变桨控制原理
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
人工智能算法在风机变桨控制中的应用研究
人工智能算法在风机变桨控制中的应用研究随着人工智能技术的快速发展，各行各业对其应用的研究和探索不断加深。
风电场作为清洁能源的代表之一，其发电效率和稳定性对于能源行业的发展至关重要。
而风机变桨控制作为风电场中至关重要的一环，其控制效果直接影响风机的发电能力和稳定性，因此其优化研究也日益受到关注。
本文将探讨人工智能算法在风机变桨控制中的应用研究。
一、风机变桨控制的基本原理风机变桨控制是指通过控制风机叶片的桨角，使得风机能够以最优的叶片角度捕捉到风能。
其基本原理是，当风机扇叶负载变大时，风机叶片的桨角会增加，以使得旋转速度保持稳定。
反之，当风机扇叶负载减小时，风机叶片的桨角也会随之减小。
由于风力发电场经常面对的是风向、风速等环境因素的波动，因此风机变桨控制算法必然会受到很多外界因素的影响。
因此，风机变桨控制算法的优化研究对于提高风机的发电效率和稳定性至关重要。
二、人工智能算法在风机变桨控制中的应用人工智能算法是利用计算机模仿自然智能的思维和行为，并实现人工计算方法的计算科学。
在风机变桨控制中，人工智能算法可用于风机叶片桨角的控制实现和优化。
1. 神经网络算法神经网络算法是指通过模仿人类神经元之间的连接关系，构建一个神经网络进行风机变桨控制的优化研究。
神经网络算法可以将风机控制需要的输入输出关系建立出来，并通过反向传播等优化手段，训练神经网络并获取到最佳控制策略。
该算法在风机控制中的应用可以使得风机能够更加智能地应对外界环境的变化，从而优化风机的发电效率和稳定性。
2. 遗传算法遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法，通过模拟自然选择和生物进化，优化风机变桨控制策略。
遗传算法不仅可以解决非线性问题，还可以并行搜索多个解空间。
在风机变桨控制中的应用，可以帮助风机自主学习和适应环境变化，从而明显提高风机的风能捕捉效率。
3. 支持向量机算法支持向量机算法是一个广泛应用于分类和回归分析的计算机算法，通过最大化分类边缘或最小化分类误差，来寻求最佳控制策略。
变桨培训MOOG
6、其它故障（思考题）
1）无法手动变桨 2）无法紧急顺桨 3）报电池电压高及电池电压低故障error_pitch_error_battery_voltage_sys_1/2/3
error_pitch_battery_undervoltage_sys_1/2/3 4）报桨叶至96度限位开关故障
5、变桨安全链故障
error_safety_system_pitch_system_em_stop_from_pitch
1）可以复位 检查滑环清洁，清洗滑环，如无法解决可更换滑环的滑道。
2）无法复位 复位后安全链闭合，过几秒钟后安全链红灯重新亮起，说明变 桨内部安全链出现问题，为方便检查短接机舱柜复位信号的 端子X11-7、8。此时复位安全链闭合，24V信号持续给到 变桨内，进入轮毂检查中控柜内下面几个接触器的状态。
控； 2、接收主控给出的变桨命令，根据变桨目
标及速度给定值调节输出电压，驱动变 桨电机进行变桨；
状态指示灯
外部接线
X1：400V供电 X2：输入输出I/O点 X3：电机温度KTY X4：RS232接口 X5：Can通讯 X6：电机编码器 X7：冗余编码器 X8：预留扩展模块 X9：电子刹车 X21：输出，直流母线，
2）电压传感器故障：如测量直流母线电压高于520V则 说明内部电压传感器已坏。
此故障需更换Pitchmaster
error_pitch_error_can_node_1/2/3
1）报数字几检查轴几的PM上X5插头，正常插头处2、7口之间应有60欧电阻，6、9口应有24V直流 电压。PM上24V+输入口9口是否对地短路，如对地短路需更换此Pitchmaster。
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
风机转速控制方法
风机转速控制方法一、引言风机转速控制是风机运行过程中非常重要的一项技术，它可以实现风机的启停、调速、保护等功能，从而满足不同工况下的需求。
本文将介绍几种常见的风机转速控制方法，包括变频控制、变桨控制和阻力控制。
二、变频控制1. 原理变频控制是通过改变电源频率来控制电动机的转速。
当电源频率增加时，电动机转速也会增加；相反，当电源频率降低时，电动机转速会减小。
通过改变变频器的输出频率，可以实现对风机转速的精确控制。
2. 优点变频控制具有以下优点：- 转速调节范围广：变频器可以实现宽范围的转速调节，满足不同工况下的需求。
- 节能效果好：变频器可以根据实际负荷情况调整电动机转速，从而实现节能效果。
- 启停平稳：变频器可以实现平稳的启停过程，减少设备的机械冲击。
3. 缺点变频控制的缺点主要包括：- 造价较高：变频器的价格较高，增加了设备的投资成本。
- 对电动机要求高：变频器对电动机的电压、电流等参数有一定要求，需要选用适配的电机。
三、变桨控制1. 原理变桨控制是通过改变风机叶片的角度来控制风机转速。
当叶片角度增大时，风阻增加，风机转速减小；相反，当叶片角度减小时，风阻减小，风机转速增加。
通过控制变桨系统的机械结构，可以实现对风机转速的调节。
2. 优点变桨控制具有以下优点：- 转速调节灵活：变桨控制可以实现对风机转速的灵活调节，适应不同工况下的需求。
- 结构简单可靠：变桨控制的机械结构相对简单，可靠性高。
3. 缺点变桨控制的缺点主要包括：- 受限于叶片角度：叶片角度的调节范围有限，可能无法满足某些特殊工况的需求。
- 能耗较大：变桨控制需要消耗一定的能量来调节叶片角度，会造成一定的能耗。
四、阻力控制1. 原理阻力控制是通过改变风机的外部负载来控制风机转速。
当外部负载增加时，风机转速减小；相反，当外部负载减小时，风机转速增加。
通过改变阻力装置的工作状态，可以实现对风机转速的调节。
2. 优点阻力控制具有以下优点：- 控制方式简单：阻力控制的操作方式相对简单，易于实施。
变桨工作原理
变桨工作原理一、引言变桨是风力发机电组中重要的部件之一，它通过调整桨叶的角度来适应不同风速下的转速和功率输出。
本文将详细介绍变桨的工作原理，包括变桨的定义、作用、工作原理和常见的变桨控制方式。
二、定义和作用变桨是指风力发机电组主轴上连接桨叶的部件，它的主要作用是根据风速的变化调整桨叶的角度，以使风能以最佳方式转化为机械能，并保证发机电组在不同风速下的安全运行。
三、工作原理变桨工作原理可以分为机械式变桨和液压式变桨两种方式。
1. 机械式变桨机械式变桨是通过机械传动装置将控制信号转化为桨叶角度调整的动作。
其工作原理如下：首先，风力发机电组通过风向传感器和风速传感器获取风向和风速的信息；然后，将获取的风向和风速信息传输给控制器；控制器根据预设的控制算法，计算出桨叶的角度调整量；最后，通过机械传动装置将控制信号传递给变桨装置，使桨叶按照计算结果进行角度调整。
2. 液压式变桨液压式变桨是通过液压系统来实现桨叶角度的调整。
其工作原理如下：首先，风力发机电组通过风向传感器和风速传感器获取风向和风速的信息；然后，将获取的风向和风速信息传输给控制器；控制器根据预设的控制算法，计算出桨叶的角度调整量；最后，通过液压系统将控制信号传递给变桨装置，使桨叶按照计算结果进行角度调整。
四、常见的变桨控制方式根据不同的需求和技术条件，变桨可以采用多种不同的控制方式。
下面介绍几种常见的变桨控制方式：1. 常规变桨控制常规变桨控制是根据风速的变化来调整桨叶的角度。
当风速较小时，桨叶的角度较小，以提高风能的利用效率；当风速较大时，桨叶的角度较大，以减小风力对风力发机电组的冲击。
2. 主动变桨控制主动变桨控制是根据风向和风速的变化来调整桨叶的角度。
通过风向传感器和风速传感器获取风向和风速的信息，控制器根据预设的控制算法计算出桨叶的角度调整量，从而实现主动的桨叶角度调整。
3. 预测变桨控制预测变桨控制是根据风向和风速的变化以及未来的预测数据来调整桨叶的角度。
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。
Vensys变桨系统简介
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度/s的速率， 从0度顺桨到90度位置。当来自滑环的电源掉电时，备用电源直接为变桨系统供电 ，仍可保证整套边疆电控系统正常工作。当超级电容电压低于软件设定值，主控 制器会控制机组停机。
a. 直流开关电源NG5
进口NG5参数 • 型号：Zivan Battery Charger NG5 • 输入电压：400VAC(+/-15%) • 输出电压：60VDC • 输出电流：80ADC • 充电方式：间歇性充电，当电压低于55V时
开始充电，超级电容电压达到60V时停止充 电。
国产NG5参数： 型号：JF-CHARGER-60V-80A-K, JF-CHARGE-60V-80A-J 输入电压：400VAC（+/-15%） 输出电压：60VDC 输出电流：80ADC 充电方式：持续工作，电压维持 60V。
四、主要元件实物认知及功能原理
4.1 变桨柜在轮毂中的安装
4.2 变桨柜内部布局
4.3 变桨柜主要元器件 控制柜内部电源及控制检测部分: a. 开关电源(NG5) b. 变桨变频器(AC2) c. 超级电容 d. A10自制模块 e. BC3150及beckoff模块 f. 温度检测（PT100） 控制柜外部驱动及检测部分: a. g. 变桨电机 b. h. 旋转编码器 c. i. 温度检测（PT100） d. j. 0°和87 °接近开关及90°限位开关 e. k. 滑环
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变速恒频风电机组额定风速以上恒功率控制
2007-4-13 15:50:35 【文章字体：大中小】打印收藏关闭
风能作为一种取之不尽、清洁无污染的可再生能源，它的开发利用已经受到了世界各国的普遍重视。
作为风力资源丰富的国家之一，我国在风力发电机组的国产化方面取得了较快的进展，“九五”期间实现了600kW风力发电机组96％的国产化率，成功开发了600kW失速型风力发电机组控制系统这一关键技术。
目前，我们承担了国家863“兆瓦级变速恒频风力发电机组电气控制系统”的研制攻关任务，研制工作正在积极有效地开展中。
变速恒频风力发电机组与失速型风力发电机组相比，其中一个很大的优点是额定风速以上输出功率平稳。
变速恒频风力发电机组运行在额定风速以上时，既要使额定功率点以上输出功率平稳，避免波动，又要使发电机组传动系统具有良好的柔性，同时还要考虑对风电机组实现有效保护。
目前我们研制的兆瓦级变速恒频风电机组主要采用了变桨距控制技术。
变桨距控制技术是在风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片功角，从而改变风电机组获得的空气动力转距，使机组功率输出保持稳定。
本控制策略采用了功率反馈闭环控制系统，来实现变速恒频机组额定风速以上的控制目标。
变桨距机构介绍变桨距执行机构是由机械和液压系统组成，它沿着风机的纵向轴调节风机的桨叶。
因为桨叶的惯量很大，且变桨距执行机构不应该消耗大量的功率，所以执行机构具有的限制能力，其动态特性是在桨距角和桨距速率上均具有饱和限制的非线性动态，当桨距角和桨距速率小于饱和限度时，桨距动态呈线性。
变桨执行机构如图1所示。
执行机构的模型描述了来自控制器的桨距角指令到该指令的激励之间的动态。
其数学模型可以描述成如下的一阶系统
实际控制系统中的给定值是从桨距角偏差到比例阀的-DC10V～+DC10V
控制电压。
控制器设计
本控制器的基本目的是通过调节桨距角来调节功率恒定输出。
如图2所示，通过电量采集测出当前发电机输出功率P。
与给定功率P*相比，计算出功率误差△P。
功率的偏差作为PID控制器的输入量，控制器根据厶户发出叶片参考桨距角的β*的命令，然后计算出当前桨距角误差△β=β*-β（当前桨距角β），而后根据变距机构的参数确定桨距变化速率。
参考桨距角限制在0～92°范围内，控制器在这一范围内，按照新的桨距角要求调节风力机桨叶。
图2方框内是PID控制器，比例、积分、微分增益Kp、Ki、Kd的稳定数值范围由图所示的闭环传递函数的劳斯稳定判据确定。
比例、积分、微分的增益通过模拟得到具体值，其原则是使风机功率输出维持在额定输出功率。
1）桨距角变化速率在液压系统允许的-5°/s～+5°/s的范围内变化。
2）桨距角β的变化与风速v的变化趋势一样，风速v增加，平均桨距角β增大；相反，风速v降低，平均桨距角β减小。
3）风机叶片瞬时吸收的功率Pmech和风能利用系数Cp变化趋势显示，桨距角β的变化限制了叶片瞬时吸收的功率Pmech，叶片工作在较低的效率上。
4）发电机输出功率Pe能够通过桨距角β的变化作用在额定功率附近平滑变化，保持恒功率。
5）发电机转速的波动被（Pmech-Pe）和机组的惯性影响。
基于风力发电机组电控系统工作在恶劣的自然环境和强电磁干扰中，对控制系统的可靠性和抗干扰性要求很高，为此我们选用了西门子S7-300（CPU 选用的是315—2DP）系列可编程序控制器作为整个电控系统的控制核心。
S7-300控制器内部自带有连续PID控制器功能“CONT_C”，实际使用中我们只需要调用“CONT_C”，并为其设定相关参数即可。
“CONT_C”的部分使用程序如下：
I_ITL_ON：=
D_SEL：=
CYCLE：=
SP_INT：="DB9"．an_power_set ∥功率给定值
PV_IN：="DB6"．an_power ∥发电机输出功率
PV_PER：=
GAIN ：="DB9"．GAINl ∥比例常数
TI ：="DB9"．TI1 ∥积分常数
TD ：="DB9"．TD1 ∥微分常数
TM_LAG：=
DEADB_W：="DB9"．an_deadband1 ∥功率调节死区LMN_HLM：="DB9"．∥输出桨距角上限值
LMN_LLM：="DB9"．∥输出桨距角下限值
PV_FAC：=
PV_OFF：=
LMN_FAC：=
LMN_OFF：=
I_TLVAL：=
DISV ：=
LMN ：="DB9"．out_pitch ∥输出参考桨距角LMN_PER：=
QLMN_HLM：=
系统程序的流程图如下：。