Vensys变桨系统简介
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
变桨系统简介
★ 三相异步交流电机变频器 ★ 电子刹车功能 ★ CAN BUS 接口 ★ 程序存储器 ★ 额定直流输入电压60VDC ★ 最大输出电流450A ★ 开关频率8kHz ★ 环境温度-40℃~+50℃，最高工作温度90℃
※ 第一路控制轴柜加热器 ※ 第二路控制2T2输入电源
进入紧急模式
紧急模式桨叶转到89°位置的故障包括：
(1) 本桨叶位置小于最小位置限值； (2) 本桨叶位置大于最大位置限值； (3) 转速超过最高转速限值； (4) Profibus DP通讯故障 (5) 安全链动作； (6) 主电源故障； (7) 欠压； (8) 电机堵转； (9) 变频器超温； (10)轴箱超温； (11)超级电容中间电压比较错误 (12)90°位置传感器故障； (13)3°位置传感器故障；
TR-1.5G采用两个电源管理 模块，用于AC220V转换 DC60V供变频器及超级电容 使用。
※ INPUT 230VAC ~14A 50~60Hz
※ OUTPUT 60/75V 33/25A
CPU：CX9000-0001 AI：EL3204 DI：EL1008 DO：EL2008 SSI：EL5001 Profibus DP CAN OPEN
所有的外部连接通过屏蔽电缆接地哈丁插头内部采用gnd接地轴箱接地采用铜条或接地螺钉采用冷板技术变频器取消传统散热风扇紧贴在大功率散热板上铸铝散热器制造材质本身具有升温快散热效率高的特性变桨系统结构简图滑环进线包括一根400vac电源线一根profibusdp通讯线一根12芯24vdc电源线
目录
一、变桨系统硬件组成 二、变桨系统接口定义 三、变桨系统控制方案及故障诊断 四、变桨系统与风电主控通讯
变桨系统培训
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；
向前/向后变 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。
0度接近开关挡块调整操作
操作规范： 进行以下操作时，要求两人进行操作，一人进行变桨操作，一人进行变桨机械设备 安全监测，保证变桨时机械设备始终在安全的区域，并且在停止变桨时，进行传感器 位置的调节。 0°接近开关位置校正： 旋转变桨旋钮S2至“B”，使叶片顺时针旋转（面对轮毂），主控调试人员观察叶 片角度，旋转至5°时，停止变桨。调整挡块与接近开关，使接近开关被触发，但大 于5°时接近开关不被触发，调整接近开关与挡块之间的距离在1~2mm。调节完毕后， 观察0°接近开关反馈为高电平，如果为低电平，说明接近开关未被触发，需要继续 调节。完成上述操作以后，旋转变桨旋钮S2至“F”，使叶片逆时针旋转（面对轮 毂），观察0度接近开关反馈与叶片角度，使叶片角度停止在-2°，在此角度范围内0 度接近开关反馈必须持续为高电平，如果存在低电平，则需要缩小接近开关与挡块间 的距离，但勿必保证接近开关与挡块不摩擦。
变桨系统所在位置 1.叶片 2. 轮毂 3.变桨系统 4.发电机转子 5.发电机定子 6.偏航电机 7.风速仪、风向标 8.基座 9.塔筒 10 .提升机 3
7 1
10 5
8 2
6
4
9
变桨系统外观
变桨电机 轮毂
变桨柜
变桨柜内部结构图
变桨直流电源NG 5
变桨系统原理及维护
变桨系统原理及维护变桨系统是风力发电系统中的核心部件，用于控制风机的叶片角度，以适应不同风速下的转速和输出功率。
它由电气控制系统、机械传动系统和叶片角度测量系统组成。
本文将介绍变桨系统的原理和维护。
首先，变桨系统的原理是根据环境气象条件和主轴转速实时监测风力发电机的转速和功率输出，通过调整叶片角度控制风机的输出功率。
当风速较低时，变桨系统将自动调整叶片角度，使风机转矩增加，从而提高转速和功率输出；当风速较高时，变桨系统将减小叶片角度，减少风机转矩，以防止过载。
变桨系统的主要任务是保证风机在不同风速下的安全运行和最大功率输出。
变桨系统的维护包括定期检查和维修工作。
首先，需要定期检查变桨系统的电气控制部件，包括传感器、控制器、电机和电缆等，确保其运行正常。
其次，需要检查机械传动系统，包括转动轴、齿轮和传动带等，保证其没有松动或磨损，并注油润滑。
同时，应定期检查叶片角度测量系统，确保测量准确，及时调整或更换传感器。
另外，还需检查电缆连接是否牢固，机械部件是否有异常噪声和振动等。
如果发现故障或异常，应及时维修或更换受损部件。
对于变桨系统的维护，还需要注意以下几点。
首先，要定期清洁变桨系统的尘埃和污垢，以防止对系统运行产生干扰。
其次，应定期校准传感器，确保测量准确。
此外，需要备好备件，以备紧急更换。
在维护期间，应使用专业工具和设备，以确保操作安全和有效。
最后，为了保证变桨系统的正常运行和延长使用寿命，还应定期对系统进行性能测试和分析，通过数据监测和故障诊断，及时发现和解决潜在问题。
此外，还应进行系统的升级和改进，以适应新的技术和需求。
总之，变桨系统是风力发电系统中不可缺少的关键部件，通过调整叶片角度实现对风机输出功率的控制。
正确维护和保养变桨系统可以保证其正常运行和延长使用寿命，同时还需不断通过技术升级和改进提高系统性能和可靠性。
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。
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
变桨系统介绍范文
变桨系统介绍范文变桨系统是风力发电机组中的重要组成部分，主要用于调节和控制风力发电机的桨叶角度，以实现风力发电机的最佳风能捕捉和发电效率。
本文将详细介绍变桨系统的工作原理、组成部分、类型和应用。
一、工作原理变桨系统的主要工作原理是根据风力发电机的工作状态和风速的变化来调整桨叶角度，从而确保风能的最大化转换和最佳发电效率。
当风速较低时，变桨系统会调整桨叶角度使风能更好地捕捉并转化为机械能；当风速较高时，变桨系统会调整桨叶角度以减小风力对发电机组的影响，保证发电机组的安全运行。
二、组成部分1.桨叶：桨叶是变桨系统的核心部分，主要由复合材料制成，具有轻质、高强度和耐腐蚀的特点。
桨叶的角度调节直接影响到风能捕捉和发电效率。
2.变桨机构：变桨机构是用于调整桨叶角度的装置。
常见的变桨机构有液压变桨机构、电动变桨机构和气动变桨机构等。
液压变桨机构是目前应用最广泛的一种，可以通过液压系统实现桨叶角度的快速调整。
3.桨叶角度传感器：桨叶角度传感器用于测量桨叶的实际角度，并将数据传输给变桨控制系统，以实现对桨叶角度的准确控制。
4.变桨控制系统：变桨控制系统是整个变桨系统的核心，负责接收和处理来自桨叶角度传感器的数据，并根据风速和发电机组的工作状态来调整桨叶角度。
三、类型1.常规变桨系统：常规变桨系统通过调整桨叶角度来响应风速变化，以实现风能捕捉和发电效率的最大化。
常见的常规变桨系统包括液压变桨系统和电动变桨系统。
2.主动变桨系统：主动变桨系统是基于外部风速信息来主动调整桨叶角度的变桨系统。
通过接收来自气象站或其他风速监测设备的风速信息，主动变桨系统可以根据实时风速变化来调整桨叶角度，以实现最佳风能捕捉和发电效率。
3.响应变桨系统：响应变桨系统是基于发电机组内部状态变化来调整桨叶角度的变桨系统。
它通过监测发电机组的负载情况和发电机组的机械振动等指标，调整桨叶角度以保证发电机组的安全稳定运行。
四、应用变桨系统广泛应用于风力发电机组中。
降低金风1.5MW机组变桨子站总线故障频次
降低金风1.5MW机组变桨子站总线故障频次摘要：风力发电是一种可再生的清洁新能源，随着我国风力发电装机比例的不断提高，其稳定可靠的运行方式备受关注。
金风风电1.5 MW风电机组是金风公司最早开发的一种永磁直驱风电机组，由于使用年限的增长，一些电器部件老化，金风风电1.5 MW机组的变桨子站总线故障频繁发生，对风电机组的高效、安全运行造成了极大的威胁。
因此，减少金风风电1.5 MW机组的子站总线故障频率，是提高风电机组运行效率的关键。
在具体的工程实践中，通过软件监控、加强设备的精细化维修以及改善 DP通信部件的工艺，可显著降低设备的故障频率，缩短停机时间，提高设备的可利用率及设备的可靠性。
减少金风风电1.5 MW 机组的子站总线故障频率，既有利于提高风电企业的经济效益，又满足了我国的节能环保需求。
本项目以金风风电1.5 MW机组为研究对象，针对金风风电1.5 MW机组变桨子站总线故障，探索减少其发生频率的方法与手段，有效地减少变桨子站总线故障频率，促使系统安全稳定与可靠运行。
关键词：故障诊断；变桨控制系统；风电机组To reduce the frequency of faults in the variable-rotor bus station of Jinfeng 1.5 MW unitZuo shi haiCGN New Energy Yunnan branch Mou Ting Fung Tun Wind Farm Chuxiong Yi Autonomous Prefecture, Yunnan provinceAbstract: Wind power is a renewable and clean new energy. With the increasing proportion of installed wind power in China, its stable and reliable operation mode has attracted much attention. Goldwind 1.5MW wind turbine is a kind of permanent magnet direct drive wind turbine first developed by GoldwindCompany. Due to the growth of service life and aging of some electrical components, the bus failure of the transformer station of the 1.5MW wind turbine frequently occurs, which poses a great threat to the efficient and safeoperation of the wind turbine. Therefore, reducing the frequency of sub-station bus failure of Jifeng Wind Power 1.5MW unit is the key to improve the operating efficiency of wind power units. In specific engineering practice, throughsoftware monitoring, strengthening the fine maintenance of equipment andimproving the process of DP communication components, the failure frequency of equipment can be significantly reduced, the downtime can be shortened, the availability of equipment and the reliability of equipment can be improved. Reducing the sub-station bus failure frequency of Jinfeng Wind Power 1.5MW unitis not only conducive to improving the economic benefits of wind power enterprises, but also meets the needs of energy conservation and environmental protection in China. This project takes Jinfang Wind Power 1.5MW unit as the research object, aiming at Jinfang wind power 1.5MW unit bus failure, explores ways and means to reduce the frequency of bus failure, effectively reduces the frequency of bus failure, and promotes the safe, stable and reliable operationof the system.Key words: fault identification; Variable pitch control system; Wind turbine set引言变桨系统是作为大型风电机组控制系统的核心组成部分，对机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。
变桨系统（内容及基础原理的简介）
风力发电机变桨系统所属分类:技术论文来源:电器工业杂志更新日期:2011-07-20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。
变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。
风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。
变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。
风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。
任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。
变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。
此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。
由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。
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。
变桨系统的基本操作
变桨系统的基本操作变桨系统是一种高效利用风能的技术工具，它能够根据风速和风向的变化，自动调整桨叶的角度和转速，以使风能被最大程度地转化为电能。
下面将介绍变桨系统的基本操作。
一、变桨系统的概述变桨系统主要由变桨控制器、变桨驱动机构和变桨机构组成。
变桨控制器负责监测风速和风向，根据设定的参数控制变桨驱动机构的动作，进而调整桨叶的角度。
变桨驱动机构根据控制器的指令，通过液压或电动机等手段实现桨叶的转动。
变桨机构则是桨叶和驱动机构的连接部分，它能够使桨叶绕轴心转动。
二、变桨系统的基本操作步骤1.初始化：启动变桨系统前，需要对系统进行初始化。
包括检查并确保变桨控制器和驱动机构的工作状态良好，检查桨叶和机构的连接是否牢固，以及确认各通信线路是否连接正确。
2.监测环境：变桨系统需要实时监测环境中的风速和风向，通常会配备风速风向传感器。
传感器将风速和风向信息传递给变桨控制器。
3.判断风速：变桨控制器接收到风速信息后，根据预设的参数判断当前风速是否超过了设定值。
如果风速低于设定值，则不需要调整桨叶的角度；如果风速高于设定值，则需要根据参数设定的规则调整桨叶的角度。
4.调整桨叶角度：当风速超过设定值时，变桨控制器会通过信号传递给变桨驱动机构。
驱动机构根据控制器的指令，调整桨叶的角度。
如果风速过大，驱动机构会将桨叶的角度调整为最佳状态，以减小风对桨叶的影响，保证风能的最大利用率。
如果风速逐渐减小，则桨叶的角度也会随之调整。
5.监测桨叶状态：变桨系统还需要监测桨叶的工作状态，包括桨叶的转速、角度以及叶片表面的磨损程度等。
如果发现桨叶存在异常情况，如转速过高、角度偏差过大或磨损过度等，需要及时修复或更换。
同时，系统也应该随时准备好进行维护和保养。
6.停止系统：当风力不足或需要对系统进行检修时，可以选择停止变桨系统的运行。
这时，变桨控制器会发送停止信号给变桨驱动机构，桨叶会被固定在一些角度上，不再调整。
三、变桨系统的注意事项1.变桨系统的操作和维护需要由专业人员进行。
风电场Vensys变桨系统
4、电容电压转换模块A10和倍福KL3404模块
• 将电容电压（高电压60V、 低电压30V）转换成倍福模 块能够检测的电压范围内。
• 将AC2变频器的OK信号进行 转换。
• KL3404模拟量输入模块 。
• 处理-10 V～+10 V 的电 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。
维护完成后： a) 将主开关旋到“On”位置； b) 靠手动操作方式将叶片转到顺桨位置； c) 在变桨柜上将开关旋到“A”位置。
注意：如果叶片未能完全转到顺桨位置，将开关从“M”位置旋到“A”位置 后，控制系统会自动将叶片进一步旋转顺桨位置，维护人员不要靠近
定期检查变桨减速器的油位应在 油窗的1/2处，如果不够则需要 添加，需加油的变桨减速器的叶 尖应朝下,应在油温低于40℃时 进行。
10、91°限位开关
技术数据
最大电压 持续电流 最大开关频率 机械寿命-动作次数 工作温度 标准执行机构形态
认证 重量
400VAC 5A
100/min 106
-30~+80oC C
UL，CSA 0.16kg
触点类型 接通、断开
开关功能 常闭
触点开关 3个常闭
类型 A3Z
最大电压 最大恒流
400V
6A
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
Vensys变桨控制系统培训
DC 60V 开关电源
变桨逆变器AC2 叶 片 桨 距 角
U 电源开关
V
W
DC 0V
电机 刹车
变桨电机 旋转编码器 91 度 限 位 开 关 87 度 接 近 开 关
5度 接 近 开 关
四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理
4.5 温度传感器Pt100
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。
Vensys变桨控制系统
编写：臧敦广
讲解：臧敦广 2013年5月
标题
• 内容 项目配置：一期进口 vensys，二期国产vensys
一、Vensys 变桨控制系统控制柜内硬件分布；
二、 Vensys 变桨控制系统的电气控制原理；
三、Vensys 变桨控制系统主要元件及工作原理；
四、Vensys 变桨控制系统故障解释。
四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理
4.4 电容电压转换模块 A10
将电容电压（高电压60V、低电压30V）转换成倍福模块能够检测的电压。将AC2变频器 的OK信号进行转换传送给PLC的相应模块。
电容电压转换模块 A10
四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理
A10 电路原理图
x9 3× 35mm2 2× 1mm2
3× 35mm2
2× 1mm2 Motor 10× 1mm
2
2× 1mm2 Motor 10× 1mm2
限位开关
Motor
限位开关
限位开关
风力发电机液压变桨系统与电动变桨系统对比分析
风力发电机液压变桨系统与电动变桨系统对比分析摘要：风力发电机组变桨系统通过对叶片桨距角的控制调节发电机输出的扭矩和功率，使其能够控制发电机转速使其跟踪风速变化。
文章针对目前流行的两种变桨系统进行研究，并指出液压变桨系统和电动变桨系统在使用维护中存在的优缺点。
关键词：风力发电机组叶片桨距角控制扭矩和功率控制并网型风力发电机组是将风的动能转换成机械能，再把机械能转换成电能并入电网。
由于风速随时发生变化，因此长期运行在野外的风力发电机组承受着十分复杂恶劣的交变载荷。
所以风力发电机组各个部件的疲劳强度、材料结构和控制策略是影响风力发电机组寿命的主要因素。
叶轮是扑捉风能的关键部件，叶轮是由叶片和轮毂组成。
叶片具有空气动力外形，在气流的作用下产生力矩驱动叶轮转动，通过轮毂和主轴将扭矩传递到齿轮箱增速来驱动发电机，再经过变流器把电压转换成和电网电压频率，幅值和相位完全一致后经箱变并入电网，由此完成能量的变换。
变桨控制系统通过控制对叶片的迎风角度能够获取更多的风能，并减小因阵风引起的载荷，因此取得了广泛应用。
变桨系统能够控制发电机转速使其跟踪风速变化，时刻跟踪风能利用系数Cp，通过对变桨系统的控制可以对输出扭矩和功率进行控制，保持最佳功率曲线。
变桨距控制系统通过控制连接在轮毂轴承机构转动叶片来控制叶片桨距角，由此来减小翼型的升力来控制叶轮的转速达到控制输出扭矩和功率的目的。
变桨距系统可根据风速连续调节叶片的桨距角，以便达到在额定风速以上能够保持输出功率恒定的的目的。
一般在额定风速以下，叶片的启动桨距角是87度左右，当风力发电机在启动的过程中桨距角逐渐向0度方向转动，此时气流在轮毂上产生的提升力逐渐增加，叶轮越转越快，当达到额定转速时风机并网运行，所以控制叶片的桨距角是变桨控制系统的关键。
1 液压变桨系统的原理与结构液压变桨距的控制原理就是控制系统通过检测信号驱动液压系统，使液压系统变桨缸直接运行，从而通过一个运动装置将直线运动变为圆周运动，来推动带有轴承的叶片转动，实现调节桨距角的目的。
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。
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。
风力发电机液压变桨系统与电动变桨系统对比分析
风力发电机液压变桨系统与电动变桨系统对比分析摘要：风力发电机组变桨系统通过对叶片桨距角的控制调节发电机输出的扭矩和功率，使其能够控制发电机转速使其跟踪风速变化。
文章针对目前流行的两种变桨系统进行研究，并指出液压变桨系统和电动变桨系统在使用维护中存在的优缺点。
关键词：风力发电机组叶片桨距角控制扭矩和功率控制并网型风力发电机组是将风的动能转换成机械能，再把机械能转换成电能并入电网。
由于风速随时发生变化，因此长期运行在野外的风力发电机组承受着十分复杂恶劣的交变载荷。
所以风力发电机组各个部件的疲劳强度、材料结构和控制策略是影响风力发电机组寿命的主要因素。
叶轮是扑捉风能的关键部件，叶轮是由叶片和轮毂组成。
叶片具有空气动力外形，在气流的作用下产生力矩驱动叶轮转动，通过轮毂和主轴将扭矩传递到齿轮箱增速来驱动发电机，再经过变流器把电压转换成和电网电压频率，幅值和相位完全一致后经箱变并入电网，由此完成能量的变换。
变桨控制系统通过控制对叶片的迎风角度能够获取更多的风能，并减小因阵风引起的载荷，因此取得了广泛应用。
变桨系统能够控制发电机转速使其跟踪风速变化，时刻跟踪风能利用系数Cp，通过对变桨系统的控制可以对输出扭矩和功率进行控制，保持最佳功率曲线。
变桨距控制系统通过控制连接在轮毂轴承机构转动叶片来控制叶片桨距角，由此来减小翼型的升力来控制叶轮的转速达到控制输出扭矩和功率的目的。
变桨距系统可根据风速连续调节叶片的桨距角，以便达到在额定风速以上能够保持输出功率恒定的的目的。
一般在额定风速以下，叶片的启动桨距角是87度左右，当风力发电机在启动的过程中桨距角逐渐向0度方向转动，此时气流在轮毂上产生的提升力逐渐增加，叶轮越转越快，当达到额定转速时风机并网运行，所以控制叶片的桨距角是变桨控制系统的关键。
1 液压变桨系统的原理与结构液压变桨距的控制原理就是控制系统通过检测信号驱动液压系统，使液压系统变桨缸直接运行，从而通过一个运动装置将直线运动变为圆周运动，来推动带有轴承的叶片转动，实现调节桨距角的目的。
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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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
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：
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。
一、变桨系统的机械结构
控制系统
变桨电机通过变桨减速器驱动涨紧轮，涨紧 轮拉动齿形带，齿形带带动变桨盘完成叶片 的角度调整。
二、变桨系统的功能
实现风力发电机组的变桨控制，在额定风速以上通过控制叶片桨叶角，使输出功率保 持在额定功率附近。在额定功率以下，保持叶片角度在最小桨叶角，使得风力发 电机处在最大吸收风能状态。停机时，调整桨叶角至停机位置（87度），使风力 发电机组出于安全状态。
Vensys变桨系统简介
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
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。
三、变桨系统的电气结构及控制流程
3.1变桨系统分布结构
Vensys变桨系统由三个柜子组成，每个 柜子都是一套独立的控制系统，完成对 单只叶片的角度控制与调节。主控发出 的信号通过机舱柜，经过滑环，传到三 个变桨柜。
变桨机组的控制策略为：
A、额定风速 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。
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。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
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：
AC2共有6个外部接口，变桨系统对其使用情况如下： 端口A：串行通信口，共有8个针，使用A3（PCLTXD）、A4（NCLTXD）两个针。输出信号是 驱动器内部状态信号，用于指示驱动器当前的内部故障。 端口B：2个针，没有使用。 端口C：4个针，CAN总线接口，没有使用。 端口D：6个针，增量型编码器接口，使用D3、D5，为旋转编码器送来的两路正交编码信号。 端口E：14个针，E1接入控制器送来的0~10V模拟量电压信号，此信号决定驱动器输出电压 的频率，用于调速；E2、E3两个针间串入5K的电阻；E12用来接收主控发出的手动向前变桨 信号，E13用来接收主控发出的手动向后变桨信号。 端口F：12个针，F1为驱动器使能信号，此端口接入60V电压后驱动器才能工作；F4为松闸 信号，此端口接收到高电平后，会在端口F9（NBRAKE）输出高电平，通过继电器控制变桨 电机内的电磁刹车；；F5（SAFETY）和F11（-BATT）短接；F6和F12间串入变桨电机内部 的PTC，用于测量电机温度。