2MW变桨系统简介

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超级电容储能低压交流驱动变桨系统企业概述

重庆华渝电气仪表总厂隶属于中国船舶重工集团公司，位于重庆市渝北区龙山路68号。工厂占地面积300多亩,建筑面积20万平方米,资产总额5.3亿,在职员工1800多人,工程技术人员660多人,拥有国内外先进生产检测设备1500多台(套)。具有雄厚的产品开发和生产制造能力，是中船重工集团所属的国内规模最大,实力最强的舰船仪器仪表配套生产基地，是国家“十五”及“十一五”高新工程项目定点研发生产企业。重庆华渝电气仪表总厂从2006年开始参与海装公司风电项目的技术引进和国产化生产制造,2008年完成850KW风电机组试制，2009年完成850KW风电机组控制系统,变桨系统、变流器、机舱、主轴、轴承座等关键零部件的国产化研制配套。2010年引进ATECH2MW超级电容变桨系统，形成300套/年的批量生产配套能力。同时相继研发了2.5MW，3MW，5MW等各种功率类型的变桨系统。变桨系统组成结构

ATECH变桨系统采用3柜结构，主要由变桨控制柜、驱动电机、位置传感器、限位开关等组成。图1：HYP2.0-LT型变桨系统图图2：HYP2.0-LT型变桨系统控制柜内部图变桨系统控制原理

ATECH变桨系统采用三相400VAC独立供电，由电源模块输出DC75V，一方面作驱动器动力，另一方面送超级电容充电，DC/DC电源模块分别为PLC、制动器和继电器供DC24V电源。变桨系统接收主控指令，通过PLC、驱动器和电机驱动桨叶转动，以满足发电机组额定功率输出。核心部件介绍▲电源模块ATECH公司的电源模块是变桨系统的充电部件，它时时将内部状态传输给变桨控制器。电源模块NG5/-7/-9具体参数如下：电源模块外形型号：SG6；输入电压：230VAC（单相）；输入频率：50HZ/60HZ；效率：87%；最低能耗：﹤10Watt；输出：60V33A或75V25A（可切换、可并联使用）；外形尺寸：300mm×220mm×92mm；铝底盘：10mm（冷板散热）；通讯接口：CAN；内置电池消耗电流：﹤0.5mA；工作温度：-40℃～80℃；输出线路短路保护：熔断保护；极性反转保护：熔断保护；充电曲线：可编程（根据需要），带充电电压显示器。▲超级电容器组ATECH变桨系统的超级电容是整套变桨系统的储能核心。超级电容组的具体参数如下：超级电容外形型号：BMOD0094E075B02；额定电容：94.0F(0～20%)；额定工作电压：75V；最大工作电压：86V；浪涌电压：90V；耐压：DC2500V；最大持续电流：50A；漏电流：150mA(25℃，72小时后)；短路电流：4800A；功率：总能量73.2Wh；等效内阻：12.5mΩ；工作温度：-40℃~+65℃；存储温度：-40℃~+70℃；循环周期大于1,000,000次；寿命：150,000h；外形尺寸：515×263×211(mm)；重量：25Kg；温度监控功能；防潮、防尘、防振动等级符合IP54和SAEJ2380技术规范。▲驱动模块ATECH变桨系统驱动模块是设计生产的先进成熟产品。AC系列驱动器内置了编程芯片，可以通过专用软件或专用工具，方便地设置参数，监测各种状态。变桨驱动器外形型号：AC-2；电源：72V/80V；最大电流：（72V/80V）400A；持续输出功率：（48V）6500W；环境温度范围：-30℃～+50℃；防护等级：IP54；数字输入：9路；模拟输入：3路；编码器接口：1个；输出：2路；内置：16位微处理器/Flash，CAN接口/串口。▲低压驱动电机ATECH的变桨低压驱动电机可以有多种类型：交流电机、直流电机和同步电机；海装2MW风电机组采用异步电机。变桨电机外形(48kg)异步电机：75V/6.0KW；电机尺寸：132（中心高）；额定转矩：40Nm（1500rpm）；最大转矩：120Nm；制动转矩：100Nm；工作电流：160A；工作电压：3×33V；工作模式：S2=60S；防护等级：IP54/IP65；法兰：B5SpezA250；轴：28×60mm；温度传感器：PT100+KTY83；编码器：512位SSI绝对值编码器；制动器电源：24V/2A。变桨系统主要特点

▲采用超级电容后备电源目前众多变桨后备电源采用蓄电池，其主要优点是货源广，成本低廉，缺点是充放电参数、使用环境温度对蓄电池的使用性能和寿命影响很大，一般实际使用只有2-3年。ATECH变桨系统采用超级电容的优点：

◎使用寿命长：

ATECH变桨系统采用超级电容，解决了蓄电池性能和寿命受充放电参数和环境温度影响的弊端，寿命可长达15年，降低了用户维护成本；◎充电时间短：ATECH采用超级电容器充满电时间只需几分钟，在风场掉电恢复后，几分钟可以启动发电。大大提高了发电量(2兆瓦风机能够多发电2000*5=10000千瓦时，一次停电可为风场减少0.55*10000=5500元的损失)；◎低压穿越能力强：ATECH变桨系统的超级电容器与直流母线直接连接，因此在电网出现低压时，可无间隙的给变桨系统提供电源，实现低压穿越时间可达到20S以上；◎体积小、重量轻：ATECH变桨超级电容外形为515×263×211（mm）,重量25Kg，直接安装在变桨控制柜内，系统可以减少3个电池柜和相应的重量；◎安装维护方便：ATECH变桨超级电容用4只螺栓安装在变桨控制柜内，用单导线通过螺栓连接正负极，安装维护十分方更。目前众多变桨系统采用3×400VAC相应等级的驱动电源及驱动电机,其主要优点是技术通用、成本相对较低，缺点是气压变化(高原使用)对绝缘强度和人员安全影响较大。ATECH变桨系统采用低电压的优点：▲采用低电压驱动技术◎提高了后备电源可靠性：ATECH变桨系统直流母线电压75V，是其它变桨系统电压的1/3或更低，其后备电源串联个体数将减少3倍以上，电压失衡、恶性击穿、故障等几率大大减小，可靠性得到提高；◎很小海拔升高对系统的影响：ATECH变桨驱动采用低电压，其绝缘强度及系统性能受气压影响很小，可以满足不同海拔（0～5000m）使用环境要求；◎使用更安全：ATECH变桨驱动电机输出最高电压为3×36VAC，在国家安全用电标准范围内，操作维护人员误触电时，不会造成人生安全；◎低压驱动技术成熟：ATECH一直从事低压驱动，其低压驱动技术成熟，也正是ATECH的技术优势。▲采用Cold-plate冷板技术目前众多变桨系统均采用强迫风冷，用风扇将控制柜内的热量带出，其空气对流无法实现柜体密封，防护等级低、环境适应能力相对较差。冷板散热优点：◎散热件使用可靠：ATECH变桨系统散热件采用铝合金材料，散热效果好，强度高，抗冲击、振动、防潮湿及防盐雾的能力强，使用安全可靠；◎全面提高控制柜防护等级：ATECH变桨系统采用冷板技术后不锈钢柜体全密封，防护等级达到IP65，防砂、防尘、防潮湿及防盐雾的能力全面提高，提高了系统运行的稳定性和可靠性；▲采用模块化技术

ATECH变桨系统的电源、驱动器、超级电容等关键部件模块化，是目前最前沿的变桨技术方案。模块化的主要优点：◎环境适应能力强：ATECH变桨系统模块化，将有关元器件二次集成固化，密封性和抗冲击振动能力提高，系统工作的稳定性和可靠性高；◎线路简单、维护方便：ATECH变桨系统模块化，简化了线路结构，变桨控制器通过CANBUS与电源模块、驱动模块实现实时通讯，监测模块参数和状态，非常便于故障诊断，用户使用维护方便；◎体积小、结构紧凑：ATECH变桨系统模块化，大大减小了变桨系统的体积，有助变桨系统3柜结构的实现；◎适应范围广：ATECH的变桨系统通过选择相应的模块，可以很方便的实现不同功率（1～6MW）风力发电机组的组合使用要求，其通用化和系列化强。▲采用冗余设计技术

ATECH变桨系统驱动器、电机等关键部件均采用了富裕量很大的冗余设计，特别是变桨驱动器的最大电流达到实际使用的最大电流的2.5倍。◎提高了变桨的瞬时驱动能力：2MW风电机组最大转矩一般为90NM，ATECH变桨系统电机最大转矩达到120NM，提高了变桨的瞬时驱动能力；◎提高了使用的可靠性：ATECH变桨电机最大力矩需要的驱动电流约160A,而变桨驱动器最大输出电流为400A，其使用余度达到2.5倍，确保了使用的可靠性；▲采用了多种保护

ATECH变桨系统电源进线与驱动回路、驱动回路与PLC及其它元件之间均采用电气隔离，基本杜绝了外部电网窜入变桨系统造成伤害的可能。◎模块检测保护：电源模块、超级电容、驱动模块等关键部件的温度、电流、电压进行全面检测保护；◎电机检测保护：驱动电机温度、电流、电压、转速、转矩等检测保护,提高了电机的检测保护能力；◎电源及信号进线浪涌保护：ATECH变桨系统在3×400VAC电源线及其它信号进线全部加装了浪涌保护装置，减少了雷电等过电压的损害；◎防雷击测试认证：ATECH变桨系统进行过多次欧洲实验室的防雷击测试，在20万安培、9万五千伏的直击雷测试过程中，ATECH变桨系统仍然能够正常工作不停机。系统工作模式

▲正常工作模式：当风速大于12m/s小于25m/s时，系统根据主控制器命令驱动桨叶变桨（一般在0°～30°之间），使发电机转速相对恒定在额定转速附近，达到控制最大功率不超过2MW。▲正常停机模式：系统根据主控制器命令使叶片转动到89°位置机组停机。▲紧急停机模式：在PLC和编码器工作正常情况下，变桨系统根据主控命令使叶片转到89°位置。本地PLC或编码器工作不正常时，由变桨驱动器直接驱动桨叶顺桨，直到触发96°限位开关。▲维护模式：维护模式下开启手动开关，可以控制桨叶前进或后退。对一个桨叶进行操作时，其余两个桨叶必须都在89°位置。系统技术性能

▲最大驱动力矩：120Nm；▲制动力矩：100Nm；▲低速变桨：5°/S；▲正常顺桨角度：89°；▲变桨校验角度：3°、88°；▲变桨极限角度：96°；▲储能顺桨：连续3次；▲供电电源：3×400VAC、22A；▲绝缘电阻：常态不低于20MΩ、热态不低于1MΩ；▲重量：变桨控制柜158kg、变桨电机48kg；▲防护等级：变桨控制柜IP65、电机IP54；▲使用寿命：20年。系统使用环境▲电磁兼容：符合EN61800-3要求；▲承受外力：100kg集中负荷和人重200kg负荷；▲振动：符合EN60068-2要求；▲最大转动加速度：0.5rad/s2；▲最大速度：19.8rmp；▲每年低于-20℃的天数：50天；▲停机时环境温度变化范围：-40℃～+50℃；▲运行时环境温度变化范围：-30℃～+40℃；▲平均环境温度：-5℃；▲沙暴天气：有（＜27天／年）；▲平均湿度：70%；▲海拔：3000m。系统配置组合

ATECH变桨系统通过模块组合，可以满足不同风力发电机组的变桨使用要求，其已有的配套解决方案如下。风机型号电源模块变频器模块电容器组电机1.5MW2*SG660V33AAC2400A4组16V60VAC4-5KW2～2.5MW2-3*SG675V25AAC2450A1组75V75VAC6-9KW3MWNG9100V85AAC3600A7组16V100VAC8-10KW5MW