Vacon在变桨系统中的应用
基于变桨系统的海上风力发电的安全性评估与预警
基于变桨系统的海上风力发电的安全性评估与预警海上风力发电是利用海风产生的动力转化成电能的一种可持续发展能源。
为了保障海上风力发电系统的安全性，变桨系统起着重要的作用。
本文将基于变桨系统，对海上风力发电的安全性进行评估与预警。
首先，我们需要了解什么是变桨系统。
变桨系统是风力发电机组的核心组成部分之一，它通过感知风速和风向的变化，控制桨叶的角度，从而最大程度地捕捉风能。
通过变桨系统的调整，风力发电机组能够在不同的风速下保持最佳运行状态。
为了评估海上风力发电的安全性，我们需要考虑以下几个关键因素：首先是风速的变化。
海上风力发电站处于极具挑战性的环境中，风速的变化幅度较大。
变桨系统应具备快速响应的能力，能够在风速变化较大的情况下迅速调整桨叶的角度，确保风力发电机组的稳定运行。
其次是风向的变化。
海上风力发电站所处的海域风向多变，变桨系统应能够准确感知风向的变化，并及时调整桨叶的角度，以便发电机组能够捕捉到更多的风能。
第三是极端天气条件下的应对能力。
海上风力发电站可能会遭遇台风、飓风等极端天气条件，变桨系统需要具备应对极端风速和风向的能力，并且在此类天气条件下自动启动预警机制，以确保风力发电机组的安全运行。
第四是正常运行过程中的监测与检测。
变桨系统应配备相应的传感器和监测装置，能够实时监测风力发电机组的运行状态。
一旦出现异常情况，如桨叶损坏、电力输出异常等，变桨系统应能够及时发出预警信号，以便采取相应的修复和保养措施。
最后是数据分析与维护。
基于变桨系统的海上风力发电安全性评估与预警还需要对大量的数据进行分析与维护。
通过分析历史数据和实时数据，可以有效地评估风力发电机组的安全性，并及时预警。
同时，也需要进行定期的维护和检修工作，确保变桨系统的正常运行。
综上所述，变桨系统对于海上风力发电的安全性评估与预警具有重要作用。
通过快速响应风速和风向的变化、应对极端天气条件、监测与检测异常情况以及数据分析与维护，可以有效地保障海上风力发电机组的安全运行。
PLC控制器在变桨控制系统中的应用
电动变桨PLC控制器设计PLC控制器在变桨系统中的应用1、引言功率调节是风力发电机组的关键技术之一。
风力发电机组在超过额定风速（一般为12~16m/s）以后，由于机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制，必须降低风轮的能量捕获，使功率输出仍保持在额定值附近。
这样也同时限制了叶片承受的负荷和整个风力机受到的冲击，从而保证风力发电机安全不受损害。
功率调节的方式主要有定桨距失速调节、变桨距角调节和混合调节三种方式。
目前兆瓦级风机普遍采用变桨距角调节方式。
而世界上大型风力发电机组变桨距系统的执行机构主要有两种，液压变桨距执行机构和电动变桨距执行机构。
其中电动变桨距系统的桨距控制通过电动机来实现，结构紧凑、控制灵活、可靠，正越来越受到大多数整机厂家的青睐，市场前景十分广阔。
2、电动变桨距系统2.1电动变桨距概述变桨距就是叶片绕其安装轴旋转，改变叶片的桨距角，以改变叶片的风能捕获能力，从而改变风力发电机的气动特型。
《风力发电机组原理与应用》。
电动变桨是用电动机作为变桨动力，图（1）为电动变桨距执行机构原理图伺服驱动器控制电动机带动减速机的输出轴齿轮旋转, 输出轴齿轮与桨叶根部回转支承的内侧的齿轮啮合，带动桨叶进行变桨。
<浅谈风力发电机组的液压和电动变桨系统>图1 电动变桨距执行机构原理图变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相比，起动与制动性能好，风能利用系数高，在额定功率点以上输出功率平稳。
所以，大型和特大型风力发电机组多采用变桨距形式。
《风力发电机组原理与应用》变桨距角机组启动时可以对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的启动性能和功率输出特性都有显著改善。
变桨距角调节的风力发电机在阵风时，塔架、叶片、基础受到的冲击，较之失速调节型风力发电机组要小的多，可减少材料，降低整机重量。
它的缺点是需要有一套比较复杂的变桨距调节机构，要求风力机的变桨距角系统对阵风的响应速度足够快，才能减轻由于风的波动引起的功率脉动。
金风1.5MW Vensys变桨系统
金风 1.5MW Vensys变桨系统摘要：本文通过对变桨系统作用，组成及驱动原理进行了简单的介绍，分析了一些主要元器件充电器NG5、逆变器AC2和超级电容常见故障的原因及处理方法，最后对一个综合例子进行分析。
关键词：金风1.5MW 变桨 NG5 AC2 超级电容1.引言变桨系统作为风力发电机组核心系统，也是机组故障率最高的系统，它很大程度上决定了机组是否能够平稳运行，维护好变桨系统是我们工作的重中之重。
根据这段时间对机组维护所得的一点知识，总结出上述机组变桨系统的一点经验，希望能对现场消缺提供一些经验和帮助。
2.变桨系统作用2.1功率控制金风1500kW风力发电机组功率控制线方式为变速变桨策略的控制方式。
风速低于额定时，机组采用变速控制策略，通过控制发电机的电磁扭矩来控制叶轮转速，维持最佳叶尖速比运行，使机组始终跟随最佳功率曲线，从而捕获最大风能。
当风速大于额定时，机组采用变速变桨控制策略，通过变速控制器即控制发电机的扭矩使其恒定，从而恒定功率。
通过变桨调节发电机转速，使其始终跟踪发电机转速的设置点，使机组维持稳定的功率输出。
2.2气动刹车金风1500kW风力发电机组变桨系统是目前系统唯一的停车机制，通过将桨叶迅速顺至停机位置来完成气动刹车。
主控的所有停机指令，包括正常停机，快速停机和紧急停机，最后都是通过总线发给变桨系统来执行。
机组的安全链的最后输出也是给变桨，任意一个安全链节点断开后，安全链系统送给变桨系统的高电平都会丢失，变桨系统会根据内部程序立即执行紧急停机。
3. 变桨系统主要元器件介绍3.1 直流充电电源NG5NG5充电器将三相交流400V经过NG5充电电源整流输出60V，80A，给超级电容和变桨逆变器AC2提供电源。
现场NG5主要有两种，一种意大利生产的，型号为Zivan Battery Charger NG5，其工作的投入与切出完全取决于超级电容的电压，控制器检测到超级电容电压低于58V时开始充电，电容电压达到60V停止充电。
变桨系统介绍
变桨系统介绍一、变桨系统变桨距是指风力发电机安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小改变叶片气动特性，使桨叶在整机受力状况大为改善。
变桨距机构就是在额定风速附近（以上）,依据风速的变化随时调节浆距角，控制吸收的机械能，一方面保证获取最大的能量（与额定功率对应）。
同是减少风力对风力机的冲击。
在并网过程中，还可以实现快速无冲击并网。
变桨距控制与变速恒频技术相配合，最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。
电动变桨距系统就是可以允许3个浆叶独立实现变桨，它提供给风力发电机组功率输出和足够的刹车制动能力。
这样可以避免过载对风机的破坏。
我们都知道我们的每个变桨盘都有一个超级电容和伺服电机放置在轮毂处，每支桨叶一套，当然超级电容放置在变桨控制柜里。
控制柜放置在轮毂与叶片连接处。
整个系统的通信总线和电缆靠滑环与主控连接。
主控与变桨盘通过现场总线通讯，达到控制3个独立的变将装置的目的。
主控根据风速，发电机功率和转速等，把命令值发送到变桨距控制系统，并且电动变桨距系统把实际值和运行状况反馈到主控器。
还有就是电动变桨系统必须能够满足快速响应主控的命令。
有独立工作的变桨距系统，高性能的同步机控制，安全可靠的要求。
下面就从机械和伺服驱动2个部分介绍一下电动变桨距系统。
二、机械部分不同与液压驱动变桨系统。
电动变桨距系统采用3个桨叶分别带有独立的电驱动变桨系统，机械部分包括回转支承，张紧轮齿形带。
回转支承的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环固定在轮毂上。
当电驱动变桨距系统上电以后，电动机带动小齿旋转，而小齿带动齿型带，从而带动变桨盘的内环与叶片一起旋转。
实现了改变桨距的目的。
电动变桨距一般包括伺服电动机，伺服驱动器（也就是我们所说的NG5），超级电容，齿型盘，齿型带，传感器等部分组成。
三、伺服驱动部分矢量控制技术解决了交流电动机在伺服驱动中的动态控制问题，使交流伺服驱动系统得性能可与直流驱动系统相媲美。
变桨系统原理及维护
变桨系统原理及维护一、变桨系统原理变桨系统是风能发电机组的关键部件之一，主要负责控制风轮桨叶的角度，以实现最佳风能转换效率。
其主要原理如下：1.控制原理：变桨系统通过感知风速、桨叶角度和发电机输出功率等参数，并根据实时监测的风速变化情况来控制桨叶的角度调整，以使风轮桨叶能够始终迎向风速的最佳方向。
2.传动原理：变桨系统通过主轴和传动电机等组件完成角度调整。
其中，主轴连接了风轮和齿轮箱，通过传动电机以及相应的齿轮传动机构控制风轮桨叶的角度调整。
3.控制模式：一般来说，变桨系统可以采用定角控制模式和变角控制模式。
定角控制模式适用于大部分工况，根据实时风速的大小选择恰当的桨叶角度。
而变角控制模式则可以在遇到特定工况时，根据不同的发电机输出功率等参数来调整桨叶角度。
4.安全保护机制：变桨系统还需要具备一定的安全保护机制，以应对突发情况。
比如，当变桨控制系统出现故障时，可以自动切断桨叶的调整功能，确保风轮系统的稳定运行。
二、变桨系统维护为确保变桨系统的正常运行和延长其使用寿命，需要进行定期的维护和保养。
下面是一些常见的维护措施：1.日常巡检：定期对变桨系统进行巡视，检查主轴、传动电机以及传动装置的工作情况。
特别要关注是否存在松动、磨损或损坏等问题，并及时进行维修或更换。
2.清洁保养：通过对变桨系统的清洁保养，去除积灰、杂物等异物，防止其对系统的正常运行产生影响。
3.润滑维护：应定期对润滑系统进行检查，确保润滑油的质量符合要求，并及时更换润滑油，以保持传动装置的正常运转。
4.故障排除：一旦发现变桨系统出现异常情况，应及时排除故障。
对于无法解决的故障，应请专业维修人员进行处理。
5.数据分析：通过对变桨系统监测数据的分析，可以及时发现潜在的问题和异常，对系统进行精确的调整和维护。
综上所述，变桨系统的原理是通过感知风速和发电机输出功率等参数，控制风轮桨叶角度的调整，以实现最佳风能转换效率。
为保证变桨系统的正常运行和延长使用寿命，需要定期进行维护和保养，包括日常巡检、清洁保养、润滑维护、故障排除和数据分析等措施。
洛克威尔SLC 500系列可编程控制器在风力发电变桨系统中的应用.doc
洛克威尔SLC 500系列可编程控制器在风力发电变桨系统中的应用-:变桨距控制风力发电机组，中国科学院电气工程研究所采用，张磊，李建林，鄂春梁，不仅能吸收更多的风能，还能使风力发电机组具有更好的启动和制动性能，保证风力发电机组的可靠运行。
当风力发电机组或电网发生故障时，可控制变桨机构使叶片与叶片平行，从而快速制动叶轮；当风速高于安全运行风速时，叶片可以处于顺桨状态，可以改善风力机的受力状况，避免强风对风力机的破坏。
此外，如果采用适当的变桨控制，可以减少传动链上的扭矩振荡。
国外研究人员通过对独立变桨距风力发电机的研究发现，合理控制每个叶片可以减少塔架的振动和叶片的载荷，从而降低风力发电机的疲劳度，延长风力发电机的使用寿命。
本文采用罗克韦尔SLC 500系列可编程控制器作为风力发电机组的变桨距控制器。
该变桨控制器具有控制方式灵活、编程简单、抗干扰能力强的特点。
摘要:介绍了变桨距系统的工作原理，设计了变桨距控制器的软件系统和硬件系统，并对实际的风力发电机组进行了实验验证，运行效果良好。
预计罗克韦尔SLC 500系列可编程控制器(PLC)将在中国风力发电领域取得巨大成就。
关键词:变桨距风力发电机可编程控制器罗克韦尔1简介风能是可再生能源中发展最快的清洁能源，也是最有希望大规模开发和商业化的发电方式。
中国风能资源丰富，发展风能对于改善能源结构、缓解能源短缺具有重要的现实意义。
近年来，中国风电产业规模逐渐扩大，风电已经成为能源发展的重要领域。
从风力发电技术的发展来看，风力发电机单机容量正在向大型化发展，兆瓦级风力发电机已经成为国际风力发电市场的主流产品。
目前，变桨距控制技术广泛应用于大型风力发电机组中。
例如，VESTAS的V66-当风力发电机组或电网发生故障时，可以控制变桨机构使叶片顺桨，从而使叶轮快速制动。
当风速高于安全运行风速时，叶片可以处于顺桨状态，可以改善风力机的受力状况，避免强风对风力机的破坏。
此外，如果采用适当的变桨控制，可以减少传动链上的扭矩振荡。
变桨系统
风力发电变桨系统摘要：变桨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桨系统的构成、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。
2 变浆系统的作用根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。
金风1.5MW风力发电机组Vensys变桨系统介绍
名称
开关电源
型号
ZIVAN
功能及端口定义
功能：将50HZ线电压400V(三相)交流电输入转换为60V直流电输出。 AUX1 C\AUX1 NO=开关电源正常输出信号
额定60V/80A
ON/OFF=开关电源工作/停止工作信号 LSENSE 电流检测通道
变频器
SW:AC2T2IFWMF145_HYSO4
功能：采集超级电容高低电压； X4:4=／X4:3分别采集电容高低60V／30V直流输入电压； X4:5=模块24V电源的接口；X4:9／X4:10=电压检测模拟量输出； X4:11=电流检测模拟量输出
A10自制模块
旋转编码器
1=旋边电源；3/7=正/负向SSI脉冲输入；5=清零端；8/9=速度和位移 反馈；10=反馈旋边工作正常信号；
功能：将60VDC转换成三相频率可变的29VAC BATT/-BATT为直流输入,U V W为交流电输出；
额定48V/450A
F3/F9控制变桨电机刹车电磁阀； E5=自动变桨控制信号；F4=自动变桨使能； E12=叶片向0度方向变桨信号；E13=叶片向90度方向变桨信号； F6/F12外部过载信号；
0° 接近开关
电机控制 及信号线
电机控制 及信号线
电机控制 及信号线
3.1 变桨系统驱动原理
Profibus DP 状态 自动/手动切换 Beckhoff I/O system 向0度变桨 向90度变桨 手动 控制 状 态 信 息 控 制 命 令 A10电压/ 电流转换 电压 电流 信号 DC 24V DC/DC 变换 风扇 温 度 信 号 Pt100 状 态 信 号 控 制 命 令 变 桨 速 度
20
发电机转速 （Ω—rpm）
VACON NXP 系统变频器说明书
冶金轧线及其他生产线 熔炼和铸造 轧机应用
纸浆与造纸
分布传动 柜式组合变频器 剥皮鼓
Danfoss Drives · DKDD.PB.915.A1.41 5
VACON® NXP 系统变频器配置器
设置 VACON® NXP 系统变频器相当简单 — 我们的在线 配置工具可以指导您完成整个设计过程，同时还能提 供必要的文档。
柜底部） 控制和监控终端
辅助电压 110 VAC (+AT1) 辅助电源 24 V，10 A (+ADC) 自顶部的布线 (+CIT) UL 认证的设计和组件 (+NAR) 客户专用选件 (+CSO)
* +PAP 将在选定柜体中包含子设备（如果需 要），请参阅电路图。
作为预先设计的标准选件，我们提 供以下内容： 紧急停机 CAT0 (+PES) 紧急停机 CAT1 (+PED) 绝缘故障传感器 (+PIF) 电弧保护 (+PAP)* 柜式加热器 (+ACH) 柜式照明设备 (+ACL) 辅助电压变压器 4000 VA (+AT4)
作为预先设计的标准选件，我们提 供以下内容： UL 认证的设计和组件 (+NAR) 电弧保护 (+ADU) 柜式加热器 (+ACH) 柜式照明设备 (+ACL)
NFS 类型 NFS_1x NFS_2x
NXN 设备数量 1 2
尺寸，宽 x 高 x 深 [mm] 600 x 2100 x 605 1000 x 2100 x 605
* +ILE 需要一个附加柜体。
MIS 类型 MIS_630 MIS_1000 MIS_1250 MIS_1600 MIS_2500 MIS_3200 MIS_4000 MIS_5000
变桨控制系统设计
变桨控制系统设计变桨控制系统（Variable Pitch Control System）是风力发电机组中重要的控制系统之一，用于调控风机的桨叶角度，以对风能进行最佳转化和发电。
本文将详细介绍变桨控制系统的设计原理、功能以及关键技术。
变桨控制系统的设计原理是通过改变桨叶的角度，调节桨叶的攻角（Angle of Attack），从而改变桨叶对风的阻力，调节转速和发电功率。
一般来说，当风速较小时，为了提高风能的利用率，桨叶的攻角应适当增大；当风速较大时，为了避免过载和损坏风机，桨叶的攻角应适当减小。
变桨控制系统通过不断监测风速、转速等参数，以及与风机的功率曲线进行匹配，控制桨叶的角度实现最佳的风能转换和发电效果。
1.桨叶角度调节：根据风速和功率需求，自动调节桨叶的角度，实现最佳的风能转换效果。
2.风速检测与测量：通过风速传感器或风向传感器等设备，实时测量和监测风速，为桨叶角度调节提供准确的参数。
3.转速控制：根据风速和功率需求，自动调节风机的转速，以实现最佳的发电效果。
4.保护功能：当风速过大或其他异常情况发生时，及时采取保护措施，保护风机和其他设备的安全运行。
5.数据记录和统计：记录风机的运行数据，包括风速、转速、发电功率等参数，为运维人员提供参考和分析。
1.传感器技术：包括风速传感器、风向传感器等，用于测量和监测风速，为控制系统提供准确的参数。
2.控制算法：通过合适的控制算法，将风速和功率需求转化为桨叶角度和转速的控制命令，实现系统的自动调节。
3.电机控制技术：通过控制电机的电流、电压等参数，实现桨叶角度控制和转速调节。
4.通信技术：将变桨控制系统与其他部分进行联动，实现与风机的数据交互和控制。
5.故障诊断与保护技术：通过对系统参数的实时监测和分析，发现故障和异常情况，并及时采取保护措施，防止风机和其他设备的损坏。
在变桨控制系统的设计过程中，需要充分考虑风机的工作环境、机械特性以及控制需求等因素，确保系统的稳定性、可靠性和高效性。
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Vacon在变桨系统中的应用
Vacon NXP变频器
Pitch control with Vacon drives
Mita-Teknik
SUT
Vacon变频器在变桨系统中的控制模式模式一：速度闭环控制
–主控系统（或变桨控制器）给出起停指令
–主控系统（或变桨控制器）给出速度指令
–驱动器速度闭环
–位置反馈信号给主控系统（或变桨控制器）
模式二：定位控制
–主控系统给出角度信号
–驱动器速度闭环，位置闭环
定位控制逻辑
交直流供电
Vacon NXP 产品结构及特点
温度控制启停的冷却风扇，
更换方便
冷却风道
与电气部分完全隔离
Robust structure/frame
标配集成EMC滤波器
标配集成交流进线电抗器可插拔式显示面板
标准控制I/O
选件卡插槽
动力接线端子
All units protected against water
drips and mechanical particles
(IP21 and IP54)
Vacon 变频器的特点
模块化的结构设计
–体积小
–维护方便
抗电网波动能力强
–内置交流进线电抗器
优越的EMC性能
–功率单元全金属封装
–内置RFI滤波器和交流进线电抗器性能优越，可靠性强
–严格的元器件选择
Vacon 变频器针对变桨驱动器应用的其它特点支持交流、直流两种供电方式
–正常情况下的交流供电模式
–紧急情况下的直流供电模式（超级电容或蓄电池组）
低电压供电
–直流供电模式下，直流电压低于额定电压50%时，仍能正常工作
法兰安装组件（穿墙式安装）
–变频器柜外散热，有效降低柜内温度
精确的速度闭环控制
精确的定位控制功能
Vacon的控制单元
Vacon的通讯
Vacon的法兰安装
Vacon的工程技术软件
与IEC61131-3 标准兼容
支持所有的编程模式
–FBD: 功能框图
–LD: 梯形图
–ST: 结构型语言
–SFC: 流程图
支持在线调试
支持32 位的数据处理
Vacon的PC调试软件
NCDrive软件可以通过如下接口
与变频器通讯：
–RS232
–以太网TCP/IP
–CAN（快速多机监控）
–CAN@Net（网络远程监控）
Vacon产品的认证
Third-party (SGS Fimko) confirmation of
safety and functionality
EU Declaration of Conformity, CE
–EN50178-1997, EN60950-2000, EN61800-5
UL Approval
–Tested 05/2004
–File E171278
Offshore Oil Drilling Industry
–ATEX / SIRA Approval
Marine/offshore Class regulations
Vacon的一些大客户系统集成商
OEM 客户
贴牌生产
Hannu Manninen。