常州新誉变桨控制系统介绍

1、NEWUNITED 1 风力发电机组风力发电机组 变桨控制系统介绍变桨控制系统介绍 风电控制工程中心风电控制工程中心 薛卫春薛卫春 变桨控制系统介绍 新誉 2 风力发电的原理：是利用风来带动叶片旋转，来风力发电的原理：是利用风来带动叶片旋转，来 满足发电机的转速要求进行发电。在风速到达切满足发电机的转速要求进行发电。在风速到达切 入风速后，便可以开始发电。入风速后，便可以开始发电。 风机机组控制原理概述风机机组控制原理概述 变桨控制系统介绍 新誉 3 常州新誉所生产的常州新誉所生产的1.5MW双馈风力发电机组是国内一种技双馈风力发电机组是国内一种技 术先进、性价比高的风力发电机组，特点如下：术

2、先进、性价比高的风力发电机组，特点如下： 可调整的启动风速可调整的启动风速 目前设定启动风速为目前设定启动风速为3m/s 柔性并网技术柔性并网技术 无功率突变无功率突变 容性和感性无功功率调节容性和感性无功功率调节 优化电网电能质量优化电网电能质量 较高的能量转换效率较高的能量转换效率 特别是在低风速情况下，特别是在低风速情况下，10.5米米11米可以满发米可以满发 电网兼容性电网兼容性 电压电压 85%110%，频率，频率 47.5Hz51.5Hz，三相不平衡等，三相不平衡等 谐波含量低谐波含量低 =2% 环境适应性强环境适应性强 -2540 新誉新誉1.5MW双馈风力发电机组概述双馈风力发

3、电机组概述 变桨控制系统介绍 新誉 4 风轮：将捕获的风能转变为机械能。风轮：将捕获的风能转变为机械能。 传动系统：将风轮捕获的机械能传递到发电机。传动系统：将风轮捕获的机械能传递到发电机。 发电机：将机械能转变为电能。发电机：将机械能转变为电能。 机舱：机舱内安装有传动系统、电机、偏航系统，机舱控制柜等，是机舱：机舱内安装有传动系统、电机、偏航系统，机舱控制柜等，是 风力机塔架以上部位的主要承力装置。风力机塔架以上部位的主要承力装置。 偏航系统：偏航系统根据风向标接受的信息，由控制系统自动执行机偏航系统：偏航系统根据风向标接受的信息，由控制系统自动执行机 舱的偏转，使风轮始终处于迎风状态。舱

4、的偏转，使风轮始终处于迎风状态。 塔架：塔架是支撑机舱的结构部件，它使风力机风轮处在较为理想的塔架：塔架是支撑机舱的结构部件，它使风力机风轮处在较为理想的 高度上运转，也是安装维护人员上下机舱的通道。高度上运转，也是安装维护人员上下机舱的通道。 液压系统：为高速轴嵌盘刹车系统提供液压控制。液压系统：为高速轴嵌盘刹车系统提供液压控制。 变桨距系统：一对一的电动变桨距，实现了每支叶片变桨距系统：一对一的电动变桨距，实现了每支叶片0-90度的变桨距度的变桨距 控制，气动刹车安全性比同步盘变桨距提高了控制，气动刹车安全性比同步盘变桨距提高了3倍。倍。 变流器控制系统：依据主控的命令，控制机组的发电功率

5、，完成并网变流器控制系统：依据主控的命令，控制机组的发电功率，完成并网 发电功能发电功能 主控系统：完成机组的智能化自动控制、监测主控系统：完成机组的智能化自动控制、监测 SCADA系统：完成机组的远程通讯等控制功能。系统：完成机组的远程通讯等控制功能。 新誉新誉1.5MW双馈风力发电机组概述双馈风力发电机组概述 主要部件及功能主要部件及功能 变桨控制系统介绍 新誉 5 风机机组控制系统概述风机机组控制系统概述 变桨控制系统介绍 新誉 6 风机机组控制系统概述风机机组控制系统概述 风力发电机组控制系统硬件分别安装在三个不同部分风力发电机组控制系统硬件分别安装在三个不同部分： p 机舱控制，安装

6、在机舱内机舱控制，安装在机舱内 机舱柜机舱柜 PCH p 地面控制，安装在塔架底部地面控制，安装在塔架底部 塔筒柜塔筒柜 变流器柜变流器柜 p 变桨控制，安装在机舱轮毂内变桨控制，安装在机舱轮毂内 变桨控制箱变桨控制箱 轴箱轴箱 蓄电池箱蓄电池箱 变桨控制系统介绍 新誉 7 定桨距失速控制风机定桨距失速控制风机 风力机的功率调节完全依靠叶片气动特性进行控制。这种风力机的功率调节完全依靠叶片气动特性进行控制。这种 机组的输出功率随风速的变化而变化，通常难以保证在额定风机组的输出功率随风速的变化而变化，通常难以保证在额定风 速之前风能利用系数较大，特别是在低风速段。这种机组通常速之前风能利用系数较

7、大，特别是在低风速段。这种机组通常 设计为有两个不同功设计为有两个不同功 率、不同极对数的异步发电机。率、不同极对数的异步发电机。 大功率高转速发电机工作在高风速区，小功率低转速发电机工大功率高转速发电机工作在高风速区，小功率低转速发电机工 作在低风速区，由此来调整风能利用系数。当风速超过额定风作在低风速区，由此来调整风能利用系数。当风速超过额定风 速时，通过叶片的失速或偏航控制降低风能利用系数，从而维速时，通过叶片的失速或偏航控制降低风能利用系数，从而维 持功率恒定。持功率恒定。 风机机组分类风机机组分类 变桨控制系统介绍 新誉 8 变桨距控制风机变桨距控制风机 变桨距风力发电机组的功率调节

8、不完全依靠叶片的气动变桨距风力发电机组的功率调节不完全依靠叶片的气动 特性，主要依靠改变叶片节距角（气流方向与叶片横截面的特性，主要依靠改变叶片节距角（气流方向与叶片横截面的 弦的夹角）来进行调节。在额定风速以下时节距角处于零度弦的夹角）来进行调节。在额定风速以下时节距角处于零度 附近，此时，叶片节距角受控制环节精度的影响，变化范围附近，此时，叶片节距角受控制环节精度的影响，变化范围 很小，可看作等同于定桨距风机。在额定风速以上时，变桨很小，可看作等同于定桨距风机。在额定风速以上时，变桨 距机构发挥作用，调整叶片节距角，保证发电机的输出功率距机构发挥作用，调整叶片节距角，保证发电机的输出功率

9、在允许范围以内。在允许范围以内。 风机机组分类风机机组分类 变桨控制系统介绍 新誉 9 定桨距失速控制风力机机构简单，造价低，并具有较高的定桨距失速控制风力机机构简单，造价低，并具有较高的 安全系数，安全系数， 利于市场竞争。但失速型叶片本身结构复杂，利于市场竞争。但失速型叶片本身结构复杂， 成型工艺难度也较大。随着功率增大，叶片加长，所承受成型工艺难度也较大。随着功率增大，叶片加长，所承受 的气动推力增大，叶片的失速动态特性不易控制，使制造的气动推力增大，叶片的失速动态特性不易控制，使制造 更大机组受到限制。更大机组受到限制。 变桨距型风力机能使叶片的节距角随风速而变化，起动风变桨距型风力机

10、能使叶片的节距角随风速而变化，起动风 速较定桨距风力机低，停机时传动机械的冲击应力相对缓速较定桨距风力机低，停机时传动机械的冲击应力相对缓 和，它可以使发电机在额定风速以下的工作区段有较大的和，它可以使发电机在额定风速以下的工作区段有较大的 功率输出，而在额定风速以上的高风速区段不超载，不需功率输出，而在额定风速以上的高风速区段不超载，不需 要过载能力大的发电机等要过载能力大的发电机等,从而使风力机在各种工况下从而使风力机在各种工况下(起起 动、正常运转、停机动、正常运转、停机)按最佳参数运行。当然，它的缺点按最佳参数运行。当然，它的缺点 是需要有一套比较复杂的变距调节结构。是需要有一套比较复

11、杂的变距调节结构。 定桨距和变桨距的比较定桨距和变桨距的比较 变桨控制系统介绍 新誉 10 类别类别定桨距定桨距变桨距变桨距 风速变化风速变化不变桨不变桨可以变桨可以变桨 效率效率低低高高 调节风能吸调节风能吸 收的方法收的方法 叶片本身的气动性能叶片本身的气动性能变桨变桨 成本成本低低高高 维护维护简单简单复杂复杂 桨叶与轮毂桨叶与轮毂 的链接的链接 固定固定 的的 可旋转的可旋转的 性能性能低低高高 单机容量单机容量中小容量中小容量大容量大容量 复杂性复杂性简单简单控制复杂控制复杂 定桨距和变桨距的比较定桨距和变桨距的比较 变桨控制系统介绍 新誉 11 统一变桨统一变桨 机组所有桨叶都由一

12、个执行机构驱动，或者三个执行机组所有桨叶都由一个执行机构驱动，或者三个执行 机构同时驱动机构同时驱动,桨叶节距角变化相同。多采用液压方桨叶节距角变化相同。多采用液压方 式式 。 独立变桨独立变桨 每个桨叶都由独立的变桨距执行机构驱动。一个变桨每个桨叶都由独立的变桨距执行机构驱动。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执行结构出现故障，其它两个桨叶仍能调节桨叶节 距角。多采用电变桨。距角。多采用电变桨。 变桨系统的分类变桨系统的分类 按工作方式分类按工作方式分类 变桨控制系统介绍 新誉 12 电动变桨电动变桨 直流伺服直流伺服 起动力矩大起动力矩大 无级调速无级调速,低速性能

13、好低速性能好 不允许空载运行不允许空载运行,电机有碳刷电机有碳刷,维修困难维修困难 加后备电池比较方便加后备电池比较方便 交流伺服交流伺服 电机结构简单维修工作量小电机结构简单维修工作量小 备用电源系统复杂备用电源系统复杂,需要添加需要添加UPS或者逆变器等系统或者逆变器等系统 变桨系统的分类变桨系统的分类 变桨控制系统介绍 新誉 13 变桨系统是风机的重要组成部分。它作为风力发电控变桨系统是风机的重要组成部分。它作为风力发电控 制系统的外环，在风力发电机组的控制中起着十分重制系统的外环，在风力发电机组的控制中起着十分重 要的作用。它依据主控的发出的命令控制风力发电机要的作用。它依据主控的发出

14、的命令控制风力发电机 组的叶片节距角随风速的大小进行自动调节组的叶片节距角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；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，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。使发电机功率输出保持稳定。 新誉新誉1.5MW双馈风力发电机组变桨控制系统概述双馈风力发电机组变桨控制系统概述 变桨控制系统介绍 新誉 1

15、4 变桨控制系统工作原理：变桨控制系统工作原理： 新誉新誉1.5MW双馈风力发电机组变桨控制系统概述双馈风力发电机组变桨控制系统概述 变桨控制器的功能变桨控制器的功能 (巴赫曼巴赫曼 PLC) 变桨控制器变桨控制器 采用采用CANOPEN经过滑环同风机控制器通讯经过滑环同风机控制器通讯 3模拟量模拟量给给3个轴箱作为速度控制信号个轴箱作为速度控制信号 3个叶片绝对值编码器信号个叶片绝对值编码器信号 监控的数字信号监控的数字信号 3个变桨电机绝对值编码器信号个变桨电机绝对值编码器信号 3路刹车释放信号路刹车释放信号 PT 100 模拟输入模拟输入轴箱电流监控轴箱电流监控 充电控制接触器充电控制接

16、触器 电池电压监控电池电压监控 接受风机控制器的命令，反馈变桨控接受风机控制器的命令，反馈变桨控 制系统的信息制系统的信息 叶片控制 备用电源 变桨控制系统介绍 新誉 15 变桨系统组成变桨系统组成 变桨电机变桨电机 变桨控制箱变桨控制箱 变桨控制器变桨控制器 高性能的巴哈曼高性能的巴哈曼PLC 备用电源管理系统备用电源管理系统 轴箱轴箱 变桨电机驱动器变桨电机驱动器 电压检测系统电压检测系统 蓄电池箱蓄电池箱 蓄电池组蓄电池组 变桨控制系统介绍 新誉 16 变桨系统组成变桨系统组成 变桨控制系统介绍 新誉 17 变桨系统组成变桨系统组成 变桨控制系统介绍 新誉 18 Brake (fail

17、safe) Separately driven fan Tachometer Absolute encoder 分散的冷却风扇分散的冷却风扇 法兰盘法兰盘 轴轴 / 电枢电枢 接线盒接线盒 Direct current motor including the following features: 刹车制动器刹车制动器 测速机测速机r 绝对值编码器绝对值编码器 定子定子r 变桨电机结构变桨电机结构 变桨系统组成变桨系统组成-驱动系统驱动系统 变桨控制系统介绍 新誉 19 变桨系统组成变桨系统组成-驱动系统驱动系统 备用电源备用电源 轴箱 蓄电池箱 变桨控制系统介绍 新誉 20 变桨系统连线示意

18、图变桨系统连线示意图 变桨控制系统介绍 新誉 21 变桨系统驱动系统位置结构示意图变桨系统驱动系统位置结构示意图 变桨控制系统介绍 新誉 22 变桨系统位置检测示意图变桨系统位置检测示意图 变桨控制系统介绍 新誉 23 当风电机组达到运行条件时，控制系统命令变桨系当风电机组达到运行条件时，控制系统命令变桨系 统将桨距角调到统将桨距角调到 45，当转速达到一定时，再调节，当转速达到一定时，再调节 到到 0，直到风力机达到额定转速并网发电；，直到风力机达到额定转速并网发电； 在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距 角保持在角保持在 0位置不变，不作

19、任何调节；位置不变，不作任何调节； 当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根 据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的 输出功率保持在额定功率输出功率保持在额定功率 变桨系统调节叶片的方法变桨系统调节叶片的方法 变桨控制系统介绍 新誉 24 运行环境温度运行环境温度-30 -30 +40+40 保存温度保存温度-40 -40 +50+50 海拔海拔不大于不大于20002000米米 供电供电3 3400V+N+PE (TN- S) UPSL+UPSN400V+N+PE (TN- S) UPSL+UPS

20、N 柜体防护等级柜体防护等级IP54IP54 电机防护等级电机防护等级IP64IP64 备用电源备用电源蓄电池蓄电池 变桨调速齿轮变比变桨调速齿轮变比109/132109/132 编码器编码器绝对值编码器绝对值编码器 齿比齿比109/132/168109/132/168 电机冷却方式电机冷却方式自然冷却自然冷却 驱动器冷却方式驱动器冷却方式自然冷却自然冷却 变桨速度变桨速度通过通讯接收主控命令通过通讯接收主控命令 变桨控制系统介绍变桨控制系统介绍 主要参数主要参数 变桨控制系统介绍 新誉 25 慢速慢速1 1/S/S 快速快速8 8/S/S 电气可控收桨电气可控收桨1010/S/S 电池紧急收

21、桨电池紧急收桨1515/S/S 低电压穿越描述低电压穿越描述3 3秒秒 变桨驱动类型变桨驱动类型额定转矩额定转矩 额定转矩额定转矩20NM20NM 极端变桨载荷极端变桨载荷48NM48NM 直流电机直流电机额定功率额定功率 5.0KW 0-2410rpm 250V 5.0KW 0-2410rpm 250V 抱闸制动力矩抱闸制动力矩100NM100NM 重量重量65Kg65Kg 通讯模式通讯模式CanOpenCanOpen 变桨控制系统介绍变桨控制系统介绍 主要参数主要参数 变桨控制系统介绍 新誉 26 1.额定输出功率额定输出功率 7.5KW 2.额定输出电流额定输出电流 24A 3.额定输出

22、电压额定输出电压 30-400V(AC) 4.输入电压输入电压 3AC380V(2510) 5.过载能力过载能力 43A/30 秒秒 6.冷却方式冷却方式 散热器外置自然冷却散热器外置自然冷却 7.防护等级防护等级 IP24 或更高或更高 8.环境温度环境温度 2540 9.制动电阻制动电阻 外加外加 10.配置现场总线配置现场总线CAN 总线总线 11.保护功能保护功能 电机三相短路保护过载保护电源电机三相短路保护过载保护电源 过压保护电源欠压保护电机超速过压保护电源欠压保护电机超速 保护等保护等. 变桨系统伺服驱动性能指标变桨系统伺服驱动性能指标 变桨控制系统介绍 新誉 27 变桨系统硬件

23、配置变桨系统硬件配置 变桨控制系统介绍 新誉 28 变桨系统硬件配置变桨系统硬件配置 变桨控制系统介绍 新誉 29 变桨系统硬件配置变桨系统硬件配置 变桨控制系统介绍 新誉 30 变桨系统硬件配置变桨系统硬件配置 变桨控制系统介绍 新誉 31 变桨系统硬件配置变桨系统硬件配置 变桨控制系统介绍 新誉 32 变桨系统轴叶片驱动电路原理图变桨系统轴叶片驱动电路原理图 变桨控制系统介绍 新誉 33 变桨系统配电变桨系统配电 变桨控制系统介绍 新誉 34 变桨系统维护变桨系统维护 特点：特点： 1.主控拥有友好的智能诊断系统主控拥有友好的智能诊断系统 2.主控友好的人机界面诊断工具主控友好的人机界面诊

24、断工具 变桨控制系统介绍 新誉 35 变桨系统维护变桨系统维护 充电器充电器7A1： 充电器用于对变桨系统的蓄电池进行充电，并对充电状态进行监控。充电器用于对变桨系统的蓄电池进行充电，并对充电状态进行监控。 充电器有三个状态指示灯及两个状态输出触点。充电器有三个状态指示灯及两个状态输出触点。 “SENSOR OK”为充电传感器状态指示：灯亮正常；灯灭故障，充电传为充电传感器状态指示：灯亮正常；灯灭故障，充电传 感器回路短路或开路，正常应为感器回路短路或开路，正常应为35k左右。左右。 “UV/OV OK”为输入电压指示：灯亮正常；灯灭故障，输入电源电压低为输入电压指示：灯亮正常；灯灭故障，输入

25、电源电压低 于于180V或高于或高于270V。同时输出状态触点，触摸屏报警信号为。同时输出状态触点，触摸屏报警信号为Charger Voltage Ok Error 。 “BATT/MAINS OK”为充电输出电压指示：灯亮正常，浮充电状态；灯为充电输出电压指示：灯亮正常，浮充电状态；灯 灭电压低于灭电压低于200V处于充电状态或高于处于充电状态或高于255V。同时输出状态触点，触摸屏。同时输出状态触点，触摸屏 报警信号报警信号Charger Battery And Mains Ok Error。 充电器对三个蓄电池箱定时轮流充电，充电切换周期为充电器对三个蓄电池箱定时轮流充电，充电切换周期为

26、15分钟分钟*3。 充电器内有高压电容，断电充电器内有高压电容，断电2分钟后才允许拆卸，不允许接触充电器的接分钟后才允许拆卸，不允许接触充电器的接 线端子，防止点击。线端子，防止点击。 变桨控制系统介绍 新誉 36 变桨系统维护变桨系统维护 编码器：编码器： 将位置信号转换为二进制数字量信号。将位置信号转换为二进制数字量信号。 一个分辨率为一个分辨率为12*12的编码器，转的编码器，转4096圈即为一个循环，每圈即为一个循环，每 圈对应圈对应4096个位置。个位置。 计算可得变桨桨叶转计算可得变桨桨叶转4圈编码器转圈编码器转4096圈为一个循环。圈为一个循环。 编码器属于精密光电设备，在运输和

27、安装过程中不能发生任编码器属于精密光电设备，在运输和安装过程中不能发生任 何剧烈的撞击，在安装、拆卸的时候，严禁使用榔头等设备何剧烈的撞击，在安装、拆卸的时候，严禁使用榔头等设备 对编码器进行敲打，或者使用扳手等设备强力拆卸，这样会对编码器进行敲打，或者使用扳手等设备强力拆卸，这样会 造成编码器损坏。造成编码器损坏。 测速发电机反馈：测速发电机反馈： 15V/1000转，转，2500转时为转时为37.5V。 变桨控制系统介绍 新誉 37 变桨系统维护变桨系统维护 温度传感器温度传感器PT100： 温度为温度为0时传感器电阻为时传感器电阻为100，常温，常温25时为时为110，温度越高电阻值，温

28、度越高电阻值 越大，电阻值低于越大，电阻值低于80或大于或大于130，短路或断路均为异常表现。，短路或断路均为异常表现。 变桨控制系统介绍 新誉 38 变桨系统维护变桨系统维护 加热控制：加热控制： 只有在变桨控制箱内温度达到一定值才允许启动变桨只有在变桨控制箱内温度达到一定值才允许启动变桨 当当T60min； 当当5T15，不加热，延时动作，总时间，不加热，延时动作，总时间=60min。 只要交流只要交流230V即轮毂即轮毂400V不断电，不会再启动延时。不断电，不会再启动延时。 变桨控制系统介绍 新誉 39 变桨系统维护变桨系统维护 监视继电器监视继电器2A1： 检测变桨系统输入三相电源电

29、压及相序。检测变桨系统输入三相电源电压及相序。 第三个灯绿灯亮，三相电源正常；第三个灯绿灯亮，三相电源正常； 第一个红灯亮为电源过电压，电压第一个红灯亮为电源过电压，电压480V； 第二个红灯亮为电源欠电压，电压第二个红灯亮为电源欠电压，电压320V； 第一个红灯亮，第二个红灯闪烁为三相电源缺相；第一个红灯亮，第二个红灯闪烁为三相电源缺相； 两个红灯交替闪烁为三相电源相序不正确。两个红灯交替闪烁为三相电源相序不正确。 变桨控制系统介绍 新誉 40 变桨系统维护变桨系统维护 超速监控器超速监控器9A1： 监控变桨监控变桨PLC状态状态 SP1:0.5 HZ 动作点动作点 HY1:5.0 输出迟滞输出迟滞 ST1:0.0 启动延时启动延时 DT1:0.0 输出延时输出延时 FT1:0.0 输出持续时间输出持续