此控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片 上的扭矩和功率的目的。
电机连接 工作时间
动态工作
用一个风扇强制风冷
一个内置在定子绕组中的 Pt-100
变频器操作，增加 du/dt 值,增加铁心损耗,增加电 压峰值
单传动, 闭合环路
100 %，当制动器有飞轮 时，电机必须持续保持叶 片在工作位置
最大加速度125 1 rpm/s
扭矩限制 电缆长度 使用寿命
工作位置
变桨系统原理
变桨系统简介
★ 三相异步交流电机变频器 ★ 电子刹车功能 ★ CAN BUS 接口 ★ 程序存储器 ★ 额定直流输入电压60VDC ★ 最大输出电流450A ★ 开关频率8kHz ★ 环境温度-40℃~+50℃，最高工作温度90℃
※ 第一路控制轴柜加热器 ※ 第二路控制2T2输入电源
采用超级电容的变桨控制系统具有下列优点：
-充电时间短， 2分钟左右即可充满至 60V； -耐低温； -寿命长，充放电次数可达 10万次以上，寿命可长达 50年以上，真正 实现终身免维护； -超级电容随使用年限的增加，容量减小的非常小； -充电时产生的热量少； -体积小，重量轻； -无须维护； -电源管理模块作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路。
◆ 三相异步交流电动机 ◆ 额定电压：3*29VAC ◆ 额定电流：90A ◆ 额定功率：4.5kW ◆ 额定转矩：28.6Nm ◆ 额定转速：1500rpm
电机采用3x50mm2的带柔性金属网电缆，轴箱侧与电机侧可靠接地。 所有外部连接都有过压保护装置。所有的外部连接通过屏蔽电缆接地 （哈丁插头内部采用GND接地，轴箱接地采用铜条或接地螺钉）
进入紧急模式
紧急模式桨叶转到89°位置的故障包括：
(1) 本桨叶位置小于最小位置限值； (2) 本桨叶位置大于最大位置限值； (3) 转速超过最高转速限值； (4) Profibus DP通讯故障 (5) 安全链动作； (6) 主电源故障； (7) 欠压； (8) 电机堵转； (9) 变频器超温； (10)轴箱超温； (11)超级电容中间电压比较错误 (12)90°位置传感器故障； (13)3°位置传感器故障；
进入紧急模式
华创风机变桨系统简介
华创CCWE-2000/103.D型风机变桨系统介绍（AB（罗克韦尔）变桨系统）目录1. 变桨系统概述及AB变桨系统组成 (3)2. 控制柜内模块简介及采集和控制的信号介绍 (4)2.1 1#变桨控制柜模块组成及测量和控制的信号介绍 (4)2.1.1 L18ER控制器（1769-L18ER-BB1B） (4)2.1.2 IB8模块（1734-IB8） (5)2.1.3 IR2模块（1734-IR2） (5)2.1.4 SSI模块（1734-SSI） (5)2.1.5 Anybus模块（以太网转Canopen模块） (5)2.2 2#变桨控制柜模块组成及测量和控制的信号介绍 (6)2.2.1 AENT/A从站： (6)2.2.2 IB8模块（1734-IB8） (6)2.2.3 IB8模块（1734-IB8） (6)2.2.4 OB8模块-负责命令信号输出 (6)2.2.5 IR2模块（1734-IR2） (7)2.2.6 SSI模块（1734-SSI） (7)2.2.6 Stratix2000交换机 (7)2.3 3#变桨控制柜模块组成及测量和控制的信号介绍 (7)2.3.1 AENT/A从站： (7)2.3.2 IB8模块（1734-IB8） (7)2.3.3 IB8模块（1734-IB8） (8)2.3.4 OB8模块-负责命令信号输出 (8)2.3.5 IR2模块（1734-IR2） (8)2.3.6 SSI模块（1734-SSI） (8)1. 变桨系统概述及AB变桨系统组成变桨系统是风力发电机的核心控制系统，变桨系统能够实时响应风机主控系统的指令，通过调节叶片桨距角，使得机组能够在多变的风况条件下平稳地运行，并获取最大限度的能量。
在低风速时高效发电，高风速时输出额定功率电能。
单个叶片变桨距装置一般包括控制器、伺服驱动器、伺服电机、减速机、变距轴承、传感器、角度限位开关、蓄电池、变压器等。
变桨系统(内容及基础原理的简介)
风力发电机变桨系统所属分类:技术论文来源:电器工业杂志更新日期:2011-07-20摘要：变浆系统是风力发电机的重要组成部分，本文围绕风力发电机变浆系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。
关键词：变桨系统；构成；作用；保护种类；故障分析1 综述变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。
风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。
变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。
风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。
变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。
风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。
任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。
变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。
此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。
由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。
每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。
风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。
风电机组变桨系统介绍
• 变桨距伺服控制控制算法
位置反馈 速度给定
速度反馈 电流 反馈
M
PLC执行位置 环控制，驱动 器实现电流环 和速度环控制
PLC
AC输入
电机驱动器
串励直 编码器 流电机
电机伺服驱动系统结构图
• 变桨距系统电气原理
主控箱
3*400V+N+PE
滑 防 雷 及
控制信号 配 电
环
通信
充电 机
PLC
电源 24V
• 变桨系统的作用
变桨系 统功能
变桨距系统的失 效可导致机组飞
车灾难
调节功率 在较高风速时调 节桨距角，使发 电机输出功率维 持在额定功率附
近。
气动刹车 在机组或电网故 障情况执行顺桨 动作，使机组迅
速停下来。
• 变桨系统分类
变桨系 统分类
电动变桨距系统 电动机作为执行 机构。
液压变桨系统 采用液压系统作 为执行机构。不 需要配备后备电 源；存在漏油问
2、编码器故障
• 现象： 编码器跳变，或者编码器通讯不正常
• 原因： 1）编码器受到强电磁干扰引起跳变，尤其是磁感应式编码器；
2）机械振动或者受力过大导致损坏；3）编码器电源没电（对于 电子式绝对值编码器而言）。 解决方案：更换编码器，如果是强电磁干扰引起的跳变解决干扰 源问题，也可以更换光电式编码器。
题。
• 变桨系统分类
变桨电 机类型
直流变桨系统
优点：故障情况可 直接通过后备电源 供电顺桨，可靠性 高
缺点：电机成本高 ，碳刷需要维护； 体积较大，维护不 方便。
交流变桨系统 优点：电机体积小 ，维护量小；电机 成本低； 缺点：故障情况时 必须通过伺服驱动 器驱动电机顺桨， 不能通过后备电源
变桨系统
变桨开关电源NG5
• 型号：Zivan Battery Charger NG5 • 输入电压：400VAC(+/-15%) • 输出电压：60VDC • 输出电流：80ADC 优点： • 效率高； • 体积小； • 充电时间短； • 充电不受交流电源变化的约束； • 能够提供理想的充电曲线。
• • • • •
电 机 温 度
DC 60V 开关电源 U 电源开关 DC 0V
变桨逆变器 叶 片 桨 距 角
V
W
电 机 刹 车
电机 转速 反馈
变桨电机
旋转编码器 90 度 限 位 开 关 0 度 接 近 开 关
变桨控制系统实现风力发电机组的变桨控制，在额定功率以上通过控制叶片桨 距角使输出功率保持在额定状态。变桨控制柜主电路采用交流--直流--交流回 路，由逆变器为变桨电机供电，变桨电机采用交流异步电机，变桨速率由变桨 电机转速调节。 每个叶片的变桨控制柜，都配备一套由超级电容组成的备用电源，超级电容储 备的能量，在保证变桨控制柜内部电路正常工作的前提下，足以使叶片以 7°/s的速率，从0°顺桨到90°。当来自滑环的电网电压掉电时，备用电源直 接给变桨控制系统供电，仍可保证整套变桨电控系统正常工作。相比密封铅酸 蓄电池作为备用电源的变桨系统，采用超级电容的变桨控制系统具有下列优点： a、充电时间短； b、交流变直流的整流模块同时作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路； c、超级电容随使用年限的增加，容量减小的非常小； d、寿命长； e、无须维护； f、体积小，重量轻等优点； g、充电时产生的热量少。
BC3150有一个 PROFIBUS-DP 现场总线接口，可在 PROFIBUS-DP 系统中作为智能从站使用。 “紧凑型”总线端子控制器 BC3150 比较小巧而且经济BC3150 通过 K-BUS 总线扩展技术，可连接 多达 255 个总线端子。 KL1104 数字量输入端子从现场设备获得二进制控制信号，并以电隔离的信号形式将数据传输到 更高层的自动化单元。每个总线端子含 4 个通道，每个通道都有一个 LED 指示其信号状态。 KL2408（正极变换）数字量输出模块将自动化控制层传输过来的二进制控制信号以电隔离的信 号形式传到设备层的执行机构。 KL2408有反向电压保护功能。其负载电流输出有过载和短路保护功 能。每个总线端子含 8 个通道，每个通道都有一个 LED 指示其信号状态。 KL3404模拟量输入端子可处理 -10 V 和 +10 V 或 0 V 和 10 V 范围的信号。分辨率为 12 位，在 电隔离的状态下被传送到上一级自动化设备。在 KL3404总线端子中，有 4 个输入端为 2 线制型，并 有一个公共的接地电位端。输入端的内部接地为基准电位。
风电偏航变桨介绍
根据电网需求和系统运行状态，调整叶片角度， 实现对发电量的稳定控制，确保电网的安全与稳 定。
最大风能捕获
根据风向和风速的变化，自动调节叶片角度，使 风机始终处于最佳的迎风状态，最大化捕获风能 。
载荷控制
通过调节叶片角度，减轻风机在强风、暴风等极 端天气下的载荷，保护风机设备不受损坏。
工作原理
负责接收传感器数据、计算最 佳叶片角度，并驱动执行机构 。
执行机构
包括变桨电机、齿轮箱等，根 据控制系统指令调节叶片角度 。
通讯系统
用于控制系统与上位机或其他 相关设备之间的数据传输和指
令交互。
02 偏航系统介绍
偏航系统的功能
控制风轮偏转
偏航系统的主要功能是控制风轮的偏转，使其能够跟随风向变化， 保持最佳的迎风角度，从而提高风能利用率。
预防性ห้องสมุดไป่ตู้护的重要性
预防潜在故障
预防性维护能够及时发现和解决潜在的故障和问题，避免设备在运 行过程中出现故障，从而提高风电偏航变桨系统的可靠性和稳定性。
延长设备寿命
通过定期的维护和检查，可以延长风电偏航变桨系统的使用寿命， 降低更换和维护成本。
提高发电效率
风电偏航变桨系统的正常运行是提高发电效率的关键。通过预防性维 护，可以确保系统始终处于最佳状态，从而提高发电效率。
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THANKS
作。
润滑保养
对变桨系统的轴承、齿轮等运动 部件进行润滑保养，以减少磨损
和摩擦，延长设备使用寿命。
预防性维护
根据设备运行情况和厂家推荐的 维护周期，进行预防性的维护和 保养，如更换磨损件、清洁和校 准等，以确保变桨系统的可靠性
和性能。
04 风电偏航变桨系统的应用
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工作原理
电动变桨系统
10
工作原理
11
工作原理
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原理图示意
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各部件介绍
变桨电机（选型、相关计算）
优点 缺点？
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变桨电机
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各部件介绍
驱动器、编码器、限位开关、电池（超级电容）
光电转换
轴承
安装
光栅码盘 16
部件介绍
存放 维护 检测
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变桨常见故障
常见故障以及处理方式： 安全操作： 1、风速一般不超过12米/s 2、主轴锁定销必须锁定 3、系安全带，挂安全绳
3
统一变桨与独立变桨
统一变桨距控制即机组所有桨叶都由一个执行机构驱动，或者三个
执行机构同时驱动，桨叶节距角变化相同。
独立变桨距方式，每个桨叶都由独立的变桨距执行机构驱动， 如果其中一个变桨距执行结构出现故障，其它两个桨叶仍能调节桨 叶节距角，实现功率控制，而统一变桨距执行结构出现故障，只能 停机维修；
4
工作原理
控制时一般都以发电机额定功率或转子转速为界，即当发电机输出功率（转
速）低于额定值时，进行变速恒频控制，最大捕获风能；而当输出功率（转 速）高于额定值时，进行变桨距控制，维持发电机功率在额定值附近。要实 现真正的独立变桨,输入变量包括桨叶节距角变化和风速，以及每个桨叶受力 等,实现多变量控制。
风机控制系统
—— 变桨部分
目录
什么是变桨 变桨的类型
变桨的构成
变桨系统的工作原理 变桨各部件介绍 原理图示意 故障处理 问题讨论
1
变桨的概念
什么是变桨系统？
变桨系统是通过传动机构使叶片沿其纵向轴转动，改变气流对叶片攻角的系 统。 为什么大功率风机需要变桨系统？ 它控制风力发电机组的叶片节距角可以随风速的大小进行自动调节：在低 风速起动时，桨叶节距可以转到合适的角度，使风轮具有最大的起动力矩； 当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力 发电机组获得的空气动力转矩，使发电机功率输出保持稳定。当机组故障或
1、驱动故障 2、接触器故障 3、编码器溢出 4、通讯故障 5……
4、带照明灯、手机、对讲机
5……Βιβλιοθήκη 18问题讨论1、变桨同步误差过大；（机械问题，反馈问题）
2、驱动器超温；（自然环境、电气环境） 3、电机超温；（电机本身、负载？？）
19
谢谢！
者停机时，调节桨叶作为机组第一刹车制动。
2
变桨的类型
按照工作方式可分为：统一变桨和独立变桨； 按照动力类型可分为：液压变桨和电动变桨；（上海电气、Vestas、歌美飒、 西门子、北重……DEWIND）
电动变桨又分为：交流变桨和直流变桨。
变桨主要厂商：SSB、lust MOOG、ATECH（伦茨LENZE）
启动控制策略，大风策略，小风策略，故障、停机策略……
5
变桨的构成-液压变桨
系统组成： 油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄 压器以及三套独立的变桨装置
优点：单位体积小、重量轻、扭矩大无需变速机构，在失电时将蓄压器作为备用 动力源对桨叶进行顺桨作业；增容便捷。
缺点：漏油，对环境要求较高（温度） 6
液压系统
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变桨的构成-电动变桨
系统组成： 驱动器、电机、编码器、减速机、限位开关。
优点：组合灵活、技术成熟、环境适应能力强、防沙尘、腐蚀
缺点：容量增加时电机体积变大
8
工作原理
液压变桨 变桨距伺服控制系统的原理图如图1所示。变桨距控制系统由信 号给定、比较器、位置（桨距）控制器、速率控制器、D/A转换器、 执行机构和反馈回路组成。