风电机组变桨系统分享共28页
(完整版)变桨系统.doc
变桨系统8.1 变桨系统原理整个系统结构如上图所示，包括三个相对独立的变桨轴箱，分别编号为轴箱 A 、轴箱 B 和轴箱 C ，以及与各轴箱连接的伺服电机、位置传感器和限位开关。
每个轴箱单独控制一个桨叶，轴箱与轴箱、轴箱与电机之间通过电缆连接。
电机通过减速箱连接至桨叶法兰齿轮。
电机减速齿轮和法兰齿轮装置为轮毂部件。
系统外部进线经滑环接入系统，其进线有3*400V+N+PE 三相供电电源回路，PROFIBUS-DP通讯回路，其次还有安全链回路。
如图 1 所示。
以上三路由机舱柜引出连接至 A 柜，再由 A 柜连接至 B 柜，B 柜到 C 柜。
三相电源在送入下一轴箱前倒换了相位，以避免各轴箱加热器、电机风扇等单相负载均使用同一相供电而造成三相电源不平衡。
三个轴箱内部布置基本相同，布置详见安装说明，其右侧 A 区安装电容2C1 、2C2、2C3、2C4，四个电容串联接线，以及安装有进线开关1Q1 、 1F2，接线端子 1X1 、 1X2，转换开关6S1、 6S2。
左侧底部 B 区安装电源管理模块 1G1 ，交流伺服驱动器2U1，以及加热器 1E1 。
考虑到 B 区散热需求，功率器件均安装于散热板上。
C 区为控制板， C 板一侧装有合页，作夹层设计安装于 B 区上方， C 板安装有控制PLC，24V 电源 2T1 、2T2，温度控制开关 1S1 ，接线端子排2X1 、 4X1，继电器组以及控制空开2F2 、 2F3、2F4、1F4、1F5。
轴箱背面为外部接线插头，其连接都经过过压保护端子4X1 。
轴箱正面装有系统总开关和模式转换开关。
桨叶的位置由电机内置的光电编码器送出信号至PLC 运算获得。
为了校准和监视桨叶位置，桨叶上装有两只接近开关，一只负责3°~5°桨叶位置监视与校准，另外一只负责90°桨叶位置监视与校准。
正常情况下，桨叶运行区间为0°到 89°。
1.5MW风电机组变桨系统(SSB) PPT
六、常见故障分析处理
故障现象
原因解释
解决办法
（pitch angle diff) 变桨角度 有差异
(Blade angle discrepan) 叶片角度不符合要求
主控界面检查A 、B 编码器是否同步 ，B编码器固定螺丝松 动，A编码器连轴器螺丝松动。
（pitch endstop switch)变桨限 位开关故障
（pitch 3 current err ) 1#变桨电机无电流测 量
S16 电机无电流测量，电流互感 器坏、L插头问题、EL3112模块 损坏
Slipring 11 是主控系统与变桨系统+24VDC信号传输的零位参考点。
Slipring 13 是主控系统提供给变桨系统的旁路顺桨命令。
Slipring 14，15 由主控系统通过Slipring 14提供给变桨系统+24VDC信号，当变桨系统内部各电控柜之间相关重 载插头连接好后，+24VDC信号才通过Slipring 15传送给主控系统。这就是安全链回路。
230VAC Control voltage、UPS，供电
400V
230V Control voltage
24V
当环境温度低于5度C 时，加热器加热，2K1 不动作。当加热器达 到5度C时，延时继电 器开始计时一小时， 计时完成后2K1动作。 230VAC 控制电压、 UPS电源送入
9
轴柜8K2
温度到达启动要求
充电指示灯
sensor ok—电池箱温度传感器连接正常，
如果没有传感器信号，充电器假定温度
为20度
UV/OV ok—电池电压正常，灯灭时表示
电池欠压（156-166V）或过压（255-
变桨系统
名称
开关电源
型号
ZIVAN
功能及端口定义
功能：将50HZ线电压400V(三相)交流电输入转换为60V直流电输出。 AUX1 C\AUX1 NO=开关电源正常输出信号
额定60V/80A
ON/OFF=开关电源工作/停止工作信号 LSENSE 电流检测通道
变频器
SW:AC2T2IFWMF145_HYSO4
3× 400V AC 供电 4× 2.5mm2
x5b x5a x5c
x10a x10b Pitchbox2 x10c x8 x6 x7
3× 400V AC 供电 4× 2.5mm2
x5b x5a x5c Pitchbox3 x9 3× 35mm2 x8 x6 x7
x9 3× 35mm2 2× 1mm
功能：采集超级电容高低电压； X4:4=／X4:3分别采集电容高低60V／30V直流输入电压； X4:5=模块24V电源的接口；X4:9／X4:10=电压检测模拟量输出； X4:11=电流检测模拟量输出
A10自制模块
旋转编码器
1=旋边电源；3/7=正/负向SSI脉冲输入；5=清零端；8/9=速度和位移 反馈；10=反馈旋边工作正常信号；
绝对式旋转编码器GM 400
• 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；
旋转编码器
内部基本结构图
光电转换电路
轴承
安装法兰
光栅码盘
内部基本原理图
绝对位置从码盘上读取，在码盘上，每一位对 应一个码道，每个数位编码器对应一个输出电 路，每一个通道都包含一个光源的接收器，每 圈 (360°) 读数完成后，将重复读数输出。
风电 变桨系统简介
• 独立变桨系统结构示意图
变桨驱动装置
变 桨 轴 承
2014-2-28
• 变桨驱动装置
2014-2-28
2014-2-28
• 定速变桨距调节
2014-2-28
• 变速变桨调节
2014-2-28
2014-2-28谢谢观赏2Fra bibliotek14-2-28
• （2）偏航 偏航的定义是航空器的实际飞行路线（航迹 线）偏离预定航线的现象。 偏航系统是风力发电机组特有的控制系统。 偏航控制系统主要由偏航测量、偏航驱动 传动部分、纽缆保护装置三大部分组成。 主要实现两个功能:一是使机舱跟踪变化稳 定的风向;二是由于偏航的作用导致机舱内 部电缆发生缠绕而自动解除缠绕
2014-2-28
• 轴控箱
2014-2-28
• 电池柜
每个叶片分配一个电池箱。在供电故障或 EFC 信号（紧急顺桨控制信号） 复位的情况下，电池供电控制每个叶片转动到顺桨位置。
2014-2-28
• 轮毂内变桨构成实物图
2014-2-28
• 滑环实物图
2014-2-28
• 编码器
每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电 机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承 内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。 风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部 编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨 系统应用冗余编码器的信号。
2014-2-28
• 限位开关：进行变桨调节时，为了预防桨距角超过设定
值，在设定值处安装了限位开关，当齿轮转到限位开关处， 限位开关的撞杆会把信号通过电缆传递给控制柜，提示变 桨轴承已经处于极限工作位置，对变桨电机刹车抱闸。
金风变桨系统PPT教案
温度传感器 （Pt 100）
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。
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接 近 开 关 （Bi5-M18-AP6X-H1141/S34）
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基本原理图
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AC-2——异步电机用高频MOSFET逆 变器
• IMS功率模块，Flash内存，微处 理器控制，Can Bus
• 型号：Zapi AC-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
内部基本结构图
光电转换电路
轴承
安装法
光栅码盘
兰
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内部基本原理图
绝对位置从码盘上读取，在码盘上，每一位 对应一个码道，每个数位编码器对应一个输 出电路，每一个通道都包含一个光源的接收 器，每圈 (360°) 读数完成后，将重复读数 输出。
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码盘的物理成像是通过光敏元件阵列实现 的，每位有两个光敏元件 / bit 差分信号 信号优化
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
风电偏航变桨介绍
根据电网需求和系统运行状态，调整叶片角度， 实现对发电量的稳定控制，确保电网的安全与稳 定。
最大风能捕获
根据风向和风速的变化，自动调节叶片角度，使 风机始终处于最佳的迎风状态，最大化捕获风能 。
载荷控制
通过调节叶片角度，减轻风机在强风、暴风等极 端天气下的载荷，保护风机设备不受损坏。
工作原理
负责接收传感器数据、计算最 佳叶片角度，并驱动执行机构 。
执行机构
包括变桨电机、齿轮箱等，根 据控制系统指令调节叶片角度 。
通讯系统
用于控制系统与上位机或其他 相关设备之间的数据传输和指
令交互。
02 偏航系统介绍
偏航系统的功能
控制风轮偏转
偏航系统的主要功能是控制风轮的偏转，使其能够跟随风向变化， 保持最佳的迎风角度，从而提高风能利用率。
预防性ห้องสมุดไป่ตู้护的重要性
预防潜在故障
预防性维护能够及时发现和解决潜在的故障和问题，避免设备在运 行过程中出现故障，从而提高风电偏航变桨系统的可靠性和稳定性。
延长设备寿命
通过定期的维护和检查，可以延长风电偏航变桨系统的使用寿命， 降低更换和维护成本。
提高发电效率
风电偏航变桨系统的正常运行是提高发电效率的关键。通过预防性维 护，可以确保系统始终处于最佳状态，从而提高发电效率。
感谢您的观看
THANKS
作。
润滑保养
对变桨系统的轴承、齿轮等运动 部件进行润滑保养，以减少磨损
和摩擦，延长设备使用寿命。
预防性维护
根据设备运行情况和厂家推荐的 维护周期，进行预防性的维护和 保养，如更换磨损件、清洁和校 准等，以确保变桨系统的可靠性
和性能。
04 风电偏航变桨系统的应用
风力发电机组变桨系统的设计
风力发电机组变桨系统的设计胡国强【摘要】为了解决风力发电机组在复杂多变的风况下,能够基本保持其发电机稳定运转的问题,将PLC、变频器技术应用到风力发电机的变桨系统中.开展了变桨系统自动控制的分析,建立了PLC、变频器和变桨电机之间的关系,利用PLC及PLC的模拟量输入模块对风电场自然风风速以及风力发电机组3片桨叶的桨距角度进行了数据信息的采集,并自动进行了内部数据的处理；然后再通过对变频器的输出控制进而控制变桨电机的工作状态,使3片桨叶旋转到与自然风风速相对应的桨距角度.在发电机能自动保持稳定运转的基础上,对其性能进行了评价.分析和验证结果表明,该系统实现了对风力发电机组变桨系统的自动控制.%In order to solve the problems that the wind generator set in the complex wind condition can basic maintain the stability running, the PLC, frequency changer technology was investigated to the wind power generators change oars system. After the analysis of change oars system automatic control, the relationship between the PLC, frequency changer, and the change oars motor was established. The PLC and PLC analogue inputs module were used to collect the natural wind speed and the wind power generators three blades's angle data information,and the internal data was processed automatically. Through the control of frequency changer output, and then the change oars motor working condition was controlled, making three piece of blades rotate on and natural wind speed with the oars angle of the corresponding. The performance was evaluated on the condition that the generator can automatically remain stable operation. Through theanalysis and verification,the results show that the system realizes the automatic control of the wind power generators change oars system.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2012(029)005【总页数】5页(P588-592)【关键词】风力发电机;变桨;编码器;可编程控制器;变频器【作者】胡国强【作者单位】上海电气风电设备有限公司,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TP13;TM6140 引言在传统能源日渐匮乏、核能事故频发的今天，风力发电作为新型绿色能源，为全世界所倡导。
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
风电机组变桨系统分享
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
风力发电机组变桨系统分析
目录摘要： (1)一、变桨系统论述 (1)（一）变桨距机构 (1)（二）电动变桨距系统 (2)1. 机械部分 (3)2. 气动制动 (4)二、变桨系统 (4)（一）变桨系统的作用 (4)1. 功率调节作用 (4)2. 气动刹车作用 (4)（二）变桨系统在轮毂内的拓扑结构与接线图 (6)三、变桨传感部分 (8)（一）旋转编码器 (8)（二）接近开关 (9)四、变桨距角的调节 (10)（一）变桨距部分 (10)（二）伺服驱动部分 (11)总结 (13)参考文献： (13)致谢 (14)风力发电机组変桨系统分析摘要：风能是一种清洁而安全的能源,在自然界中可以不断生成并有规律得到补充,所以风能资源的特点十分明显,其开发利用的潜力巨大。
本文对大型的兆瓦级风力发电机变桨系统做简单的介绍。
变速恒频技术于20世纪90年代开始兴起，其中较为成功的有丹麦VESTAS的V39/V42-600KW机组和美国的Zand的Z-40-600KW机组。
变速恒频风力发电机组风轮转速随着风速的变化而变化，可以更有效地利用风能，并且通过变速恒频技术可得到恒定频率的电能。
变速恒频机组的显著优点已得到风力机生产厂和研究机构的普遍承认，将成为未来的主流机型。
但变速恒频风力机组仅通过电机自身调节要达到减小风速波动冲击的目的是很困难的，因为自然界中风速瞬息万变，特别是在额定风速以上工况，风力机有可能受到很大的静态或动态冲击。
但是变桨风机不会产生此类情况，变桨距是指大型风力发电机安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力状况大为改善。
近年来，电动变桨距系统越来越多的应用到风力发电机组当中，直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。
因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速，在高风速下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。
风力发电机组系统学习之变桨系统
变桨控制原理与功能
导流帽
轮毂
轮毂变 桨控制 柜
变桨限 位撞块
15:36
轮毂罩 分隔壁
极限工作位置 开关
变桨制动器
缓冲器 变桨接 近开关
4
变桨控制原理与功能
变桨系统是如何实现的？
- 从站PLC控制操作 - 电气变桨系统，3个通过变频器控制的辅助马
达间接变速装置（伺服电机）。 - 机舱内的电池系统。
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22
电缆固定的不好
变桨电机
电缆固定的好
刹车继电器
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23
60 0° position
50
叶片垂直向下是，变桨从0度转向86度
(Nm) (A)
40
86° position
变桨力矩
30
电流
20
10
0 0
15:36
5000
10000
15000
20000
(ms)
25000
30000
35000
15:36
39
快速停机fast stop
15:36
40
安全停机safety stop
15:36
41
紧急停机emergency stop
15:36
42
超速停机over speed stop
15:36
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完
谢谢
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44
• 电网掉电的应急措施
– 为控制回路提供电源 – 为变桨系统提供电源
电池系统
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电池系统
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电池系统
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电池系统
变桨系统原理及维护
1.5MW风力发电机组变桨系统原理及维护国电联合动力技术有限公司培训中心（内部资料严禁外泄）UP77/82 风电机组变桨控制及维护目录1、变桨系统控制原理2、变桨系统简介3、变桨系统故障及处理4、LUST与SSB变桨系统的异同5、变桨系统维护定桨失速风机与变桨变速风机之比较定桨失速型风电机组发电量随着风速的提高而增长，在额定风速下达到满发，但风速若再增加，机组出力反而下降很快，叶片呈现失速特性。
优点：机械结构简单，易于制造；控制原理简单，运行可靠性高。
缺点：额定风速高，风轮转换效率低；电能质量差，对电网影响大；叶片复杂，重量大，不适合制造大风机变桨变速型风电机组风机的每个叶片可跟随风速变化独立同步的变化桨距角，控制机组在任何转速下始终工作在最佳状态，额定风速得以有效降低，提高了低风速下机组的发电能力；当风速继续提高时，功率曲线能够维持恒定，有效地提高了风轮的转换效率。
优点：发电效率高，超出定桨机组10%以上；电能质量提高，电网兼容性好；高风速时停机并顺桨，降低载荷，保护机组安全；叶片相对简单，重量轻，利于制造大型兆瓦级风机缺点：变桨机械、电气和控制系统复杂，运行维护难度大。
变桨距双馈变速恒频风力发电机组成为当前国内兆瓦级风力发电机组的主流。
变桨系统组成部分简介变桨控制系统简介✓主控制柜✓轴柜✓蓄电池柜✓驱动电机✓减速齿轮箱✓变桨轴承✓限位开关✓编码器▪变桨主控柜▪变桨轴柜▪蓄电池柜▪电机编码器GM 400绝对值编码器共10根线，引入变桨控制柜，需按线号及颜色接入变桨控制柜端子排上。
▪限位开关变桨系统工作流程：●机组主控通过滑环传输的控制指令；●将变桨命令分配至三个轴柜；●轴柜通过各自独立整流装置同步变换直流来驱动电机；●通过减速齿轮箱传递扭矩至变桨齿轮带动每个叶片旋转至精准的角度；●将该叶片角度值反馈至机组主控系统变桨系统控制原理风机不同运行状态下的变桨控制1、静止——起动状态2、起动——加速状态3、加速——风机并网状态3.1、低于额定功率下发电运行3.2 达到额定功率后维持满发状态运行4、运行——停机状态1、静止——起动状态下的变桨调节➢桨距角调节至50°迎风；➢开桨速度不能超过2 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢目标：叶轮转速升至3 r/s(低速轴）2、起动——加速状态下的变桨调节➢桨距角在（50 °，0°）范围内调节迎风；➢开桨速度不能超过2 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢目标：叶轮转速升至10 r/s(低速轴）3、加速——并网发电状态下的变桨调节3.1 低于额定功率下的变桨调节➢桨距角在维持0°迎风；➢开桨速度不能超过2 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢变频系统通过转矩控制达到最大风能利用系数，➢目标：叶轮转速升至17.5 r/s(低速轴）3.2 达到额定功率后维持满发状态运行➢桨距角在（90 °，0°）范围内调节；➢开桨速度不能超过5 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢通过变桨控制使机组保持额定输出功率不变，➢目标：叶轮转速保持17.5 r/s(低速轴）4、运行——停机状态4.1 正常停机➢叶片正常顺桨至89°；➢变桨主控柜的顺桨命令通过轴柜执行；➢顺桨速度控制为5°/s;➢叶轮空转，机械刹车不动作；4.2 快速停机➢叶片快速顺桨至89°；➢变桨主控柜的顺桨命令通过轴柜执行；➢顺桨速度控制为7°/s;➢叶轮空转，机械刹车不动作；4.3 紧急停机➢叶片紧急顺桨至91°或96 °限位开关；➢紧急顺桨命令通过蓄电池柜执行；➢顺桨速度不受控制;➢叶轮转速低于5 r/s后，液压机械刹车抱闸，将叶轮转速降至为零；独立变桨：三个叶片通过各自的轴柜和蓄电池柜实现开桨和顺桨的同步调节；如果某一个驱动器发生故障，另两个驱动器依然可以安全地使风机顺桨并安全停机。
风力发电机变桨系统(借鉴)
摘要
• 摘 要：变浆系统是风力发电机的重要组成 部分，本文围绕风力发电机变浆系统的构 成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故 障分析等进行论述。
•
关键词：变桨系统 ；构成； 作用；
保护种类；故障分析
1 综述
• 变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常 运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。
• 原因：轮毂控制器与主控器之间的通讯中断，在轮毂中控柜中控器无故障的 前提下，主要故障范围是信号线，从机舱柜到滑环，由滑环进入轮毂这一回 路出现干扰、断线、航空插头损坏、滑环接触不良、通讯模块损坏等。
•
处理方法：用万用表测量中控器进线端电压为230v左右，出线端电压为
24v左右，说明中控器无故障，继续检查，将机舱柜侧轮毂通讯线拔出，红白
6.1.2叶片没有到达限位开关动作设 定值
• 原因：叶片设定在91°触发限位开关，若触发时 角度与91°有一定偏差会报此故障。
•
处理方法：检查叶片实际位置。限位开关长
时间运行后会松动，导致撞限位时的角度偏大，
此时需要一人进入叶片，一人在中控器上微调叶
片角度，观察到达限位的角度，然后参考这个角
度将限位开关位置重新调整至刚好能触发时，在
处理方法
• 处理方法：1.由于B编码器是机械凸轮结构，与叶片的变桨齿轮啮合， 精度不高且会不断磨损，在有大晃动时有可能产生较大偏差，因此先 复位，排除故障的偶然因素；2.如果反复报这个故障，进轮毂检查A、 B编码器，检查的步骤是先看编码器接线与插头，若插头松动，拧紧 后可以手动变桨观察编码器数值的变化是否一致，若有数值不变或无 规律变化，检查线是否有断线的情况。编码器接线机械强度相对低， 在轮毂旋转时，在离心力的作用下，有可能与插针松脱，或者线芯在 半断半合的状态，这时虽然可复位，但转速一高，松动达到一定程度 信号就失去了，因此可用手摇动线和插头，若发现在晃动中显示数值 在跳变，可拔下插头用万用表测通断，有不通的和时通时断的，要处 理，可重做插针或接线，如不好处理直接更换新线。排除这两点说明 编码器本体可能损坏，更换即可。由于B编码器的凸轮结构脆弱，多 次发生凸轮打碎，因此对凸轮也应做检查。