金风风电Vensys变桨系统
Vensys变桨系统简介
b. 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
AC2基本原理图
该设备的端子布局如图所示：
a. 直流开关电源NG5
进口NG5参数 • 型号：Zivan Battery Charger NG5 • 输入电压：400VAC(+/-15%) • 输出电压：60VDC • 输出电流：80ADC • 充电方式：间歇性充电，当电压低于55V时
开始充电，超级电容电压达到60V时停止充 电。
国产NG5参数： 型号：JF-CHARGER-60V-80A-K, JF-CHARGE-60V-80A-J 输入电压：400VAC（+/-15%） 输出电压：60VDC 输出电流：80ADC 充电方式：持续工作，电压维持 60V。
3.2变桨线路连接图
3.3变桨系统驱动原理
变桨控制柜通过安装在电机尾部的旋转编码器来检测叶片所在的角度。 分别安装在桨叶对应的87度、5度接近开关，提供了附加的位置检测功能。安装在桨叶对 应92度的限位开关提供了当位置检测失效的情况下的安全保护功能。 通过变桨逆变器AC2驱动变桨电机进行桨叶角度调整。 直流开关电源NG5将400VAC转换为60VDC，为超级电容充电同时为24VDC电源供电。 3.4变桨控制流程图 Vensys变桨系统动作方式分为：自动模式、手动模式、强制手动模式，现根据流程图对动 作模式进行说明。控制流程图如下：
认证 重量
400VAC
5A 100/min
106 -30~+80oC
金风1.5MW Vensys变桨系统
金风 1.5MW Vensys变桨系统摘要：本文通过对变桨系统作用，组成及驱动原理进行了简单的介绍，分析了一些主要元器件充电器NG5、逆变器AC2和超级电容常见故障的原因及处理方法，最后对一个综合例子进行分析。
关键词：金风1.5MW 变桨 NG5 AC2 超级电容1.引言变桨系统作为风力发电机组核心系统，也是机组故障率最高的系统，它很大程度上决定了机组是否能够平稳运行，维护好变桨系统是我们工作的重中之重。
根据这段时间对机组维护所得的一点知识，总结出上述机组变桨系统的一点经验，希望能对现场消缺提供一些经验和帮助。
2.变桨系统作用2.1功率控制金风1500kW风力发电机组功率控制线方式为变速变桨策略的控制方式。
风速低于额定时，机组采用变速控制策略，通过控制发电机的电磁扭矩来控制叶轮转速，维持最佳叶尖速比运行，使机组始终跟随最佳功率曲线，从而捕获最大风能。
当风速大于额定时，机组采用变速变桨控制策略，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。
通过变桨调节发电机转速，使其始终跟踪发电机转速的设置点，使机组维持稳定的功率输出。
2.2气动刹车金风1500kW风力发电机组变桨系统是目前系统唯一的停车机制，通过将桨叶迅速顺至停机位置来完成气动刹车。
主控的所有停机指令，包括正常停机，快速停机和紧急停机，最后都是通过总线发给变桨系统来执行。
机组的安全链的最后输出也是给变桨，任意一个安全链节点断开后，安全链系统送给变桨系统的高电平都会丢失，变桨系统会根据内部程序立即执行紧急停机。
3. 变桨系统主要元器件介绍3.1 直流充电电源NG5NG5充电器将三相交流400V经过NG5充电电源整流输出60V，80A，给超级电容和变桨逆变器AC2提供电源。
现场NG5主要有两种，一种意大利生产的，型号为Zivan Battery Charger NG5，其工作的投入与切出完全取决于超级电容的电压，控制器检测到超级电容电压低于58V时开始充电，电容电压达到60V停止充电。
金风风电Vensys变桨系统
•下面的插头 5芯线，400VAC，机舱到变桨系统的电源
精品课件
四、变桨系统主要部件
控制柜内部电源及控制检测部分: • 1、直流充电器NG5 • 2、变桨变频器AC2 • 3、超级电容 • 4、电容电压转换模块A10和倍福KL3404模块 • 5、倍福BC3150及其他模块 • 6、温度传感器Pt100和倍福KL3204模块 • 控制柜外部驱动及检测部分: • 7、变桨电机 • 8、旋转编码器和倍福KL5001模块 • 9、5°和87°接近开关 • 10、91°限位开关
KL2408有反向电压保护功能。其负载电流输出 有过载和短路保护功能。
该模块含8 个通道，每个通道都有一个LED 指 示其信号状态。
精品课件
5.3、倍福模块KL4001
• KL4001 模拟量输出模块可输出0 V 到10 V 范围的信号。
• 该模块可为处理层提供分辨率为12 位的电气隔离信号。总线端子的输 出通道有一个公共接地电位端。
从现场设备获得二进制控制信号，并以电隔离 的信号形式将数据传输到更高层的自动化单元。
该模块含4 个通道，每个通道都有一个LED 指 示其信号状态。
• Output 4 •
Output 6
•
Output 8
•
KL2408数字量输出模块
将自动化控制层传输过来的二进制控制信号以 电隔离的信号形式传到设备层的执行机构。
• 变桨控制柜主电路采用交流--直流--交流回路。 • 由变桨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可以独立控制。 • 每个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，能保证当来自滑环的电网电压掉电时，备用电源直接给变桨控
00风电 Vensys变桨控制系统
DC 0V
电机 刹车
变桨逆变器AC2
UVW 变桨电机
叶 片 桨 距 角
旋转编码器
91
87
度 5度 度
限 接接
位 近近
开 开开
关 关关
四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理
Vensys变桨控制系统主要元件
Vensys控制柜内部电源及控制检测部分:
1、变桨充电电源NG5 2、变桨变频器AC--2 3、超级电容 4、电容电压转换模块A10 5、温度传感器Pt100 6、倍福BC3150及其他模块
2.3 Vensys变桨控制系统的特点
（1）电气结构简单﹑维修工作量小; （2）采用异步电机调速，相比采用直流电机调速，在保证调速性能的前提下，避免了直流电 机存在碳刷容易磨损问题; （3）超级电容为后备电源（UPS）。当机组遇到电网突然断电或其它紧急情况停机时，变桨 伺服系统可以通过自备的超级电容（UPS） 短暂供电，使变桨系统完成顺桨及其它安全保护措 施，提高了变桨系统的可靠性； （4）PLC 组成变桨的控制系统，没有使用专用的控制器进行系统控制，提高了系统控制部件 的通用性，降低了变桨控制系统的维护难度和部件的采购难度。
Profibus DP
自动/手动切换
状态
Beckhoff I/O system
向0度变桨
向90度变桨 手动控制 状态
电压信 号
控制 A10电压/电
DC 24V DC/DC 变换
DC 24V
DC/DC 变换
温
状
控变
电
度
态
制桨
机
信
信
命速
温
号
号
令度
度
信息
金风1500kW系列风力发电机组国产Vensys变桨系统电气图A0版
400V 动力输入柜体到下一个柜体防雷总开关分流器开关
变桨充电器 60V 80A 柜体支撑架变桨盘
加热器变桨电机风扇
直流充电电源插座
变桨电机
开关安全电源变桨变频器 A C -20度变桨90度变桨
主开关使能
电磁刹车柜体风扇
温度检测1#直流电源模块2#直流电源模块直流过滤器
92度限位开关叶片
K L 3204模拟输入模块B C 3150转换器K L 3404模拟输入模块K L 4001模拟输出模块柜体温度A C -2温度超级电容温度变桨电机温度A 10模块报警模拟接地接地零
K L 1104数字输入模块K L 1104数字输入模块K L 1104数字输入模块
A C 2-O K 报警92度限位开关安全链O K 手动、自动转换强制手动向0度变桨向90度变桨-2——5度位置信号87度位置信号5度和87度接近开关诊断手动向0度变桨手动向90度变桨
N G 5正常
K L 2408数字输出模块
旋转编码器S S I 编码器模块0度变桨启动信号A C 2单元重启向0度变桨向90度变桨安全链O K 加热柜体风扇接地零A 脉冲
B 脉冲。
【金风风机】4.Vensys变桨系统
DP总线 (3)
3×400V AC供 电
4×2.5mm2
x5b x5a x10ax10b x5c Pitchbox1 x10c
x9 x8 x6 x7
3×400V AC供 电
4×2.5mm2
安
DP总线
全
(3)
链
DP总线 (3)
x5b x5a x10a x10b x5c Pitchbox2 x10c
x9 x8 x6 x7
压信号。 • 分辨率为12 位，在电隔
离的状态下被传送到上一 级自动化设备。 • 在KL3404总线端子中，有 4 个输入端为2 线制型， 并有一个公共的接地电位 端。输入端的内部接地为 基准电位。
5.1、倍福BC3150模块
总线控制器BC3150，通过K-BUS总线扩展技术， 可连接多达255 个总线端子。
2、变桨变频器AC2
• 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
相比密封铅酸蓄电池作备用电源的变桨系统，超级电容的变桨控制系统具有下列优点： a、充电时间短；
bc、、交超流 级变 电直 容流 随的 使整 用流 年模 限块 的同 增时加作，为容充量电减器小，的无非须常再小单；独配置充放电管理电3路、；超级电容
Profibus DP
自动/手动切换
状态
Beckhoff I/O system
向0度变桨
向90度变桨 手动控制 状态
电压信 号
控制 A10电压/电
DC 24V DC/DC 变换
DC 24V
DC/DC 变换
温
金风1500kW风机故障解释说(Switch变流、VENSYS变桨、贺得克水冷、硬件安全链)B0版
ICSQ/JF 新疆金风科技股份有限公司企业标准新疆金风科技股份有限公司发布Q / JF 2FW1500.90GX.3-2009目 次前 言 (II)金风1500kW风力发电机组风机故障解释说明手册故障 (1)1范围 (1)2注意事项 (1)error_acceleration_nacelle_global--------------机舱加速度故障 (2)error_ambient_temperature_global-----------------环境温度故障 (2)error_water_cooling_global-----------------------冷却系统故障 (3)error_ converter_global----------------------------变流器故障 (11)error_hydraulic_global---------------------------液压系统故障 (16)error_yaw_mechanism_global---------------------------偏航故障 (17)error_generator_global-----------------------------发电机故障 (20)error_grid_global------------------------------------电网故障 (20)error_fuse_global----------------------------------熔断器故障 (24)error_ups_global-------------------------------------ups故障 (26)error_profibus_global-----------------------profibus总线故障 (27)error_pitch_global-----------------------------------变桨故障 (33)error_generator_speed_global-------------------发电机转速故障 (52)error_wind_measurement_global--------------风速仪和风向标故障 (58)error_init_file_global-------------------------初始化文件故障 (59)error_stop_global------------------------------------停机故障 (60)error_system_cpu_global----------------------------- cpu故障 (60)error_navigation_light_global ---------------------航空灯故障 (61)Q / JF 2FW1500.90GX.3-2009前 言本解释说明只是对各个故障进行了简单的讲解，使人明白故障是在什么条件下发生的，发生后会执行什么样动作，对现场机组故障处理起到一定的指导作用。
Vensys变桨系统简介
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度/s的速率， 从0度顺桨到90度位置。当来自滑环的电源掉电时，备用电源直接为变桨系统供电 ，仍可保证整套边疆电控系统正常工作。当超级电容电压低于软件设定值，主控 制器会控制机组停机。
a. 直流开关电源NG5
进口NG5参数 • 型号：Zivan Battery Charger NG5 • 输入电压：400VAC(+/-15%) • 输出电压：60VDC • 输出电流：80ADC • 充电方式：间歇性充电，当电压低于55V时
开始充电，超级电容电压达到60V时停止充 电。
国产NG5参数： 型号：JF-CHARGER-60V-80A-K, JF-CHARGE-60V-80A-J 输入电压：400VAC（+/-15%） 输出电压：60VDC 输出电流：80ADC 充电方式：持续工作，电压维持 60V。
四、主要元件实物认知及功能原理
4.1 变桨柜在轮毂中的安装
4.2 变桨柜内部布局
4.3 变桨柜主要元器件 控制柜内部电源及控制检测部分: a. 开关电源(NG5) b. 变桨变频器(AC2) c. 超级电容 d. A10自制模块 e. BC3150及beckoff模块 f. 温度检测（PT100） 控制柜外部驱动及检测部分: a. g. 变桨电机 b. h. 旋转编码器 c. i. 温度检测（PT100） d. j. 0°和87 °接近开关及90°限位开关 e. k. 滑环
金风变桨系统
金风LUST变桨系统结构图和工作模式切换图1. 工作模式系统共有5种模式a）模式0：待机模式。
该模式下表明变桨系统PITCHMASTER准备就绪、外围传感器状态正常、驱动与执行器正常待机。
b）模式1：变桨模式。
该模式下，变桨系统将通过Profibus DP总线接收来自主控的变桨指令。
并根据给定的位置、速度值驱动变桨电机，直至到达位置目标值。
c）模式2；急停模式1。
该模式执行过程采用闭环急停控制。
模式2中，变桨速度为7°/s，停机位置87.5°。
该模式在如下条件成立时执行：主控通过Profibus DP总线给定紧急停机命令或系统安全链故障。
d）模式3：急停模式2。
该模式执行过程采用开环控制，当变桨系统发生主旋转编码器或变桨变频器电源故障时，系统将启用该模式，以最快10度/秒的变桨速度顺桨，直至撞到91°限位开关。
e）模式4：维护模式。
在该模式下可以分别对各桨叶进行手动变桨。
金风VENSYS变桨系统结构图风机变桨系统有两个工作任务。
一是通过程序控制变桨来保持叶轮一直能够从风中获得最大的风能，并在变化的风速中调节均匀的转速；二是作为风机的一级刹车系统，当风机出现故障或其他原因需要停机时，通过增大桨距角实现风机空气动力制动。
因此，叶片由风吹动旋转，不会有过多的机械能量传递到转子轴上。
每个叶片通过滚珠轴承旋转外缘与轮毂连接，轴承外圈安装在轮毂上。
可转动的轴承内环与变桨齿轮箱小齿圈啮合。
变桨电机通过法兰与齿轮箱连接，驱动小齿轮带动大齿圈旋转变桨。
变桨电机为串励直流电机，附带编码器和刹车及风扇。
所有的变桨驱动单元都安装在轮毂内。
轴控柜中变桨驱动器直接控制变桨电机运行。
另外，电池柜中还有一组电池用于在严重故障或断电时直接驱动变桨。
轴控柜中的变桨PLC控制器可接收从主控系统发来的变桨信号，输出变桨驱动器控制三个叶片同步变桨。
变桨系统的电源和信号线通过齿轮箱中空轴由滑环传入轮毂。
当变桨系统出现故障时，有变桨柜内的PLC给出停机信号，送到主控PLC，执行脱网操作，同时向三个叶片的发出顺桨命令，执行安全顺桨停机。
金风变桨系统
包括电源故障、传感器故障、执行器故障等，可能导致系统无法 正常工作或误动作。
机械故障
如轴承磨损、齿轮断裂、液压泄漏等，可能导致系统运行异常或 停机。
控制系统故障
包括控制器故障、通信故障等，可能导致系统失控或无法远程监 控。
诊断方法和步骤
观察法
通过观察系统运行状态、指示灯、故 障代码等信息，初步判断故障类型和 范围。
海上风电市场潜力巨大
随着海上风电技术的不断成熟和成本降低，海上风电市场将迎来爆发式增长。金风变桨系统凭借其先进的技术和可靠 性，将在海上风电领域占据重要地位。
国际市场拓展
金风科技作为国内风电行业的领军企业，积极拓展国际市场，参与全球竞争。其变桨系统凭借卓越的性能和品质，将 在国际市场上获得更多认可和应用。
通过采用高强度轻质材料和优化结构设计，金风变桨系统实现了轻 量化，降低了机组的载荷和疲劳损伤。
高扭矩密度
金风变桨系统具有高扭矩密度的特点，能够在低风速下提供足够的 扭矩，确保风电机组在复杂风况下的稳定运行。
稳定性与可靠性
冗余设计
金风变桨系统采用冗余设计，关 键部件如传感器、控制器等均有 备份，确保在单一部件故障时，
航空航天领域
金风变桨系统的高精度、高可靠性特点使其在航空航天领域具有潜在应用价值 ，如无人机、飞行器等。
典型案例分析
1 2 3
某大型风电场项目
该项目采用金风变桨系统，实现了风能的高效利 用和机组的稳定运行，提高了风电场的经济效益 。
某海上风电示范项目
该项目采用金风变桨系统，成功应对了海上恶劣 环境的挑战，为海上风电项目的开发提供了有力 支持。
加强人员培训，提高操作和维护人员的技能水平，确保系统安全稳定运行。
金风变桨系统培训
哈丁接头
控制原理
兆瓦机组使用的是变浆变速控制，在启动阶段叶片位置从 顺浆变浆至54度，直到叶轮转速增加到8.8RPM，机组发 顺浆变浆至54度，直到叶轮转速增加到8.8RPM，机组发 电。发电后叶片角度与风的大小状况决定。变速变桨距控 制的优点和功能是: 1） 制的优点和功能是: 1）.通过变速、变桨的控制吸收更多 风能，2 在停机时为叶轮提供气动刹车，3 风能，2）.在停机时为叶轮提供气动刹车，3）.减少作用 在机组上的极限载荷。 变浆变速额定风速以下通过控制发电机的转速使其跟踪风 速。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，由于额定风速以下风速较小，因此，此 时没有必要变桨，只需要将叶片角度设置为规定的最小桨 矩角，这样可以跟踪最优Cp。额定风速以上通过扭矩控 矩角，这样可以跟踪最优Cp。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。
Forward：朝0度变桨； Manual:手动控制模式； Backward：朝90度变桨； Auto: 自动控制模式；
先前/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ后变 桨控制旋钮
400V电源 断路器
手动/自动变 桨控制旋钮
变桨控制柜状态设置
变桨控制柜主断路器Q1：OFF 变桨模式选择旋钮S1：M 强制手动变桨模式：激活。激活方法：移出X11：8、9短接排，插入 X11：5、6进行短接。
散热风扇
AC 2散 热风扇
柜体散热风扇
风扇电源滤波器和24V电源
24V电源 风扇电源滤波器
旋转编码器 将机械转动的模拟量(位移) 将机械转动的模拟量(位移)转换成以数字代码形式表示的 电信号，这类传感器称为编码器又称数字编码器 电信号，这类传感器称为编码器又称数字编码器 。 位置处在变桨电机的后部。对变桨角度进行检测。
金风1.5MW变桨图纸070530加说明
F2
AUX1.C
3
AUX1:C /6.2
Brücke
2A
bl 0,75mm²
X1
7
8
Start/ Stop
AUX1
4
gr 0,75mm²
K5
7.4
11 14
AUX1.NO
AUX1:NO /6.2
bn 0,75mm²
gb/gn 0,75mm²
Start/Stop.1
5
R7
Temp.Sicherung
X6
4072.001.000
Auftr.Nr.: Stkl.Nr.: 4072.001.000
Bl.
3 8 Bl.
0
35mm²
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3.9/ +60VDC
F4
ws 0,75mm²
K3 K4 K6 K8 K5 K7
BF
BECKHOFF
F1 F2 F4 F5
-K2
-X2
-X1 1
-X3 1
14 1
49
BECKHOFF
49
X10
X7u/X8o
X9
X6
X5
x10
9 01 8 2 7 3 6 4 5
oben X10c: Leistung mitte X10b: Profibus unten X10a: Safetyloop
extern
1
A1
X6
2
X1
A1 A2
A1 A2
gb/gn 0,75mm²
9
6
bn 0,75mm² X11 1
gr 0,75mm²
金风兆瓦风力发电机组国产Vensys变桨控制系统
图2
一、风力发电机组叶片变桨控制原理
不同叶片角度及不同风速下叶片攻角的变化示意图
图3图4图1图2一、风力发电机组叶片变桨控制原理
+90° -2°
一、风力发电机组叶片变桨控制原理
1.3 变桨距控制的优缺点
优点： 1）启动性好，机组并入电网发电时对电网及机组本身冲击小； 2）刹车机构简单，叶片顺桨的同时叶轮转速可以逐渐下降，机组的切除对电网没有冲击； 3）额定点以前的功率输出追求最大化，时风时 间间 ：能： 叶利电 轮流 转用变 速率化 变化高； 4）8额00 定点以后通过桨距调节输出功率，功率波动小，曲线平滑； 5）1叶8 轮叶根承受的静、动载荷小，提高机组的运行寿命。
国产Vensys变桨控制系统柜
控制及配电 柜
变桨驱动器外部 散热器及风扇
充电电源及 电容柜
三、国产Vensys变桨控制系统控制柜内硬件分布
国产Vensys变桨控制系统柜内分布
控制柜
电容柜
配电柜
三、国产Vensys变桨控制系统控制柜内硬件分布
控制柜内元器件分布
加热器
防雷
控制PLC
模块
三、国产Vensys变桨控制系统控制柜内硬件分布
2255000000
3300000000
图2 3355000000
4400000000
二、金风1.5MW机组叶片变桨的机械结构及电气分布
变桨系统的机械结构（第一代变桨结构）
变桨驱动装置由变桨电机和变桨减器两部分组成。变桨电机是含有位置反馈和绕组温度检测 传感器的伺服电动机。
二、金风1.5MW机组叶片变桨的机械结构及电气分布
三、国产Vensys变桨控制系统控制柜内硬件分布
国产Vensys变桨控制柜主电路采用交流--直流--交流回路，由逆变器（AC-2）为变桨电机供电。 变桨电机采用交流异步电机。 PLC 组成变桨的控制系统，它通过现场总线(profibus-DP总线)和 主控制系统交互通信，接受主控制系统的指令(主要是桨叶转动的速度指令)，并控制交流调速 装置驱动交流电动机，带动桨叶朝要求的方向和角度转动，同时监测变桨系统的内部信号，把 它直接传递给主控制系统。
Vensys变桨系统简介 ppt课件
b. 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
AC2基本原理图
该设备的端子布局如图所示：
a. 直流开关电源NG5
进口NG5参数 • 型号：Zivan Battery Charger NG5 • 输入电压：400VAC(+/-15%) • 输出电压：60VDC • 输出电流：80ADC • 充电方式：间歇性充电，当电压低于55V时
开始充电，超级电容电压达到60V时停止充 电。
பைடு நூலகம்
国产NG5参数： 型号：JF-CHARGER-60V-80A-K, JF-CHARGE-60V-80A-J 输入电压：400VAC（+/-15%） 输出电压：60VDC 输出电流：80ADC 充电方式：持续工作，电压维持 60V。
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； 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。
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。
NG5基本原理图
优点： • 效率高； • 体积小； • 充电时间短； • 充电不受交流电源变化的约束； • 能够提供理想的充电曲线。
直流充电电源首先对三相AC400V进行整流，获得DC540V，随后通过DC/DC变换电路将DC540V 转换为所需要的工作电压，该工作电压是与超级电容的电压有关的。 直流充电器输出的信号分别为：充电器正常信号（NG5 OK信号）、充电器温度信号。充电 正常信号为充电器给出的一个干触点，当充电器正常工作时，该触点闭合。如果充电器出 现异常则该触点断开。充电器温度信号为由充电器引出的PT100电阻信号。 在国产Vensys变桨系统中仅使用了直流充电电源的正常工作指示信号，未使用温度信号。
Vensys变桨系统简介复习过程
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； 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。
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。
Vensys变桨控制系统
金风科技培训中心 编订
12年2月 姬晓峰
Vensys变桨控制系统
主要内容：
一、变桨系统的机械结构 二、变桨系统的功能 三、变桨系统的电气结构及控制原理 四、主要元件实物认知及功能原理 五、 变桨系统故障判断 六、变桨回路讲解
通过本章你将了解到以下内容：
1、了解系统的机械结构,及变桨系统的机械驱动方式 2、了解变桨系统的功能，变桨系统的控制策略 3、了解变桨系统的电气结构，及各元件之间的连接与配合。 4、对主要元器件的实物认知，了解元件的原理及在变桨系统中的作用 5、对变桨系统故障进行判断，并对常见故障进行分析
a. 直流开关电源NG5
进口NG5参数 • 型号：Zivan Battery Charger NG5 • 输入电压：400VAC(+/-15%) • 输出电压：60VDC • 输出电流：80ADC • 充电方式：间歇性充电，当电压低于55V时
开始充电，超级电容电压达到60V时停止充 电。
国产NG5参数： 型号：JF-CHARGER-60V-80A-K, JF-CHARGE-60V-80A-J 输入电压：400VAC（+/-15%） 输出电压：60VDC 输出电流：80ADC 充电方式：持续工作，电压维持 60V。
风力发电机组变桨系统分析
目录摘要： (2)一、变桨系统论述 (2)（一）变桨距机构 (2)（二）电动变桨距系统 (3)1. 机械部分 (4)2. 气动制动 (5)二、变桨系统 (5)（一）变桨系统的作用 (5)1. 功率调节作用 (5)2. 气动刹车作用 (5)（二）变桨系统在轮毂内的拓扑结构与接线图 (7)三、变桨传感部分 (9)（一）旋转编码器 (9)（二）接近开关 (10)四、变桨距角的调节 (11)（一）变桨距部分 (11)（二）伺服驱动部分 (12)总结 (14)参考文献： (14)致谢 (15)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。
金风1500kW风机故障解释说(Switch变流、VENSYS变桨、贺得克水冷、硬件安全链)B0版
ICSQ/JF 新疆金风科技股份有限公司企业标准新疆金风科技股份有限公司发布Q / JF 2FW1500.90GX.3-2009目 次前 言 (II)金风1500kW风力发电机组风机故障解释说明手册故障 (1)1范围 (1)2注意事项 (1)error_acceleration_nacelle_global--------------机舱加速度故障 (2)error_ambient_temperature_global-----------------环境温度故障 (2)error_water_cooling_global-----------------------冷却系统故障 (3)error_ converter_global----------------------------变流器故障 (11)error_hydraulic_global---------------------------液压系统故障 (16)error_yaw_mechanism_global---------------------------偏航故障 (17)error_generator_global-----------------------------发电机故障 (20)error_grid_global------------------------------------电网故障 (20)error_fuse_global----------------------------------熔断器故障 (24)error_ups_global-------------------------------------ups故障 (26)error_profibus_global-----------------------profibus总线故障 (27)error_pitch_global-----------------------------------变桨故障 (33)error_generator_speed_global-------------------发电机转速故障 (52)error_wind_measurement_global--------------风速仪和风向标故障 (58)error_init_file_global-------------------------初始化文件故障 (59)error_stop_global------------------------------------停机故障 (60)error_system_cpu_global----------------------------- cpu故障 (60)error_navigation_light_global ---------------------航空灯故障 (61)Q / JF 2FW1500.90GX.3-2009前 言本解释说明只是对各个故障进行了简单的讲解，使人明白故障是在什么条件下发生的，发生后会执行什么样动作，对现场机组故障处理起到一定的指导作用。
金风1.5MW风机Vensys变桨系统安全链故障处理
金风1.5MW风机Vensys变桨系统安全链故障处理张红义;呼木吉乐图;王冰;童正;石志强【摘要】变桨系统在风机运行中起很大的作用,通过变桨系统可以实现对风能的最好利用,跟踪最优风能利用系数.但变桨系统是风机系统报故障相对较多的部分,而且处理起来非常麻烦.本文结合金风1.5MW机组调试和维护工作中积累的经验,对Vensys变桨系统进行介绍并对发生过的故障进行分析和探讨.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2015(000)009【总页数】3页(P71-73)【关键词】变桨系统;继电器;滑环;安全链;故障文件【作者】张红义;呼木吉乐图;王冰;童正;石志强【作者单位】北京京能新能源有限公司内蒙古分公司,内蒙古呼和浩特010070;北京京能新能源有限公司内蒙古分公司,内蒙古呼和浩特010070;北京京能新能源有限公司内蒙古分公司,内蒙古呼和浩特010070;北京京能新能源有限公司内蒙古分公司,内蒙古呼和浩特010070;北京京能新能源有限公司内蒙古分公司,内蒙古呼和浩特010070【正文语种】中文【中图分类】TK831 金风1.5MW风机变桨系统及其典型故障1.1 变桨系统介绍变桨系统由变桨驱动系统(变桨减速器、变桨电机)、桨叶(叶片、变桨轴承)、齿形带、齿形带支架、变桨控制系统组成。
图1 变桨系统组成部分1.变桨驱动系统;2.变桨控制系统;3.齿形带支架;4.桨叶;5.齿形带1.2 变桨系统工作原理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。
在系统正常状态下，变桨控制柜主电路提供的400V 交流电通过直流充电电源变为60V直流电给超级电容充电，当桨叶需要变桨时，系统通过beckoff模块的模块给变桨变频器信号，由变频器将60V直流电变为29V三相交流电为变桨电机供电。
同时在变频器给变桨电机供电时，也给继电器供电使其吸合，继电器吸合后，变桨电机的电磁刹车也会动作，将变桨电机松开使其能转动。
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速调节。 • 每个叶片的变桨控制柜可以独立控制。 • 每个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，能保证当来自滑环的电网电压掉电时，备用电源直接给变桨控
3×35mm2 Motor 10×1mm2
2×1mm2 91°限位开关 8×1mm2
3×35mm2 Motor 10×1mm2
2×1mm2 91°限位开关 8×1mm2
Encoder旋编
2-3×1mm2 87°、5° 接近开关
电机控制 及信号线
Encoder旋编
2-3×1mm2
87°、5° 接近开关
链
DP总线 (3)
x5b x5a x10a x10b x5c Pitchbox2 x10c
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 91°限位开关 8×1mm2
三、变桨系统的介绍
1、变桨柜之间连接线示意图
滑环
3×2.5mm2
DP总线 (3)
安 全 链
DP总线 (3)
3×400V AC供 电
4×2.5mm2
x5b x5a x10ax10b x5c Pitchbox1 x10c
x9 x8 x6 x7
3×400V AC供 电
4×2.ห้องสมุดไป่ตู้mm2
安
DP总线
全
(3)
DC 24V
DC/DC 变换
温
状
控
变
电
度
态
制
桨
机
信
信
命
速
温
号
号
令
度
度
Pt100
风扇
电源开关
开关电源
DC 60V
DC 0V
电机 刹车
变桨逆变器AC2
UVW 变桨电机
叶 片 桨 距 角
旋转编码器
91
87
度 5度 度
限 接接
位 近近
开 开开
关 关关
3、变桨系统特点
• 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。
•中间的插头 Profibus DP现场总线，2芯线+屏蔽，10VDC；
•下面的插头 5芯线，400VAC，机舱到变桨系统的电源
四、变桨系统主要部件
控制柜内部电源及控制检测部分: • 1、直流充电器NG5 • 2、变桨变频器AC2 • 3、超级电容 • 4、电容电压转换模块A10和倍福KL3404模块 • 5、倍福BC3150及其他模块 • 6、温度传感器Pt100和倍福KL3204模块 • 控制柜外部驱动及检测部分: • 7、变桨电机 • 8、旋转编码器和倍福KL5001模块 • 9、5°和87°接近开关 • 10、91°限位开关
课程大纲
• 一、变桨系统的机械结构 • 二、变桨距控制的目的 • 三、变桨系统的介绍 • 四、变桨系统主要部件 • 五、变桨系统的维护和故障诊断
一、变桨系统的机械结构
控制系统
二、变桨距控制的目的
在风力发电领域中应用的几种控制方式：
• 定速定桨控制(FSFP) 成本低、功率曲线较差
• 定速变桨控制(FSVP) 叶轮转速基本保持不变、额定风速以上可以实现恒功率
• 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
3、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
制系统供电，足以使叶片以7°/s的速率，从0°顺桨到90°。 • 变桨柜内部和主控通讯都采用DP总线，其传输速率为3Mbit/秒 • 各个变桨柜都有独立的手自动变桨装置和电源开关装置。
4、变桨控制方式
• 自动变桨：正常工作，程序控制；
• 手动变桨：调试、维护；只有当两只叶片的位 置在86度附近，第3只叶片才能朝0度变桨；若 要维护某一叶片，如叶片朝0°方向变桨，其桨 距角不能小于5°，如叶片朝90°方向变桨，当 碰到限位开关后，不能再变桨，若要继续变桨， 可采取强制变桨模式变桨，而其余两个叶片则 要求转到桨距角不能小于86°的位置。
• 变速失速控制(VSFP) 额定风速以下可以实现最优Cp、但额定风速以上功率曲线较差
• 变速变桨控制(VSVP) 定风速以下通过控制发电机的转速使其跟踪风速，这样可跟踪最优Cp；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。
相同容量的定桨距和变桨距机组功率曲线的对比
1、直流充电器NG5
• 型号：Zivan Battery Charger NG5 • 输入电压：400VAC(+/-15%) • 输出电压：60VDC • 输出电流：80ADC 优点： • 效率高； • 体积小； • 充电时间短； • 充电不受交流电源变化的约束； • 能够提供理想的充电曲线。
2、变桨变频器AC2
电机控制 及信号线
Encoder旋编
2-3×1mm2
87°、5° 接近开关
电机控制 及信号线
2、变桨系统电气回路图
Profibus DP
自动/手动切换
状态
Beckhoff I/O system
向0度变桨
向90度变桨 手动控制
状态 信息
电压信 号
控制 命令
A10电压/电 流转换
DC 24V DC/DC 变换
• 强制手动变桨：调试、维护；3只叶片都可以朝 0度变桨，不受86度限制；叶片能在任意桨距角 范围内任意转动。
• Forward：朝0度变桨；
• Backward：朝90度变桨
注意：强制手动模式时，操作不当对机械部件 和人员可能引起相当大的危害。
5、变桨系统与机舱的连接
•上面的插头 5芯线+屏蔽，24VDC，机舱到变桨的安全链；
相比密封铅酸蓄电池作备用电源的变桨系统，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。