SSB变桨系统调试方案设计

编制：编制：校对：审核：目录一、变桨系统内部试验 11.1正常变桨试验 11.2紧急停机试验 21.3变桨速度和方向的试验 31.3.1信号点检测 31.3.2故障信号灯 4二、变桨系统与主控联调 42.1启动状态 42.2自我测试 52.3正常操作状态 62.4正常停机状态 72.5紧急停机状态 8三、变桨系统通信协议 83.1通信数据格式 83.2功能列表 93.2.1读取目前数据（01h） 93.2.2发送操作数据（02h） 103.2.3读取参数（30h） 113.2.4发送参数（31h、32h） 113.2.5读取故障（50h） 123.2.6发送设定位置值（96h） 12变桨系统试验方案设计变速恒频风力发电机组风轮转速伴随风速的变化而变化，可以更有效地运用风能，并且通过变速恒频技术可得到恒定频率的电能。风力机组由于在额定风速以上工况，风力机有也许受到很大的静态或动态冲击。变桨距机构的重要功能就是在额定风速附近(以上)，根据风速的变化随时调整桨叶的节距角，控制吸取的机械能，首先保证获取最大的能量同步减少风力对风力机的冲击。在并网过程中,变桨距控制还可实现迅速无冲击并网，最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。本系统采用SSB企业生产的电动式变桨系统，此系统的调试重要提成两个部分进行，第一部分重要测试变桨系统自身运行的对的性，第二部分通过主控与变桨系统进行系统联调。一、变桨系统内部试验针对变桨系统的调试采用的是调试软件和硬件调试相结合的方式，从而保证变桨系统自身运行正常。1.1正常变桨试验正常变桨的试验是通过调试软件调整变桨速度和节距角来观测电机的运转状况。下面分别简介调试软件以及调试环节。调试界面重要提成七个部分，下面对其每个部分作简要简介：1）、界面第一行左侧的模块中，A1…B3显示的是实际的变桨节距角，A-B的功能是使能A或B的编码器。右侧是Cal是校对变桨角度，其左右两侧有快捷键高速和低速分别变桨至零度和90度；2）、界面第一行右侧是显示Profibus与否正常的状态信号；3）、界面第二行左侧显示的是数字输入E2、E3、E4，每个9个IO，从低位到高位分别对应的信号是：地、变换器准备就绪、电机保护、温控、蓄电箱充电完毕、限位开关信号（91和95）、充电模块过压信号；4）、界面第二行中部显示的模拟输入包括电枢电流和PT100；5）、界面第二行右侧显示的是每个桨叶的状态以及PLC的状态；6）、界面最下面一行重要调整的是变桨的速度和节距角，同步下面尚有固定值的快捷键操作；其右侧功能相似，只是需要手动填写详细的数值。图1调试软件界面安装完调试软件后，进行通信线的连结，查看通信状态与否正常。然后设置变桨角度和速度，启动之后电机运行，观测实际的变桨角度、电流值、温度等值，与否处在正常状态。1.2紧急停机试验系统失电、安全链断开等重大故障状况下，风力机的主控通过滑环发出紧急停机命令，详细停机的过程是在轴箱的接触器控制下完毕的。轴箱中起到关键控制作用的有主接触器5K1、正常变桨的刹车接触器5K2、网侧供电电机和24V供电DGNR的接触器5K3、蓄电池供电电机的接触器6K1（与5K3形成自锁）、蓄电池供电的刹车接触器6K2（与5K2形成自锁）、限位开关91的反馈信号的接触器6K3。下面对紧急停机的详细操作环节进行论述：1）、系统运行正常状况下，EFC为高电平，本系统通过安全链KL2904输出，安全链正常状况时，对应的KL2904的线圈吸合，对应的反馈触点闭合直接拉高EFC。这样正常供电通路，但RFG未启动导致晶闸管没有触发信号，电机不工作，直到通过操作显示屏或者主控通信，最终变桨系统的PLC拉高RFG，电机动作；2）、系统出现故障，EFC为低电平，主接触器5K1线圈失电，5K3线圈失电5K1、5K3的常闭触点闭合（5K1/31、5K3/1），蓄电池供电给接触器6K2，其线圈得电导致6K1线圈得电，6K1的常开触点闭合直接供电（晶闸管未参与工作，不必启动RFG）；3）、电机运行，顺桨动作启动，此时蓄电池供电刹车松闸，变桨运行至节距角为91度时，限位开关动作，蓄电池停止供电，刹车抱闸；4）、91度限位开关信号通过滑环反馈给主控，收到信号后，主控通过置位旁路限位开关管脚，发出高电平，即机舱柜按键按下，主接触器5K1得电，5K1的常闭触点打开，蓄电池箱供电通道断开，同步手动变桨，恢复不不小于91度位置，整个紧急停机的过程中变桨系统的控制器是不参与工作的。1.3变桨速度和方向的试验本系统的伺服驱动是通过晶闸管整流驱动直流电机实现的，这样变桨速度重要取决于晶闸管的触发脉冲，即调整相位控制角，从而调整其电压值，进而控制变桨速度。此控制过程中，测速电机形成速度环，从而提高变桨速度的精度。而变桨的方向则取决于X10的端子的选择使能，其选择方式则由极性控制模块产生。1.3.1信号点检测1）、CPI：变桨控制器模拟输出电压值即对应的速度设定值，正常区间为-10V...+10V，速度增长，电压值也随之增长；2）、CP3：测速电机反馈值对应的电压值，正常区间为-10V...+10V，同样速度增长，电压值也随之增长，跟随CPI的变化方向；3）、CP4：速度控制器输出值，正常区间为-10V...+10V，根据其值调整对应的相位控制角，应逐渐变小；4）、CP15：反应的是实际的电流值，正常区间为0...10V,速度越大，电流值越大，形成电流环；5）、CP8：极性控制电压值，正常区间为0...8.6V，随电机正反向电平不一样。1.3.2故障信号灯1）、D19：L1、L2、L3相序不对的或者缺一相位-〉检测相序，额外主熔断丝和内部的供电单元的熔断丝；2）、D21：相序和相位的看门狗、测速电机、励磁电流失败；3）、D20：控制其未使能或者看门狗未使能；4）、D18：电流限制未作用、电枢电路开路、触发角极性控制未对的调整。二、变桨系统与主控联调本机控制系统重要包括八个工作状态（控制大纲中为八个，实际上为六个状态），每个状态都波及到与变桨系统的调试，因此下面分别进行论述。2.1启动状态当风速不小于3m/s且不不小于20m/s，高于故障等级1的故障未出现，机舱位置偏差值不不小于8度以及与上次启动时间300s等状况同步保证，系统进入启动状态。首先在满足一定条件下执行的是自我测试的过程，然后控制发电机、齿轮箱、控制面板等温度使其满足条件，变桨系统从位置90度启动变桨，为防止高风速以5度/秒变桨。这样，当叶轮到达启动速度9.7rpm，变流器并网，进而进入正常操作状态。图2启动状态流程图2.2自我测试自我测试的操作过程是在启动状态中完毕的，同步规定风速不不小于10m/s，并且启动时间间隔不小于300s，机舱位置偏差值不不小于8度，当然假如掉网再启动的状况下也可以进入测试状态。测试过程中，刹车系统打开，变桨至70度，此期间检测叶轮刹车与否滑动。然后通过蓄电池供电变桨至91度，运行过程中监测蓄电池状态，假如抵达位置时间超过3.3秒触发故障，系统退出测试状态。假如没有故障，通过电网供电变桨至70度，运行期间检测位置传感器的精度，根据风向标的数值检测叶轮速度，最终桨叶答复到90度。详细的运行过程请见下图。图3自我测试流程图2.3正常操作状态启动过程结束，发电机成功完毕并网，此时进入正常操作状态下。看门狗、偏航、变桨和转矩控制所有使能。假如近来24小时内没有超过15度的变桨运行以及风速不不小于25m/s启动变桨。这里节距角是最关键的，它是由变桨环确立的，请看下图。图4变桨环流程图上图中发电机实际转速、发电机的额定转速、采集的变桨位置、风速作为PI控制器的输入量，变桨位置变化值为控制器的输出量，发电机速度滤波器采用的是陷波滤波器，风速滤波器采用的是一阶低通滤波器。变桨PI控制器的体现式如下：y=Kp/G(i)(x-x0)+(dT/2)Kq/G(i)(x+x0)x=w-w0这里：Kp为比例增益;G非线性增益因子;i为变桨位置;dT为单位时间间隔;Kq积分增益;w为实际的发电机的转速;w0为发电机额定转速；y为变桨变化值2.4正常停机状态故障等级2对应的故障出现时触发使系统进入正常停机状态，此时变桨系统动作，变桨速度为5度/秒，变桨至90度。变桨过程中叶轮转速到达一定值时发电机脱网，此过程刹车并未参与，详细的过程详见下图。图5正常停机流程图2.5紧急停机状态高故障等级对应的故障、安全链断开、紧急停机等状况出现时，系统进入紧急停机状态。此时，变桨系统由蓄电池供电，变桨速度为pitch-speed_3，变桨至91度。变桨过程中，变流器迅速脱网，刹车系统在转子速度为5rpm启动。整个变桨过程是完全脱离变桨主控制器完毕的，详细的过程详见下图。图6紧急停机流程图三、变桨系统通信协议变桨系统通过PROFIBUS_DP与主控进行通信，本文从通信数据格式和功能列表两方面进行论述。3.1通信数据格式首先通过表格的形式对数据格式进行简介：表1通信数据格式这里发送是指主控向变桨系统发送命令和设定值，接受是指主控得到变桨系统的反馈值。事件字节的作用是启动新的数据通信祈求，计数字节是指数据块的总的字节数，功能字节指的是对应的详细功能的数字代号，数据字节对应的是命令数据和通信数据。从上面的数据表格可以看出整个数据包至少为3个字节，最多可为64字节。主控就是以此数据格式对变桨系统实现控制的，下面对详细怎样实现进行论述。3.2功能列表功能列表重要包括器件功能和变桨功能两个方面，器件功能重要是读写数据、读写参数、读故障信息以及参数错误等，而变桨功能是变桨系统的启动时对应的位置和速度信号，下面针对几种重要的功能进行详细的论述。3.2.1读取目前数据（01h）器件功能01h为读取目前数据的命令，下表为其发送和接受的格式：表2读取目前数据格式计数字节是指整个数据包的字节数，即计数自身为一种字节，类型、启动、数量又各占一种字节共五个字节。功能字节是指读取目前数据，可以理解为实现的命令；类型是指详细数据的含义，可以理解为变桨系统中PLC的内部局部变量；起始字节标注的是序号（01h…06h），是指要读取序号之后一定数量的变量值；数量与启动字节是对应的，读取详细的数量取决于此字节。举例阐明见下表：表3读取速度设定值（04h）上表的含义：发送读取速度设定值的命令，规定是Axis2-Axis4对应的速度设定值，然后接受12字节速度设定值的数据。这里详细的简介重要类型的含义：00h=实际反馈值（4字节）；01h=设定值（4字节）；04h=速度设定值（4字节）；05h=设定和反馈差值（4字节）；41h=电压值（2字节）；61h=Unit的操作状态（1字节）；62h=Axis的操作状态（1字节）。a)、下表为Unit的操作状态（1字节）详细对应的含义见下表：表4Unit的操作状态（61h）b)、下表为Axis的操作状态（1字节）详细对应的含义见下表：表5Axis的操作状态（62h）3.2.2发送操作数据（02h）器件功能02h为发送操作数据的命令，下表为其发送和接受的格式：表6写入操作数据上表中类型重要包括保留类型（60h）、Unit的操作状态（61h）、Axis的操作状态（62h）、校对（96h），数值字节是每对应一种Axis一种字节数据。现分别简介功能61h和62h。a)、下表为Unit的操作状态（1字节）详细对应的含义见下表：表7Unit的操作状态（61h）b)、下表为Axis的操作状态（1字节）详细对应的含义见下表：表8Axis的操作状态（62h）3.2.3读取参数（30h）本功能命令是读取系统参数和变桨参数，对应的命令格式见下表：表9读取参数上表中范围指的是系统参数和Axis1…Axis6参数对应的字节；系统参数共有30个，Axis参数共有130个，起始字节代表的是要读取参数的起始个数；数量是指要读取参数的个数，接受的参数的数据长度一般为4个字节，最多9个字节同步接受。读取参数时需要注意的是，调用此命令必须保证变桨控制器处在正常操作模式。参数重要是系统参数和变桨参数，系统参数重要包括PLC启、停、默认速率（通过功能9Fh得到设定速度为零）使能、电枢显示比例等，对应详细参数见文档ds12-8230ylbr，桨叶参数详见附录。3.2.4发送参数（31h、32h）发送参数的操作重要包括参数的传递（31h）和传递参数的查对（32h）两个方面。调用此命令的前提条件是变桨控制器处在正常操作模式的停止状态，每个参数同样是4个字节，最多同步发送5个设定参数。首先