1.5MW变桨系统.ppt

,金风1.5MW风力发电机组的变桨系统介绍Vensys、Lust、SSB,作者：许云鹏,主要内容：一、变桨系统的机械结构二、变桨距控制的目的三、变桨系统的硬件组成四、主要元件的功能原理五、变桨系统的手动操作六、变桨系统的维护和故障判断,Vensys变桨系统,一、变桨系统的机械结构,控制系统,二、变桨距控制的目：使叶片的角度在一定范围（0度-90度）变化，以便调节输出功率，避免了定桨距机组在确定攻角后，有可能夏季发电低，而冬季又超发的问题。在低风速段，功率得到优化，能更好的将风能转化电能。变桨机组的控制策略为：a额定风速以下通过控制发电机的转速使其跟踪风速，这样可以跟踪最优Cp；b额定风速以上通过扭矩控制器及变桨控制器共同作用，使得功率、扭矩相对平稳；功率曲线较好。,三、变桨系统的硬件组成变桨控制柜内的布局,变桨系统分布结构,线路连接,3.1变桨系统驱动原理,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。,型号：4-BMOD2600-6额定电压：60VDC总容量：125F总存储能量：150kJ四组串联单组电容电压：16VDC单组电容容量：500F,变桨超级电容,四、主要元件的功能原理,变桨电机类型：IM3001(3相笼型转子异步电机)额定功率：4.5kW，1500rpm最大转矩：75Nm制动转矩：100Nm额定电压：29V额定电流：125A额定功率因数：0.89绝缘等级：F转动惯量：0.0148kgm2防护等级：IP54,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（通过逆变器改变供电的频率来控制电机的转速）。,3.2变桨系统主要部件:控制柜内部电源及控制检测部分:1、开关电源(NG5)2、变桨变频器(AC2)3、超级电容4、A10自制模块5、BC3150及beckoff模块6、温度检测（PT100）控制柜外部驱动及检测部分:1、变桨电机2、旋转编码器3、温度检测（PT100）4、0接近开关及90限位开关,型号：ZivanBatteryChargerNG5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。,变桨开关电源NG5,基本原理图,IMS功率模块，Flash内存，微处理器控制，CanBus型号：ZapiAC-2电力电子器件：MOSFET开关频率：8kHz额定直流输入电压：60VDC最大输出电流：450A,AC-2异步电机用高频MOSFET逆变器,基本原理图,A10自制模块,基本原理图,旋转编码器,25位分辨率，8192脉冲/4096圈格雷码或二进制码输出自诊断功能电子清零可选组件：增量通道A，B；,绝对式旋转编码器GM400,这种温度传感器是利用导体铂（pt）的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的。通常这样的温度传感器可以测量负200到正500摄氏度的范围，而且在这个温度范围下，铂的电阻值和温度具有良好的线性关系。,温度传感器（Pt100）,接近开关（Bi5/8-M18-AP6X-H1141/S34）,*带螺纹的圆筒，M18；*镀铬黄铜；*抗交流磁场和直流磁场干扰；*3线直流连接，*1030VDC；*常开PNP输出；*连接头，M12；,限位开关,变桨控制柜中都有一个总线控制器BC3150，它是每个变桨控制系统的核心，其内部有变桨控制程序。此程序一方面负责变桨控制系统与主控制器之间的通信，另一方面负责变桨控制系统外围信号的采集处理和对变桨执行机构的控制。紧急状态下（例如变桨控制系统突然失去供电或通信中断），三个变桨控制柜中的控制系统，可以分别利用各自柜内超级电容存储的电能，分别对三个叶片实施90度顺桨停机动作。,BC3150及beckoff模块,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-10V和+10V或0V和10V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。KL5001SSI接口模块可直接连接SSI传感器。传感器电源由SSI接口提供。接口电路产生一个脉冲信号以读取传感器数据，读取的数据以字的形式传送到控制器的过程映像区中。各种操作模式、传输频率和内部位宽可以永久地保存在控制寄存器中。KL4001模拟量输出模块可输出0V到10V范围的信号。该模块可为处理层提供分辨率为12位的电气隔离信号。总线端子的输出通道有一个公共接地电位端。KL4001是单通道型，适用于带有接地电位的电气隔离信号。它通过运行LED显示端子与总线耦合器之间的数据交换状态。KL3204模拟量输入端子可直接连接电阻型传感器。总线端子电路可使用2线制连接技术连接传感器。整个温度范围的线性度由一个微处理器来实现。温度范围可以任意选定。总线端子的标准设置为：PT100传感器，分辨率为0.1C。,变桨方式分为以下几种：自动变桨：正常工作，程序控制；手动变桨：调试、维护；只有当两只叶片的位置在86度附近，第3只叶片才能朝0度变桨；强制手动变桨：调试、维护；3只叶片都可以朝0度变桨，不受86度限制；Forward：朝0度变桨；Backward：朝90度变桨,注意：强制手动模式中，叶片能在-295桨距角范围内任意转动，而在非强制手动模式中，若要维护某一叶片，如叶片朝0方向变桨，其桨距角不能小于5，如叶片朝90方向变桨，当碰到限位开关后，不能再变桨，若要继续变桨，可采取强制变桨模式变桨，而其余两个叶片则要求转到桨距角不能小于86的位置。强制手动模式时，叶片角度不被任何限定值控制或限制，这样叶片能转到任何可能的位置，操作不当对机械部件可能引起相当大的损害。,五、变桨系统的手动操作,六、变桨系统的维护和故障判断6.1变桨系统的维护定期检查变桨控制支架连接螺栓和所有附件连接螺栓是否松动，如有松动，应紧固。定期检查变桨控制柜是否有破损、裂纹、焊缝开裂等现象。定期检查与变桨控制柜相连的电缆，接头是否牢固，是否磨损，变桨控制柜风扇是否工作正常。定期检查漆面的完好程度，检查门锁是否完好。定期检查变桨系统90限位开关、0接近传感器工作是否正常。,定期检查变桨减速器的油位应在油窗的1/2处，如果不够则需要添加，需加油的变桨减速器的叶尖应朝下,应在油温低于40时进行。,变桨减速器,定期检查变桨轴承的密封圈，擦去泄漏的油脂，密封带和密封系统必须至少每12个月检查一次，密封带必须保持没有灰尘，当清洗部件时，应避免清洁剂接触密封带或进入轨道系统。定期检查变桨轴承防腐层是否脱落、破坏，若有请补刷破损和脱落部分。参照机组的维护手册，定期参照螺栓紧固力矩表紧固变桨轴承与叶片连接螺栓。,变桨轴承采用四点接触球轴承结构，轴承在运行其间必须保持足够的润滑。长时期停止运转的前后也必须加足新的润滑脂。,变桨轴承,6.2变桨系统故障判断变桨系统故障可分为以下几种:变桨电机温度故障变桨电容温度故障变桨电容高电压故障变桨电容电压不平衡变桨柜温度故障变桨变频器温度故障变桨变频器OK信号丢失故障叶片位置比较故障变桨节点故障,旋转编码器数据溢出故障变桨电源供应故障变桨位置传感器故障变桨位置传感器范围故障变桨限位开关故障变桨速度超限故障变桨速度比较故障手动或强制手动变桨动作故障下面仅举出几种故障信息。,解释说明：变桨电容高电压数值低于54伏，持续3秒，风机报此故障。执行正常停机，禁止自动复位。,解释说明：变桨电容温度超过60值，持续3秒，风机报此故障。执行正常停机，当温度低于50可以自动复位。,解释说明：变桨电容高电压值除2与电容低电压值相差超过2伏，持续3秒，风机报此故障。执行正常停机，不可自动复位,LUST变桨系统,一、变桨系统原理结构二、变桨元器件说明三、变桨控制方式,一、变桨系统原理结构,LUST变桨系统是一个以变桨位置为控制目标的伺服系统。通过总线，它接收的控制命令只有：变桨位置、变桨速度、复位、急停以及heartbeat这5个信号；系统内部状态信号也通过总线传送给主控。,原理图,三相动力电源、DP总线及安全链信号分别通过A1、B1、C1引入第一个变桨柜，并通过A2、B2、C2引入下一变桨柜。电网电源正常情况下，伺服驱动器PITCHMASTER直接驱动电机、2G3为辅助电路提供24V电源；电网掉电情况下，挂在PITCHMASTER直流母线上的超级电容投入工作，驱动电机运转，并通过2G2继续为辅助电路供电，完成顺桨。主旋转编码器E1反馈位置信息；旋转编码器E2与E1进行冗余比较；-4及94限位开关串入PITCHMASTER使能信号，作为PITCHMASTER失控的最后一道保护；旋转编码器损坏时会触发91限位开关。,二、主要元器件介绍,一、PITCHMASTR型号：CDE54.070D,输入电压：3400VAC+PE，额定电流54A/AC，最大电流144A/AC。PITCHMASTER是LUST变桨系统的核心伺服驱动器，穿墙式散热器安装在柜体背面，背面的散热片上安装有散热风扇。其内部集成了检测控制电路，实现位置、速度控制，如图6所示。内部控制电路具有2级隔离电源，提高EMC性能。SNT1为SNT2及数字量I/O供电，能够提供大的负载电流。SNT2为控制器、旋转编码器、模拟量I/O供电等供电。,实物对照,端口定义,AC500充电器型号AC500216V1.6A主要技术数据：工作电压:230V50HzAC，输出电压:335VDC，输出电流:1.6A,AC500端子说明：X1：电源输入端（电网电压进入）X2:直流电源输出端（连接到直流母线上）X13：不使用X16：故障状态指示1（1、2、3端子）和故障状态指示2（4、5、6端子）X17：温度检测X18:AC500工作使能（1、2端子）、不使用（3、4端子）AC500工作的前提，即8K1吸合的条件：超级电容电压低于340V，电容柜内温度低于60。为保证备用电源电压不下降，该充电器会一直工作，8K1会一直吸和。,备电电源LUST变桨系统的备用电源为超级电容，24个（4组）电容模块串联，单个模块的容量是58F，总容量为2.43F。充满时，电容总电压335VDC，单个模块电压为83.75VD，KL3403模块对电容的电压进行测量，如下图所示。如果测量值超过正常值的1.5%，就会报备用电源电压故障，但由于超级电容内有平衡电阻，静置一段时间后，故障可自动消除,电容柜实物,三、变桨系统工作模式系统共有5种模式a）模式0：待机模式。该模式下表明变桨系统PITCHMASTER准备就绪、外围传感器状态正常、驱动与执行器正常待机。b）模式1：变桨模式。该模式下，变桨系统将通过ProfibusDP总线接收来自主控的变桨指令。并根据给定的位置、速度值驱动变桨电机，直至到达位置目标值。c）模式2；急停模式1。该模式执行过程采用闭环急停控制。模式2中，变桨速度为7/s，停机位置87.5。该模式在如下条件成立时执行：主控通过P