PLC的风电机组变桨距系统
PLC控制器在变桨控制系统中的应用
1、引言功率调节是风力发电机组的关键技术之一。
风力发电机组在超过额定风速（一般为12~16m/s）以后，由于机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制，必须降低风轮的能量捕获，使功率输出仍保持在额定值附近。
这样也同时限制了叶片承受的负荷和整个风力机受到的冲击，从而保证风力发电机安全不受损害。
功率调节的方式主要有定桨距失速调节、变桨距角调节和混合调节三种方式。
目前兆瓦级风机普遍采用变桨距角调节方式。
而世界上大型风力发电机组变桨距系统的执行机构主要有两种，液压变桨距执行机构和电动变桨距执行机构。
其中电动变桨距系统的桨距控制通过电动机来实现，结构紧凑、控制灵活、可靠，正越来越受到大多数整机厂家的青睐，市场前景十分广阔。
2、变桨距风力发电机组2.1变桨距原理变桨距就是叶片绕其安装轴旋转，改变叶片的桨距角，以改变叶片的风能捕获能力，从而改变风力发电机的气动特型。
《风力发电机组原理与应用》。
2.2变桨距风力发电机特性启动时，调节桨距角，限制风能捕获以维持风力机转速恒定。
低于额定风速时，保持桨距角恒定在0O附近，通过调速控制使风力机运行于最佳叶尖速，维持风力机组在最佳风能捕获效率下运行。
高于额定风速时，调节风力机桨距角，使风轮叶片的失速效应加深，从而限制风能的捕获，确保高风速段的额定功率。
变桨距功率调节可在高于额定风速时保持稳定的功率输出，并且机组结构受力相对较小。
但是需要桨距调节装置，控制系统复杂，价格较高，风速跟踪有延时，可能导致风力机瞬间超载。
同时，风速的不断变化会导致变桨机构频繁动作，损坏后维修费用昂贵。
3、电动变桨距系统电动变桨是用电动机作为变桨动力，通过伺服驱动器控制电动机带动减速机的输出轴齿轮旋转, 输出轴齿轮与桨叶根部回转支承的内侧的齿轮啮合，带动桨叶进行变桨。
<浅谈风力发电机组的液压和电动变桨系统>电动变桨距系统可以允许三个桨叶独立实现变桨。
每个桨叶有一套蓄电池和轴控制盒以及伺服电机和减速机放在轮毂里，整个系统的通讯总线和电缆靠滑环与机舱的主控制器连接。
变桨距风力发电机组控制系统方案
研究的主要内容
1. 风力机组的特点及运行过程 2.变桨距控制系统 3.控制系统的执行机构 4.变桨距风力发电机组的模型 5. 对风力发电技术的展望
控制系统的执行机构 本系统采用的是电动变桨距机构，电动变桨距机 构可采用伺服电机对每个桨叶进行单独调节。伺 服电机通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿圈相啮合， 直接对桨叶的节距角进行控制。位移传感器采集 桨叶节距角的变化从而构成闭环控制。在系统出 现故障或控制电源断电时，电机由蓄电池等储能 装置供电将桨叶调为顺桨位置。
变桨距风力发电机组控制系统的 研究
付冬梅
研究的主要内容
1. 风力机组的特点及运行过程 2.变桨距控制系统 3.控制系统的执行机构 4. 变桨距风力发电机组的模型 5.对风力发电技术的展望
变桨距风力发电机组的特点
1.机组的特点
1
改善机组的受力， 优化功率输出 （与发电机转差 率调节配合） .
2
比定桨距风力机 额定风速低、效 率高；且不存在 高于额定风速的 功率下降问题 .
变桨距控制系统
3.变桨距控制
额定功率 风速
+
-
功率 控制器A
+ -
+ -
变桨 执行器 桨距角
变距 机构
风轮 系统
传动 系统
发电机
滤波器
风速信号 转速
同步转速
-
P
功率给定
+
S
+
-
功率 控制器B
转子电流 执行器
发电功率
b、功率控制器A并网后执行变桨到最大攻角，低于额定功率（额定风速）时控制 器输出饱和，攻角最大；高于额定风速后进入恒功率控制；引入风速前馈通道， 超过额定风速后，当风速变化时起到快速补偿作用。 c、功率控制器B低于额定风速调节转差率“实现”最佳叶尖速比调节，即风速增 加转差率增大；高于额定风速时配合功率控制器 A维持功率恒定。原理是风速出 现波动时，由于变桨调节的滞后使驱动功率发生波动，调节转差率（转子电流） 使机组转速变化而维持功率恒定，利用风轮储存和释放能量维持输入与输出功率 的平衡。
基于倍福PLC的风电机组变桨控制设计与研究
基于倍福PLC的风电机组变桨控制设计与研究罗昕;张磊;张琨;秘春号【摘要】为了提高控制精度,加强变桨系统稳定性,以模糊自适应PID控制为核心算法,设计了一套以倍福PLC为主控,三相同步永磁伺服电机为执行机构的风机变桨距系统.并成功于国内某风电企业的双馈变桨距风力机上通过测试,对现场测试结果进行分析得知,此PLC变桨系统可以使风机安全可靠运行,验证了硬软件设计的合理性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2014(044)007【总页数】4页(P54-57)【关键词】电动变桨系统;功率输出最优;伺服驱动;发电机并网【作者】罗昕;张磊;张琨;秘春号【作者单位】河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130【正文语种】中文【中图分类】TP277定桨距失速控制和变桨距控制是目前世界上风电机组投入生产运行的两种功率调节方式，与风电机组定桨距控制相比，变桨距控制的风机在启动和制动性方面优势明显，在提升风机运行可靠性的基础上，确保了风能的高利用系数以及功率输出曲线的优化。
液压变桨系统和电动变桨系统是当今世界风力发电机组变桨距系统的两种适用类型［1］。
电动变桨系统因其结构简单、维护方便和防滑耐用的特点，目前已为大部分风机制造商所广泛采用。
这种以电机作为驱动桨叶执行机构的变桨系统，已发展为风力发电机组变桨技术的发展趋势。
本文实验平台采用电动变桨距控制系统。
1 变桨距系统结构及原理本文实验平台是在变桨双馈风力发电机组的基础上搭建的，其额定功率1.5 MW，系统的控制方式为减速齿轮拖动变桨距，其结构原理图如图1所示。
伺服电机的输出轴连接至减速器的输入轴即主动齿轮4并驱使其转动，主动齿轮和与桨叶输入轴连接的内齿圈3咬合，则桨叶即可在伺服电机驱动下旋转。
图1中，1为支撑外圈，2为位移传感器，3为内齿圈，4为主动齿轮，5为支撑板，6为电气板，7为接近开关，8为传感器放大器，9为伺服电机。
基于西门子S7-300 PLC的风电机组专用变桨距控制系统设计
ｈ ｒ ｗａｅｄ ｓ ｎ ａ ｄ ｔｅｓ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｃ ｉ ｅ ｅａｌ． ｈ ｏ ｔ ｌ ｒ ｃｓｏ ｎ ｅｆ ｎ ｔ ｎｏ ＶＲ （ ｏ ａ ｄ ｒ ｅ ｉ ｎ ｏ ｔ ｅｆ ｍｅａ ｅｄ ｓｒｂ ｄ ｉ ｄ ｔｉ Ｔ ｅｃ ｎ ｒ ｅ ｉｉ ｎａ ｄ ｔ ｃｉ ｆ ｇ ｈ ｗａ ｌ ｎ ｓ ｏ ｐ ｈ ｕ ｏ Ｌ Ｔ Ｌ ｗ
Ｋｅ ｒ ： ＬＣ； ｎ ｕ ｂ ｎ ， ａ ｉ ｂ ｅ ｐ ｔ ｈ ｃ ｎ ｒ ｌ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｙ ｗｏ ｄｓ Ｐ ｗｉ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｖ Байду номын сангаас ａ ｌ ｉｃ ｏ ｔｏ ； ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ
１ 引言
随 着能 源 的持 续紧 张 ， 能作为 一 种清 洁能 源 ， 风 是
全相 同。
ｆ孬 ｉｉ 再 第个 叶 捌 一 檠拄 ｌ
度 、系统 内部 温度 、 电池 电压 等变量 的监控 ； 用模拟 选 量输 出模 块 实现对 电机 速度命 令的控 制 ； 选用 位置输入
模 块实 现对 编码 器位 置量 的检 测 。
３ 软 件 设 计
变 桨 距 控 制 系 统 的 软 件 设 计 主 要 是 基 于 西 门 子 ＳＭＡＴ Ｃ ￥ － ０ 系列 Ｐ Ｃ进行 编程 ， Ｉ Ｉ ７ ３０ Ｌ 软件设 计开发平
２ 系统 硬 件设 计
２ １ 系统 要求 ．
收 稿 日期 ： １ —０ — ２ １ ２ ０ ３ ４
《 动 技术 应 ２１年 ０ 第７ 自 化 与 用》０１ 第３ 卷 期
ＰＣ 与 Ｌ
ＤＳ Ｃ
控 制信 号是 主 控 制器直 接 到变 桨 系 统 的硬 线控 制 信号 ， 主要 包括手 动变桨信 号 、安全链信 号等 。安全链 是 独立 于 软件 系统 建 立在 硬件 连接 基 础上 的安 全 控 制 信号 链路 ， 在系统 发生故 障 的情 况下能保证 桨 叶运 行 到 安 全停 机位 置 。
PLC在风力发电机变桨上的应用
第9卷第1期黑龙江科学Vol. 9 2018 年 1月HEILONGJIANG SCIENCE January 2018P L C在风力发电机变桨上的应用李乃川，马安生，赵田，王书瑞(黑龙江省科学院自动化研究所，哈尔滨150090)摘要：一种风力发电机组变桨控制系统。
系统采用可编程逻辑控制器（PLC)为主控制器，控制3个桨叶同步变换桨距角。
变桨系的驱动部分动器和驱动电动机组成，驱动P LC提供的控制量，驱动步进电动机按照控制要 动，带动桨叶完成规定的角的旋转，达制风力发电机桨叶角度变化的目的。
关键词：风力发电；桨距角；PLC;变桨系统中图分类号：TM614 文献标志码：A文章编号：1674 -8646(2018)01 -0128 -02Application of PLC in wind turbine pitchingL I N a i-c h u a n，M A A n-s lie n g，Z H A O T ia n，W A N G S h u-ru i(In s titu te o f A u to m a tio n，H e ilo n g jia n g A cadem y o f S cie nce s，H a rb in 150090，C h in a)A b s tr a c t：A w in d tu rb in e p itc h con tro l system，w h ich uses a program m able logic c o n tro lle r(P L C)as the m ain c o n tro lle r w ith c o n tro llin g 3 blades synchronously changing the p itc h angle.The d riv in g pa rt o f the p itc h system is composed o f a d riv e r and a d riv in g m otor.The d riv e r receives the con tro l am ount pro vid ed by the PLC stepping m otor to rotate according to the con tro l re q u ire m e n ts，so as to d rive the blade to com plete the rotatio n o f the specified p itc h angle a nd con tro l the angle o f the blade o f the w in d tu rb in e.K e y w o r d s：W in d P o w e r；P itch a n g le；P L C；P itc h system全球工业化进程的加快使得能源消耗大幅增长、全球 有 的工业废 数量日 加，造成了气 变化、频 性疾病患病人数增多 ，因此环境 源问题成为当今世界人的重要问题。
PLC在大型风电控制系统中的应用
PLC在大型风电控制系统中的应用【摘要】风力发电的系统结构比较复杂，其特点是时变、具有非线性。
风力发电机组的安全运行，与变桨距控制技术有密切的关系，它可以影响风力发电机的使用年限。
由于变桨距风力发电机具有很好的风能捕捉性，因此现在的很多大型风力发电机都使用可编程控制器（PLC），将其作为变桨距的控制器。
PLC 在使用当中有很多优势，如控制方式灵活、结构完整简单、安全可靠等，而且还具有很强的抗干扰能力。
本文主要分析了PLC在大型风电控制系统中的应用。
【关键词】PLC；风电控制；变桨距随着清洁能源的推广应用，风能也得到了十分广泛的应用，它作为发展最快的可再生清洁能源，具有很大的发展规模以及商业前景，其主要用途是发电。
风力发电技术能够有效地节约不可再生能源。
PLC属于主要应用在风机的机座、机舱当中，起到偏航控制以及变桨的作用，属于控制系统。
风机主控系统有PLC 构成，其硬件是由模块组成的，控制室需要有足够的空间，使测量以及操作能够安全进行。
不同的PLC控制器，彼此使用光缆进行链接，用网络协议方式实现通讯。
商业运行的兆瓦级以上风力发电机，大部分都使用了变桨距技术。
变桨距风力发电机组的叶片均围绕叶片中心轴不断的旋转，其调节输出功率一般要小于额定值。
由于变桨距叶片比较轻巧，而且叶宽比较小，机头的质量没有失速机组大，因此不需要大的刹车，有较好的启动性能。
风电设备一般都是在户外运行，其运行的环境比较恶劣，因此安装空间也受到了很大的限制，需要对有关数据进行精心的分析处理，但目前的可编程控制器难以达到其所需的技术。
空气密度比较低的地区能够达到额定功率，在额定风速下，输出功率会具有相对的稳定性，能够保证足够的发电量。
因此，在风力发电机组控制系统当中，可编程控制器有很重要使用价值以及意义。
1.变桨距风力机控制方式风力发电机的调速方式有很多种，其中变桨距调速是主要的调速方式之一。
变桨距调速的工作原理是增大桨距角的调速装置，减小因风速增大、导致叶轮加速转动的趋势。
风机变桨控制系统简介
风机变桨控制系统简介第一篇：风机变桨控制系统简介风力发电机组变桨系统介绍一．风力发电机组概述双馈风机1.风轮：风轮一般由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩组成。
风轮是风力机最关键的部件，是它把空气动力能转变成机械能。
大多数风力机的风轮由三个叶片组成。
叶片材料有木质、铝合金、玻璃钢等。
风轮在出厂前经过试装和静平衡试验，风轮的叶片不能互换，有的厂家叶片与轮毂之间有安装标记，组装时按标记固定叶片。
组装风轮时要注意叶片的旋转方向，一般都是顺时针。
固定扭矩要符合说明书的要求。
风轮的工作原理：风轮产生的功率与空气的密度成正比﹑与风轮直径的平方成正比﹑与风速的立方成正比.风力发电机风轮的效率一般在0.35—0.45之间(理论上最大值为0.593)。
贝兹（Betz）极限2.发电机与齿轮箱双馈异步发电机变频同步发电机同步发电机---风力发电机中很少采用(造价高﹑并网困难)(同步发电机在并网时必须要有同期检测装置来比较发电机侧和系统侧的频率﹑电压﹑相位,对风力发电机进行调整,使发电机发出电能的频率与系统一致;操作自动电压调压器将发电机电压调整到与系统电压相一致;同时,微调风力机的转速,从周期检测盘上监视,使发电机的电压与与系统的电压相位相吻合,就在频率﹑电压﹑相位同时一致的瞬间,合上断路器,将风力发电机并入电网.)永磁发电机---是一种将普通同步发电机的转子改变成永磁结构的发电机.组.异步发电机---是异步电机处于发电状态,从其激励方式有电网电源励磁(他励)发电和并联电容自励(自励)发电两种情况.电网电源励磁(他励)发电是将异步电机接到电网上, 电机内的定子绕组产生以同步转速转动的旋转磁场,再用原动机拖动,使转子转速大于同步转速, 电网提供的磁力矩的方向必定与转速方向相反,而机械力矩的方向则与转速方向相同,这时就将原动机的机械能转化为电能.异步电机发出的有功功率向电网输送,同时又消耗电网的有功功率作励磁,并供应定子与转子漏磁所消耗的无功功率,因此异步发电机并网发电时,一般要求加无功补偿装置,通常用并联电容补偿的方式.异步发电机的起动﹑并网很方便,且便于自动控制﹑价格低﹑运行可靠﹑维修便利﹑运行效率也较高,因此在风力发电机并网机组基本上都是采用异步发电机,而同步发电机则常用于独立运行.3.偏航控制系统风力机的偏航系统也称对风装置.其作用在于当风速矢量的方向变化时,能够快速平稳地对准风向,以便风轮获得最大的风能.大中型风力机一般采用电动的偏航系统来调整风轮并使其对准风向.偏航系统一般包括感应风向的风向标, 偏航电机, 偏航行星齿轮减速器,回转体大齿轮等.解缆大多数风机的发电机输出功率的同轴电缆在风力机偏航时一同旋转,为了防止偏航超出而引起的电缆旋转,应该设置解缆装置,并增加扭缆传感器以监视电缆的扭转状态.4.变桨控制系统 5.变流器 6.塔架风机四种不同的控制方式: 1.定速定桨距控制(Fixed speed stall regulated)发电机直接连到恒定频率的电网,在发电时不进行空气动力学控制 2.定速变桨距控制(Fixed speed pitch regulated)发电机直接连到恒定频率的电网,在大风时桨距控制用于调节功率3.变速定桨距控制(Variable speed stall regulated)变频器将发电机和电网去耦(decouples),允许转子速度通过控制发电机的反力矩改变.在大风时,减慢转子直到空气动力学失速限制功率到期望的水平.4.变速变桨距控制(Variable speed pitch regulated)变频器将发电机和电网去耦(decouples), 允许通过控制发电机的反力矩改变转子速度.在大风时,保持力矩, 桨距控制用于调节功率.5二．基本知识三.风力发电机组的信号(一)机组状态参数检测1．转速风力发电机组转速的测量点有两个：即发电机转速和风轮转速。
风力发电系统变桨距的控制
风力发电系统变桨距的控制风力发电是一种可再生的清洁能源，越来越受到世界各地的重视和广泛应用。
在风力发电系统中，变桨距的控制是实现高效能量转换和保证系统安全运行的关键因素之一。
变桨距是指风力发电机组中的桨叶与风向之间的角度，也是调节风力发电机组输出功率的重要手段。
通过调整变桨距，可以使桨叶在不同风速下获得最佳的工作状态，从而实现最高的发电效率。
同时，变桨距的控制还可以根据风速变化，及时调整桨叶的角度，以避免过大的风力对系统造成损害。
在风力发电系统中，变桨距的控制主要通过控制系统实现。
控制系统根据风速的变化，通过传感器采集实时的风速信息，并将其与预设的风速范围进行比较。
当风速超过预设范围时，控制系统会自动调整桨叶的角度，以减小桨叶受力面积，降低风力对系统的影响。
相反，当风速过低时，控制系统会使桨叶保持较大的角度，以保证风力发电机组能够正常工作。
为了提高变桨距的控制精度和响应速度，现代风力发电系统通常采用先进的控制算法和高性能的控制器。
其中，模糊控制、PID控制和最优控制是常用的方法。
模糊控制基于经验规则，通过模糊逻辑和模糊推理来实现对变桨距的精确控制。
PID控制则根据当前误差、误差变化率和误差累积量来调整控制器的输出，以实现系统的稳定控制。
最优控制则通过数学模型和优化算法，寻找最佳的控制策略，以实现系统性能的最优化。
总之，风力发电系统中变桨距的控制对于提高发电效率和保证系统安全运行至关重要。
通过合理选择控制方法和优化控制算法，可以实现变桨距的精确控制，并最大限度地发挥风力发电系统的能量转换能力。
未来，随着科技的不断进步和控制技术的不断创新，风力发电系统的变桨距控制将更加智能化和高效化，为可持续发展提供更多清洁能源。
基于PLC的风电机组变桨距系统
明阳风电MY1.5Se型风电机组顺利通过低电压穿越测试
日前，明阳风电集团制造的MY1.5Se型风电机组已顺利通过低电压穿越(“LVRT”)性能测试，并已获得中国电力科学研究院(下称“中国电科院”)风电并网研究和评价中心签发的测试认证报告。
中国电科院为中国国家电网公司(下称“国家电网”)的研究分支，是中国电力行业中涉及多种学科的综合研究机构。
公司也确认明阳所有的风机可以满足低电压穿越的要求。
风电并网标准要求风机具备低电压穿越能力，这是指风机在电网电压突然变化等异常情况时，仍然保持并网状态且运行良好。
明阳的1.5Se型风机已通过中国电科院的不同电压状况和电器系统故障条件下的对称和不对称测试(20%Un/640ms,35%Un/940ms,50%Un/1.2s,75%Un/1.72s,90%Un/ 2s)。
明阳1.5MW风机可以在不增加额外成本的前提下，满足低电压穿越要求。
而2.5/3.0MWSCD风机采用全功率IGBT全控半导体变流器，产品开发本身即具备低电压穿越功能。
明阳董事长兼首席执行官张传卫先生说道：“明阳一直采取谨慎的质量技术原则，在风机开发设计时已经具备低电压穿越功能，比如我们在云南大理高海拔风场的33台风机经过了实际运行验证，在电网发
生不同类型故障的情况下，都成功实现了低电压穿越功能。
获得中国电科院的低电压穿越功能权威认证，将进一步提高我们未来的市场竞争力。
”。
PLC在风力发电机变桨上的应用
PLC在风力发电机变桨上的应用
李乃川;马安生;赵田;王书瑞
【期刊名称】《黑龙江科学》
【年(卷),期】2018(009)001
【摘要】一种风力发电机组变桨控制系统.系统采用可编程逻辑控制器(PLC)为主控制器,控制3个桨叶同步变换桨距角.变桨系统的驱动部分由驱动器和驱动电动机组成,驱动器接收PLC提供的控制量,驱动步进电动机按照控制要求转动,带动桨叶完成规定的桨距角的旋转,达到控制风力发电机桨叶角度变化的目的.
【总页数】2页(P128-129)
【作者】李乃川;马安生;赵田;王书瑞
【作者单位】黑龙江省科学院自动化研究所,哈尔滨150090;黑龙江省科学院自动化研究所,哈尔滨150090;黑龙江省科学院自动化研究所,哈尔滨150090;黑龙江省科学院自动化研究所,哈尔滨150090
【正文语种】中文
【中图分类】TM614
【相关文献】
1.浅谈风力发电厂风机变桨电池的维护 [J], 樊磊明;荆丽;谢少洲
2.风力发电机变桨连接螺栓断裂故障诊断研究 [J], 高培昱;程珩;赖成;何文龙
3.风力发电机变桨柜焊缝开裂问题研究 [J], 张楚翔;杨扬;孙刚峰;刘二恩;李永奎
4.浅议风力发电机变桨安全链 [J], 刘军
5.风力发电机变桨蓄电池电极盐化对电池寿命的影响 [J], 李文鸿
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变桨距风力发电机组控制系统方案
变桨距控制系统 变桨距执行系统
变桨给定 D/A 转换器 校正环节 A/D 转换器 位移 传感器
活塞位移
电动变系统
变桨距 机构
桨距角
a、变桨距执行系统是一个随动系统，即桨距角位置跟随变桨指令变 化。 b、校正环节是一个非线性控制器，具有死区补偿和变桨限制功能。 死区用来补偿电动变距机构的不灵敏区，变桨限制防止超调。 c、电动变桨系统由伺服电动机，伺服驱动器，独立的控制系统，电 源，减速箱，齿盘，传感器、主控制器等组成。 d、位置传感器给出实际变桨角度。
2.桨距角的模型 其中：Tβ——时间常数，单位为秒； β——参考节距角，单位为度；
变桨距风力发电机组的模型 3.系统线性化
风力机系统具有很强的非线性，通常在用模糊PID控制器时，需要建 立精确的数学模型，因此在建模过程中对系统进行线性化。 叶尖速比λ即为桨叶尖部的线速度与风速之比，由下式表示: 其中：n——风轮的转速r/s； ω——风轮转动角速度，rad/s; R——风轮直径，m。 对上式进行求导 ，对转矩公式进行线性化得 简化上式得
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研究的主要内容
1. 风力机组的特点及运行过程 2.变桨距控制系统 3.控制系统的执行机构 4.变桨距风力发电机组的模型 5.对风力发电技术的展望
变桨距控制系统 变桨距系统分为叶尖局部变距和全叶片变距
叶尖局部变距：通常只变叶尖部分(约0.25R～0.30R)的节 距角，其余部分翼展是定桨距的 。 全叶片变距又分为离心式变距和伺服机构驱动式变距 离心式变距：利用叶片本身或附加重锤的质量在旋转时产 生的离心力作为动力，使叶片偏转变距 。 伺服机构驱动式变距：大型风电机组的变距，通常要借助 电动或液压的伺服系统使叶片旋转变距 。
变桨距系统在风力发电机组中的应用
谢谢
3
整叶片角度，降低机
组受损风险
2 变桨距系统的应用
风力发电机组的类型
水平轴风力发电机组 混合型风力发电机组 潮汐能风力发电机组
垂直轴风力发电机组 漂浮式风力发电机组 波浪能风力发电机组
变桨距系统在风力发电机组中的应用
变桨距系统可以 调节叶片的桨距 角，以适应不同 的风速和风向
01
04
变桨距系统可以 提高风力发电机 组的安全性，降 低事故风险
变桨距系统可以 提高风力发电机 组的发电效率，
降低运行成本
02
03
变桨距系统可以 减少风力发电机 组的机械应力，
延长使用寿命
变桨距系统在风力发电机组中的作用
01 控制风轮转速：通过改变桨距角，实现风轮转速的 调节，提高发电效率
02 优化风能捕获：根据风速和风向的变化，调整桨距 角，提高风能捕获效率
结构优化：通过优化结构设计 降低变桨距系统的重量和成本
智能控制：引入人工智能技术 提高变桨距系统的智能化水平
变桨距系统的市场前景
01 随着风力发电行业的快速发展， 变桨距系统需求持续增长
02 技术进步推动变桨距系统性能 提升，提高市场竞争力
03 政策支持推动变桨距系统在风 力发电领域的应用
04 国际市场对变桨距系统的需求 不断增加，出口市场潜力巨大
变桨距系统可以提高风力发电机组的效率和可靠 性，降低运行成本。
变桨距系统的优势
提高发电效率：通过调整 叶片角度，实现最大风能 1
捕获
降低维护成本：变桨距系 统可以实时监控叶片状态， 4 提前发现潜在问题，减少
停机时间和维护成本
降低噪音：通过优化
2
叶片角度，降低噪音
风电机组变桨距系统
作者：中国科学院电工研究所李建林张雷鄂春良来源：赛尔电力自动化总第78期摘要：在风力发电系统中，变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行，影响风力机的使用寿命，通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡，不但优化了输出功率，而且有效的降低的噪音，稳定发电机的输出功率，改善桨叶和整机的受力状况。
变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性，现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。
本文针对国外某知名风电公司液压变桨距风力机，采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。
这种变桨控制器具有控制方式灵活，编程简单，抗干扰能力强等特点。
本文介绍了液压变桨距系统的工作原理，设计了变桨控制器的软件系统。
最后在国外某知名风电公司风力发电机组上做了实验，验证了将该变桨距控制器可以在变桨距风力机上安全、稳定运行的。
关键词：变桨距；风力发电机；可编程控制器1引言随着风电技术的不断成熟与发展，变桨距风力发电机的优越性显得更加突出：既能提高风力机运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。
采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。
随着风电机组功率等级的增加，采用变桨距技术已是大势所趋。
目前变桨执行机构主要有两种：液压变桨距和电动变桨距，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。
在统一变桨基础上发展起来的独立变桨距技术，每支叶片根据自己的控制规律独立地变化桨距角，可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题，具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高等优势，越来越受到国际风电市场的欢迎。
兆瓦级变速恒频变桨距风电机组是目前国际上技术比较先进的风力机型，从今后的发展趋势看，必然取代定桨距风力机而成为风力发电机组的主力机型。
其中变桨距技术在变速恒频风力机研究中占有重要地位，是变速恒频技术实现的前提条件。
PLC在风力发电机变桨上的应用
PLC在风力发电机变桨上的应用发表时间：2018-08-16T10:08:59.373Z 来源：《电力设备》2018年第15期作者：毛兵[导读] 摘要：在我国快速发展的过程中，我国的科技在不断的进步，一种风力发电机组变桨控制系统。
（上海昱章电气成套设备有限公司上海 201612）摘要：在我国快速发展的过程中，我国的科技在不断的进步，一种风力发电机组变桨控制系统。
系统采用可编程逻辑控制器（PLC）为主控制器，控制3个桨叶同步变换桨距角。
变桨系统的驱动部分由驱动器和驱动电动机组成，驱动器接收PLC提供的控制量，驱动步进电动机按照控制要求转动，带动桨叶完成规定的桨距角的旋转，达到控制风力发电机桨叶角度变化的目的。
关键词：风力发电；桨距角；PLC；变桨系统引言全球工业化进程的加快使得能源消耗大幅增长、全球排放有害物的工业废弃物数量日益增加，进而造成了气候异常变化、自然灾害频发和恶性疾病患病人数增多等现象，因此环境和能源问题成为当今世界人民面临的重要问题。
能源危机和日益变化的环境问题，让我们认识到开发清洁的可再生能源是客观需要。
风能就是一种新型的清洁能源，广泛存在于自然界中，其与物质燃料煤、天然气、石油不同，它不会减少且一直存在，而且无处不在，可以说是一种用之不竭、取之不尽的能量。
而物质燃料在地球上的储量有限且正在日趋减少，这也是风力发电正受到世界人民关注的原因。
1变桨系统结构风机根部的叶片通过变桨轴承与轮毂进行连接，每一片叶片都有自己独立但同步的变桨驱动系统，变桨驱动系统通过啮合联动来旋转叶片。
变桨系统控制结构，如图1所示。
在正常运行期间，风速在额定风速时，即风速在12～25m/s之外时，控制桨角度限定在0°～30°，通过控制叶片与风向的角度使风机的转速保持恒定。
因其他情况引起的停机都会使叶片顺桨到90°位置。
每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在叶片根部与变桨轴承的内齿旁，通过小齿轮与变桨轴承的内齿进行啮合联动并记录变桨角度。
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PLC的风电机组变桨距系统
在风力发电系统中，变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行，影响风力机的使用寿命，通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡，不但优化了输出功率，而且有效的降低的噪音，稳定发电机的输出功率，改善桨叶和整机的受力状况。
变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性，现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。
本文针对国外某知名风电公司液压变桨距风力机，采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。
这种变桨控制器具有控制方式灵活，编程简单，抗干扰能力强等特点。
本文介绍了液压变桨距系统的工作原理，设计了变桨控制器的软件系统。
最后在国外某知名风电公司风力发电机组上做了实验，验证了将该变桨距控制器可以在变桨距风力机上安全、稳定运行的。
随着风电技术的不断成熟与发展，变桨距风力发电机的优越性显得更加突出：既能提高风力机运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。
采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。
随着风电机组功率等级的增加，采用变桨距技术已是大势所趋。
目前变桨执行机构主要有两种：液压变桨距和电动变桨距，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。
在统一变桨基础上发展起来的独立变桨距技术，每支叶片根据自己的控制规律独立地变化桨距角，可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题，具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高等优势，越来越受到国际风电市场的欢迎。
在变桨距系统中需要具有高可靠性的控制器，本文中采用了OMRON公司的CJ1M 系列可编程控制器作为变桨距系统的控制器，并设计了PLC软件程序，在国外某知名风电公司风力发电机组上作了实验。
变桨距风力机及其控制方式
变桨距调速是现代风力发电机主要的调速方式之一，如图1所示为变桨距风力发电机的简图。
调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。
当风速增大时，变桨距液压缸动作，推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少，维持风轮运转在额定转速范围内。
当风速减小时，实行相反操作，实现风轮吸收的功率能基本保持恒定。
液压控制系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位精确、液压执行机构动态响应速度快等优点，能够保证更加快速、准确地把叶片调节至预定节距。
目前国内生产和运行的大型风力发电机的变距装置大多采用液压系统作为动力系统。
图1 变桨距风力发电机简图
如图2所示为变桨距控制器的原理框图。
在发动机并入电网之前由速度控制器根据发动机的转速反馈信号进行变桨距控制，根据转速及风速信号来确定桨叶处于待机或顺桨位置；发动机并入电网之后，功率控制器起作用，功率调节器通常采用PI（或PID）控制，功率误差信号经过PI运算后得到桨距角位置。
图2 变桨距风力机控制框图
当风力机在停机状态时，桨距角处于90°的位置，这时气流对桨叶不产生转矩；当风力机由停机状态变为运行状态时，桨距角由90°以一定速度（约1°/s）减小到待机角度（本系统中为15°）；若风速达到并网风速，桨距角继续减小到3°（桨距角在3°左右时具有最佳风能吸收系数）；发电机并上电网后，当风速小于额定风速时，使桨距角保持在3°不变；当风速高于额定风速时，根据功率反馈信号，控制器向比例阀输出-10V－+10V电压，控制比例阀输出流量的方向和大小。
变桨距液压缸按比例阀输出的流量和方向来操纵叶片的桨距角，使输出功率维持在额定功率附近。
若出现故障或有停机命令时，控制器将输出迅速顺桨命令，使得风力机能快速停机，顺桨速度可达20°/s。
变桨控制器的设计
◆系统的硬件构成
本文实验中采用国外某知名风电公司风力发电机组作为实验对象，其额定功率
550KW，采用液压变桨系统，液压变桨系统原理图如图３所示。
从图３中可以看出，通过改变液压比例阀的电压可以改变进桨或退桨速度，在风力机出现故障或紧急停机时，可控制电磁阀J-B闭合、J-A和J-C打开，使储压罐1中的液压油迅速进入变桨缸，推动桨叶达到顺桨位置（90°）。
图３液压变桨距控制系统原理图
本系统中采用OMRON公司的CJ1M系列PLC。
发电机的功率信号由高速功率变送器以模拟量的形式（0～10V对应功率0～800KW）输入到PLC，桨距角反馈信号（0～10V 对应桨距角0～90°）以模拟量的形式输入到PLC的模拟输入单元；液压传感器1、2也要以模拟量的形式输入。
在这里选用了4路模拟量的输入单元CJ1W-AD041；模拟量输出单元选用CJ1W-DA021,输出信号为-10V～+10V，将信号输出到比例阀来控制进桨或退桨速度；为了测量发电机的转速，选用高速计数单元CJW-CT021，发电机的转速是通过检测与发电机相连的光电码盘，每转输出10个脉冲，输入给计数单元CJW-CT021。
◆系统的软件设计
本系统的主要功能都是由PLC来实现的，当满足风力机起动条件时，PLC发出指令使叶片桨距角从90°匀速减小；当发电机并网后PLC根据反馈的功率进行功率调节，在额定风速之下保持较高的风能吸收系数，通过调整桨距角使输出功率保持在额定功率上。
在有故障停机或急停信号时，PLC控制电磁阀J-A和J-C打开，J-B关闭，使得叶片迅速变到桨距角为90°的位置。
风力机起动时变桨控制程序流程如图4所示。
当风速高于起动风速时PLC通过模拟输出单元向比例阀输出1.8V电压，使叶片以0.9°/s的速度变化到15°。
此时，若发电机的
转速大于800r/min或者转速持续一分钟大于700r/min，则桨叶继续进桨到3°位置。
PLC检测到高速计数单元的转速信号大于1000r/min时发出并网指令。
若桨距角在到达3°后2分钟未并网则由模拟输出单元给比例阀输出-4.1V电压，使桨距角退到15°位置。
图4 风力机起动变桨控制程序流图
发电机并上电网后通过调节桨距角来调节发电机输出功率，功率调节程序流程图如图5所示。
当实际功率大于额定功率时，PLC的模拟输出单元CJ1W-DA021输出与功率偏差成比例的电压信号，并采用LMT指令使输出电压限制在-4.1V（对应变桨速度4.6°/s）以内。
当功率偏差小于零时需要进桨来增大功率，进桨时给比例阀输出的最大电压为1.8V（对应变桨速度0.9°/s）。
为了防止频繁的往复变桨，在功率偏差在±10kW时不进行变桨。
图5 变桨调功程序流程图
在变桨距控制系统中，高风速段的变桨距调节功率是非常重要的部分，若退桨速度过慢则会出现过功率或过电流现象，甚至会烧毁发电机；若桨距调节速度过快，不但会出现过调节现象，使输出功率波动较大，而且会缩短变桨缸和变桨轴承的使用寿命。
会影响发电机
的输出功率，使发电量降低。
在本系统中在过功率退桨和欠功率进桨时采用不同的变桨速度。
退桨速度较进桨速度大，这样可以防止在大的阵风时出现发电机功率过高现象。