金风变桨系统1
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• 中间的插头：Profibus DP现场总线， 2+屏蔽，10VDC；
• 下面的插头：4，400VAC，机舱到百度文库变桨系统的电源
• Profibus DP数据传输速率：6Mbit/s
变桨电机
变桨电机采用交流异步电机，变桨速率由变桨
• 类型：IM3001(3相笼型转子异 电机转速调节（通过逆变器改变供电的频率来
2×1mm2
限位开关
8×1mm2
Encoder旋编
3×1mm2
0°接近开关
电机控制 及信号线
Encoder旋编
3×1mm2
0°接近开关
电机控制 及信号线
Encoder旋编
3×1mm2
0°接近开关
电机控制 及信号线
3.1 变桨系统驱动原理
状态 自动/手动切换
向0度变桨 向90度变桨
手动
控制 状控 态制 信命 息令
步电机)
控制电机的转速）。相比采用直流电机调速的
• 额定功率：4.5kW，1500rpm， 变桨控制系统，在保证调速性能的前提下，避
S2 60min
免了直流电机存在碳刷容易磨损，维护工作量 大、成本增加的缺点。
x9 x8 x6 x7
3×400V AC 供电
4×2.5mm2
DP总线 （3）
x5b x5a x5c Pitchbox3
x9 x8 x6 x7
3×35mm2 Motor 10×1mm2
2×1mm2
限位开关
8×1mm2
3×35mm2 Motor 10×1mm2
2×1mm2
限位开关
8×1mm2
3×35mm2 Motor 10×1mm2
90 0 度度 限接 位近 开开 关关
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。
发电机最大转速点 (w_max=17.3rpm) (扭矩：445530Nm) （功率：807KW）
发电机中间转速点 （w=13.65rpm;功率
=396KW；扭矩 =277364Nm)
2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20
发电机转速 （Ω—rpm）
相同容量的定桨距和变桨距机组功率曲线的对比
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
变桨电机1
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨电机2
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨电机3
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
滑环
连接器
额定风速以上阶段：变速控制器（扭矩控制器）和变 桨控制器同时发挥作用。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。通过变桨调整发电 机的转速,使得其始终跟踪转速设置点。
下图为不同最小桨矩角对应的Cp及λ曲线图
扭矩Nm （Torque）
120,0000
110,0000
100,0000 90,0000
设定扭矩 （Set_torque)
80,0000
70,0000
60,0000
50,0000 发电机最小转速点 （w_min=10rpm)
40,0000 （扭矩=148862Nm） （功率=156KW）
30,0000
20,0000 10,0000
max_torque
额定点 (功率1500KW) (扭矩872100Nm)
金风1.5MW风力发电机组的变桨系统介绍
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
一、变桨系统的机械结构
控制系统
二、变桨距控制的目：
使叶片的攻角在一定范围（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。
四、主要元件的功能原理
变桨超级电容
• 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
Harting连接端子
• 上面的插头：5+屏蔽，24VDC，机 舱到变桨的安全链；
线路连接
滑环
3×2.5mm2
DP总线
安 全
(3)
链
DP总线 (3)
安
DP总线
全
(3)
链
DP总线 (3)
3×400V AC 供电
4×2.5mm2
x5b x5a x10a x10b x5c Pitchbox1 x10c
x9 x8 x6 x7
3×400V AC 供电
4×2.5mm2
x5b x5a x10a x10b x5c Pitchbox2 x10c
Profibus DP
Beckhoff I/O system
电压
DC
温 状控 变
电流
24V
度 态制 桨
电
信号
信 信命 速
机
A10电压/ 电流转换
DC/DC 变换
风扇
号 号令 度 Pt100
温 度
电源开关
DC 60V 开关电源
DC 0V
变桨逆变器
UVW
电
机 刹
变桨电机
车
叶
片
电机
桨
转速
距
反馈
角
旋转编码器
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。
额定风速以下阶段：要实现的主要目标就是让叶轮尽 可能多的吸收风能。
Cp越大,吸收的风能越多。由于额定风速以下风速较小， 因此，此时没有必要变桨，只需要此时将叶片角度设 置为规定的最小桨矩角。
• 下面的插头：4，400VAC，机舱到百度文库变桨系统的电源
• Profibus DP数据传输速率：6Mbit/s
变桨电机
变桨电机采用交流异步电机，变桨速率由变桨
• 类型：IM3001(3相笼型转子异 电机转速调节（通过逆变器改变供电的频率来
2×1mm2
限位开关
8×1mm2
Encoder旋编
3×1mm2
0°接近开关
电机控制 及信号线
Encoder旋编
3×1mm2
0°接近开关
电机控制 及信号线
Encoder旋编
3×1mm2
0°接近开关
电机控制 及信号线
3.1 变桨系统驱动原理
状态 自动/手动切换
向0度变桨 向90度变桨
手动
控制 状控 态制 信命 息令
步电机)
控制电机的转速）。相比采用直流电机调速的
• 额定功率：4.5kW，1500rpm， 变桨控制系统，在保证调速性能的前提下，避
S2 60min
免了直流电机存在碳刷容易磨损，维护工作量 大、成本增加的缺点。
x9 x8 x6 x7
3×400V AC 供电
4×2.5mm2
DP总线 （3）
x5b x5a x5c Pitchbox3
x9 x8 x6 x7
3×35mm2 Motor 10×1mm2
2×1mm2
限位开关
8×1mm2
3×35mm2 Motor 10×1mm2
2×1mm2
限位开关
8×1mm2
3×35mm2 Motor 10×1mm2
90 0 度度 限接 位近 开开 关关
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。
发电机最大转速点 (w_max=17.3rpm) (扭矩：445530Nm) （功率：807KW）
发电机中间转速点 （w=13.65rpm;功率
=396KW；扭矩 =277364Nm)
2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20
发电机转速 （Ω—rpm）
相同容量的定桨距和变桨距机组功率曲线的对比
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
变桨电机1
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨电机2
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
变桨电机3
90度限位开关 0度接近开关
旋转编码器 电磁刹车 动力电源线
变桨柜1
滑环
连接器
额定风速以上阶段：变速控制器（扭矩控制器）和变 桨控制器同时发挥作用。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。通过变桨调整发电 机的转速,使得其始终跟踪转速设置点。
下图为不同最小桨矩角对应的Cp及λ曲线图
扭矩Nm （Torque）
120,0000
110,0000
100,0000 90,0000
设定扭矩 （Set_torque)
80,0000
70,0000
60,0000
50,0000 发电机最小转速点 （w_min=10rpm)
40,0000 （扭矩=148862Nm） （功率=156KW）
30,0000
20,0000 10,0000
max_torque
额定点 (功率1500KW) (扭矩872100Nm)
金风1.5MW风力发电机组的变桨系统介绍
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
一、变桨系统的机械结构
控制系统
二、变桨距控制的目：
使叶片的攻角在一定范围（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。
四、主要元件的功能原理
变桨超级电容
• 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
Harting连接端子
• 上面的插头：5+屏蔽，24VDC，机 舱到变桨的安全链；
线路连接
滑环
3×2.5mm2
DP总线
安 全
(3)
链
DP总线 (3)
安
DP总线
全
(3)
链
DP总线 (3)
3×400V AC 供电
4×2.5mm2
x5b x5a x10a x10b x5c Pitchbox1 x10c
x9 x8 x6 x7
3×400V AC 供电
4×2.5mm2
x5b x5a x10a x10b x5c Pitchbox2 x10c
Profibus DP
Beckhoff I/O system
电压
DC
温 状控 变
电流
24V
度 态制 桨
电
信号
信 信命 速
机
A10电压/ 电流转换
DC/DC 变换
风扇
号 号令 度 Pt100
温 度
电源开关
DC 60V 开关电源
DC 0V
变桨逆变器
UVW
电
机 刹
变桨电机
车
叶
片
电机
桨
转速
距
反馈
角
旋转编码器
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。
额定风速以下阶段：要实现的主要目标就是让叶轮尽 可能多的吸收风能。
Cp越大,吸收的风能越多。由于额定风速以下风速较小， 因此，此时没有必要变桨，只需要此时将叶片角度设 置为规定的最小桨矩角。