风力发电机变桨系统(借鉴)
风力发电机组变桨系统毕业论文
风力发电机组变桨系统的维护与检修毕业顶岗实习报告书专业: 电力系统自动化技术（风电方向）班级：姓名:顶岗实习单位: 金风科技股份有限公司校外指导师傅：校内指导教师:报告完成日期：新疆农业大学2015年6月风力发电机组变桨系统的维护与检修学生姓名：专业班级：学生诚信签名：完成日期:指导教师签收：摘要能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题.传统的化石燃料虽能解决能源短缺的问题，却给环境造成了很大的破坏，而风能具有无污染、可再生、低成本等优点，所以其受到世界各国的重视.可靠、高效的风力发电系统的研发己经成为新能源技术领域的热点。
然而，因为风能具有不稳定性、能量密度低和随机性等特点，同时风电厂通常位于偏远地区甚至海上，自然条件比较恶劣，因此要求其控制系统必须能够实现自动化运行,并且要求控制系统有高可靠性。
所以对风力发电机组尤其是大型风电机组的控制技术及风力发电后期的维护和检修就具有相当重要的意义.本文首先在对风力发电原理，风电机组研究的基础上从变桨距风力机空气动力学研究入手，分析了变桨距控制的基本规律,再结合目前国内主流的变桨距控制技术分别设计出了液压变桨距控制,电动变桨距控制的方案，变桨距风机的维护和检修，最后在此基础上提出了一种较为理想的控制策——半桨主动失速控制。
关键词：变桨距控制，维护,检修目录一顶岗实习简历 (1)二顶岗实习目的 (1)三顶岗实习单位简介 (2)四顶岗实习内容 (3)第一章变桨距系统 (3)1。
1变桨距与定桨距 (5)1。
1.1定桨距 (5)1。
1。
2 变桨距 (5)1.1.3定桨距与变桨距的比较 (5)1。
2 变桨距控制过程 (7)1.3 变桨距风力机组的运行状态分析 (8)1.3.1 启动状态 (8)1.3。
2 欠功率状态 (8)1.3。
3 额定功率状态 (8)1.4 变桨距控制的特点 (9)1.4.1 输出功率特性 (9)1.4.2 风能利用率 (9)1.4.3 额定功率 (9)1.4.4 启动与制动性能 (9)1。
风电机组变桨系统PPT演示课件
在安装好控制系统后要设计合理的接线方法，把各控 制系统组件的线固定好，以防止轮毂在转动时发生接 线的故障。
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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
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通过机舱上面的风速仪测量风速，把信息传 送到塔底柜，经过分析信息把变桨的信息传送到 轮毂变桨系统的中心箱，中心箱再把信息转发给3 个轴箱，轴箱在通过变桨驱动来调节叶片的变桨 角度。
变桨角度的信息是通过绝对编码器组件来测 量的。叶片轴承的内齿圈和绝对编码器的测量小 齿轮啮合，测量小齿轮把叶片转动的信息传给绝 对编码器，经过绝对编码器的记数作用把叶片转 动的角度进行测量
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叶片轴承 变桨齿轮箱 叶片锁组件
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叶片轴承是连接轮毂和叶片的组件。叶片轴承的内 圈连接叶片，外圈固定在轮毂上。叶片轴承的内齿 与变桨齿轮箱啮合。 变桨齿轮箱固定在轮毂的工艺安装面上，通过变桨 齿轮箱齿轮的转动实现叶片轴承内圈的转动完成叶 片的变桨。 （注意叶片轴承和变桨齿轮箱之间要调整合理的齿 隙） 叶片锁组件是为了对叶片检修或轮毂检修而设计的 防止叶片转动的机械装置。
当电池由于故障导致较长时间未被使用时， 风机主控制器将引发一个充电操作和电池状 况检查以检查电池的功能是否正常。
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LUST变桨系统故障列表
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LUST变桨系统故障列表
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LUST变桨系统故障列表
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SSB变桨系统故障列表
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SSB变桨系统故障列表
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SSB变桨系统故障列表
叶片锁组件：是为了对叶片检修或轮毂检修而设计 的防止叶片转动的机械装置。
变桨系统的工作原理
变桨系统的工作原理
变桨系统是指风力发电机组中的一种机电系统，用于调整叶片的角度，以最大化风能转化为机械能，并通过发电机产生电能。
这种系统通常由以下几个主要部件组成：
1. 变桨驱动机构：由电机、减速器和传动装置组成。
电机通过传动装置将转动力传递给叶片的桨叶根部，驱使桨叶进行转动。
2. 桨叶角度传感器：用于感知当前桨叶的角度。
常见的传感器包括光电编码器、霍尔传感器等。
传感器将角度信息发送给控制系统。
3. 控制系统：根据风速、转速和其他相关参数，通过对桨叶角度进行调整，以最大化风能转化效率。
控制系统通常包括主控制器、数据采集系统和执行器。
主控制器负责处理和分析传感器数据，并制定相应的桨叶调整策略。
数据采集系统用于实时监测发电机组的工作状态，并将数据传输给主控制器。
执行器根据主控制器的指令，调整变桨系统的工作状态。
整个系统的工作流程如下：
1. 控制系统通过数据采集系统获取当前的风速和转速等参数。
2. 主控制器根据当前的参数，计算出最优的桨叶角度。
3. 主控制器将桨叶角度指令发送给执行器。
4. 执行器根据指令，调整变桨驱动机构中的电机工作状态，实现桨叶角度的调整。
5. 变桨驱动机构将桨叶转到指定的角度。
6. 控制系统持续监测风速和转速等参数，并不断更新桨叶角度，以确保风能转化效率的最大化。
通过不断调整桨叶角度，变桨系统能够根据当前的风速和转速，使得风能能够以最高效率地转化为机械能，从而提高风力发电机组的发电效率。
变桨系统介绍
变桨系统介绍一、变桨系统变桨距是指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改变叶片气动特性，使桨叶在整机受力状况大为改善。
变桨距机构就是在额定风速附近（以上）,依据风速的变化随时调节浆距角，控制吸收的机械能，一方面保证获取最大的能量（与额定功率对应）。
同是减少风力对风力机的冲击。
在并网过程中，还可以实现快速无冲击并网。
变桨距控制与变速恒频技术相配合，最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。
电动变桨距系统就是可以允许3个浆叶独立实现变桨，它提供给风力发电机组功率输出和足够的刹车制动能力。
这样可以避免过载对风机的破坏。
我们都知道我们的每个变桨盘都有一个超级电容和伺服电机放置在轮毂处，每支桨叶一套，当然超级电容放置在变桨控制柜里。
控制柜放置在轮毂与叶片连接处。
整个系统的通信总线和电缆靠滑环与主控连接。
主控与变桨盘通过现场总线通讯，达到控制3个独立的变将装置的目的。
主控根据风速，发电机功率和转速等，把命令值发送到变桨距控制系统，并且电动变桨距系统把实际值和运行状况反馈到主控器。
还有就是电动变桨系统必须能够满足快速响应主控的命令。
有独立工作的变桨距系统，高性能的同步机控制，安全可靠的要求。
下面就从机械和伺服驱动2个部分介绍一下电动变桨距系统。
二、机械部分不同与液压驱动变桨系统。
电动变桨距系统采用3个桨叶分别带有独立的电驱动变桨系统，机械部分包括回转支承，张紧轮齿形带。
回转支承的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环固定在轮毂上。
当电驱动变桨距系统上电以后，电动机带动小齿旋转，而小齿带动齿型带，从而带动变桨盘的内环与叶片一起旋转。
实现了改变桨距的目的。
电动变桨距一般包括伺服电动机，伺服驱动器（也就是我们所说的NG5），超级电容，齿型盘，齿型带，传感器等部分组成。
三、伺服驱动部分矢量控制技术解决了交流电动机在伺服驱动中的动态控制问题，使交流伺服驱动系统得性能可与直流驱动系统相媲美。
风力发电机液压变桨系统简介
风力发电机液压变桨系统简介全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机均采用了变桨距技术，变桨距控制与变频技术相配合，提高了风力发电机的发电效率和电能质量，使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能，减少风力对风机的冲击，它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。
液压变桨系统具有单位体积小、重量轻、动态响应好、转矩大、无需变速机构且技术成熟等优点。
本文将对液压变桨系统进行简要的介绍。
风机变桨调节的两种工况风机的变桨作业大致可分为两种工况，即正常运行时的连续变桨和停止（紧急停止）状态下的全顺桨。
风机开始启动时桨叶由90°向0°方向转动以及并网发电时桨叶在0°附近的调节都属于连续变桨。
液压变桨系统的连续变桨过程是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置和速度控制的。
当风机停机或紧急情况时，为了迅速停止风机，桨叶将快速转动到90°，一是让风向与桨叶平行，使桨叶失去迎风面；二是利用桨叶横向拍打空气来进行制动，以达到迅速停机的目的，这个过程叫做全顺桨。
液压系统的全顺桨是由电磁阀全导通液压油回路进行快速顺桨控制的。
液压变桨系统液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。
液压变桨系统的结构变桨距伺服控制系统的原理图如图1所示。
变桨距控制系统由信号给定、比较器、位置（桨距）控制器、速率控制器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。
图1 控制原理图液压变桨执行机构的简化原理图如图2所示，它由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器以及三套独立的变桨装置组成，图中仅画出其中的一套变桨装置。
图2 液压原理图结束语液压变桨系统与电动变桨系统相比，液压传动的单位体积小、重量轻、动态响应好、扭矩大并且无需变速机构，在失电时将蓄压器作为备用动力源对桨叶进行全顺桨作业而无需设计备用电源。
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。
变桨系统分析范文
变桨系统分析范文变桨系统是风力发电机组中的一个重要组成部分，其主要功能是控制风力发电机的转动速度以及调整叶片的角度，以最大限度地捕捉风能并转化为电能。
变桨系统的设计和分析对于提高风力发电机组的性能和效率至关重要。
首先，变桨系统的设计要考虑到风力的不稳定性以及不同桨叶之间的协调。
由于风速和风向会不断变化，变桨系统需要能够实时监测风速和风向，并根据这些信息来调整叶片角度。
这样可以确保叶片始终与风的方向保持一致，使得风能能够最大化地被转化为电能。
其次，变桨系统的设计还需要考虑到风力发电机组的安全性和稳定性。
在风力风速超过预设范围或者发生异常情况时，变桨系统需要能够快速响应并采取相应措施，例如自动停机等，以保证风力发电机组的安全运行。
此外，变桨系统还需要考虑到桨叶与风轮之间的匹配，以避免不必要的振动和损耗。
另外，变桨系统的设计还需要考虑到节能和环保的因素。
在设计中需要采用先进的变桨技术和材料，以提高变桨系统的效率并减少能源的消耗。
例如，使用轻量化的材料可以减轻叶片的负荷，从而减少能耗。
同时，变桨系统还可以根据风速和负载状况自动调整变桨角度，以实现最佳风能转化效果。
此外，变桨系统的设计还要考虑到系统的可靠性和可维护性。
风力发电机组通常安装在海上或者偏远地区，维护困难且成本较高。
因此，变桨系统需要具有自动故障检测和诊断功能，并能够通过远程监控进行实时数据传输和维护。
这样可以大大提高系统的可靠性，并减少维护成本和停机时间。
最后，变桨系统的设计还需要兼顾成本的因素。
变桨系统通常占据整个风力发电机组的一定比重，因此需要在设计中考虑到成本效益和性能之间的平衡。
这可能涉及到不同变桨系统的选择和优化，以找到最佳的设计方案。
综上所述，变桨系统的设计和分析需要综合考虑风力的不稳定性、风力发电机组的安全性和稳定性、节能环保、系统可靠性和可维护性以及成本效益等因素。
通过合理的设计和分析，可以提高风力发电机组的性能和效率，从而实现更高效的风能转化。
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。
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。
风电机组变桨系统介绍
• 变桨距伺服控制控制算法
位置反馈 速度给定
速度反馈 电流 反馈
M
PLC执行位置 环控制，驱动 器实现电流环 和速度环控制
PLC
AC输入
电机驱动器
串励直 编码器 流电机
电机伺服驱动系统结构图
• 变桨距系统电气原理
主控箱
3*400V+N+PE
滑 防 雷 及
控制信号 配 电
环
通信
充电 机
PLC
电源 24V
• 变桨系统的作用
变桨系 统功能
变桨距系统的失 效可导致机组飞
车灾难
调节功率 在较高风速时调 节桨距角，使发 电机输出功率维 持在额定功率附
近。
气动刹车 在机组或电网故 障情况执行顺桨 动作，使机组迅
速停下来。
• 变桨系统分类
变桨系 统分类
电动变桨距系统 电动机作为执行 机构。
液压变桨系统 采用液压系统作 为执行机构。不 需要配备后备电 源；存在漏油问
2、编码器故障
• 现象： 编码器跳变，或者编码器通讯不正常
• 原因： 1）编码器受到强电磁干扰引起跳变，尤其是磁感应式编码器；
2）机械振动或者受力过大导致损坏；3）编码器电源没电（对于 电子式绝对值编码器而言）。 解决方案：更换编码器，如果是强电磁干扰引起的跳变解决干扰 源问题，也可以更换光电式编码器。
题。
• 变桨系统分类
变桨电 机类型
直流变桨系统
优点：故障情况可 直接通过后备电源 供电顺桨，可靠性 高
缺点：电机成本高 ，碳刷需要维护； 体积较大，维护不 方便。
交流变桨系统 优点：电机体积小 ，维护量小；电机 成本低； 缺点：故障情况时 必须通过伺服驱动 器驱动电机顺桨， 不能通过后备电源
风机变桨控制系统简介样本
风力发电机组变桨系统简介一．概述双馈风机风轮: 风轮普通由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩构成。
风轮是风力机最核心部件, 是它把空气动力能转变成机械能。
大多数风力机风轮由三个叶片构成。
叶片材料有木质、铝合金、玻璃钢等。
风轮在出厂前通过试装和静平衡实验, 风轮叶片不能互换, 有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旋转方向, 普通都是顺时针。
固定扭矩要符合阐明书规定。
风轮工作原理: 风轮产生功率与空气密度成正比。
风轮产生功率与风轮直径平方成正比；风轮产生功率与风速立方成正比；风轮产生功率与风轮效率成正比。
风力发电机风轮效率普通在0.35—0.45之间(理论上最大值为0.593)。
贝兹（Betz）极限风机四种不同控制方式:1.定速定浆距控制(Fixed speed stall regulated)发电机直接连到恒定频率电网,在发电时不进行空气动力学控制2.定速变浆距控制(Fixed speed pitch regulated)发电机直接连到恒定频率电网,在大风时浆距控制用于调节功率3.变速定浆距控制(Variable speed stall regulated)变频器将发电机和电网去耦(decouples),容许转子速度通过控制发电机反力矩变化.在大风时,减慢转子直到空气动力学失速限制功率到盼望水平.4.变速变浆距控制(Variable speed pitch regulated)变频器将发电机和电网去耦(decouples), 容许通过控制发电机反力矩变化转子速度.在大风时,保持力矩, 浆距控制用于调节功率.二. 基本知识三. 变桨系统工程实例1. 控制箱2. 轴箱3. 蓄电池箱轮毂中变桨控制柜实际照片, 周边三个兰色是变桨伺服电机将电池柜、配电柜用支架固定在图中所示位置编码器变桨角度限位开关带加热装置超声波矢量风速风向仪, 侧面为航空警示灯。
风电设备项目浇铸式滑环系统具备高转速、构造精致, 特别是可行执行件和外直径比例优化以及耐振性强等特性。
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。
风力发电机的变桨控制系统设计与优化
风力发电机的变桨控制系统设计与优化一、引言随着对清洁能源需求的增加，风力发电作为一种可再生的能源方式受到了广泛的关注和利用。
而风力发电机作为风能转化为电能的核心装置，其性能和效率的优化对于提高风力发电的利用率至关重要。
其中，变桨控制系统作为风力发电机的控制核心，对风力发电机的性能优化具有重要的意义。
二、风力发电机的工作原理风力发电机通过捕捉风能并将其转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
为了捕捉更多的风能，风力发电机通常采用可变桨叶的设计，通过改变桨叶的角度来适应不同风速条件。
在变桨控制系统的作用下，风力发电机可以在不同的风速下实现最佳的功率输出。
三、风力发电机变桨控制系统的功能风力发电机变桨控制系统主要具有以下几个功能：1. 风向判断：通过传感器实时感知风向，并及时调整桨叶角度。
这样可以使得风力发电机始终面向风，最大程度地捕捉风能。
2. 风速检测：通过传感器实时感知风速，并根据不同的风速条件调整桨叶角度。
低风速下，将桨叶角度设定为较小值，以保证风力发电机的起动性能；高风速下，将桨叶角度设定为较大值，以避免超速运行。
3. 桨叶角度调整：根据风速检测结果，自动调整桨叶角度。
通过控制桨叶角度，使得风力发电机在不同的风速下能够实现最佳的功率输出。
4. 系统安全保护：当风力发电机出现异常情况时，变桨控制系统能够及时发出警报并采取相应的保护措施，以避免设备损坏或人身伤害。
四、风力发电机变桨控制系统设计原则在设计风力发电机变桨控制系统时，应考虑以下几个原则：1. 稳定性：变桨控制系统应具有良好的稳定性，能够在不同的工况下保持正常运行，并能够抵抗外界干扰。
2. 灵活性：变桨控制系统应具有良好的灵活性，能够根据不同的风速条件及时调整桨叶角度，以实现最佳的功率输出。
3. 可靠性：变桨控制系统应具有良好的可靠性，能够在长时间运行中保持正常工作，并能够自动检测和修复故障。
4. 高效性：变桨控制系统应具有高效的控制算法，能够以最快的响应速度进行桨叶角度调整，并尽量减少能耗。
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。
风力发电变桨控制系统设计研究
风力发电变桨控制系统设计研究风力发电是一种利用风能将风能转化为电能的技术。
在风力发电过程中，变桨控制系统是一个非常重要的组成部分，它的设计和研究对于风力发电的效率和可靠性至关重要。
变桨控制系统的主要功能是根据风力大小和风向变化情况来控制风力发电机的桨叶角度，以获得最佳的能量转化效率。
变桨控制系统需要根据风力的实时测量数据来进行桨叶的角度调整，以确保风力发电机在不同的风速条件下能够始终工作在最佳状态。
在变桨控制系统的设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.传感器选择和位置安装：为了准确测量风力的大小和方向，需要选择合适的传感器，并将其安装在合适的位置。
传感器的选择和位置安装是变桨控制系统设计的重要环节，它对于系统的准确性和可靠性有着至关重要的影响。
2.数据采集和处理：变桨控制系统需要实时采集和处理风力传感器的数据，并根据这些数据来调整桨叶的角度。
数据采集和处理过程需要高速、高精度的硬件和软件支持，以确保数据的实时性和准确性。
3.控制算法设计：控制算法的设计是变桨控制系统设计的核心环节。
控制算法需要根据实时的风力数据来决定桨叶的调整角度，以实现最佳的能量转化效率。
控制算法设计需要考虑风力的大小、风向的变化以及系统的动态响应能力等因素，以确保系统能够稳定工作并且具有较好的抗干扰能力。
4.系统建模和仿真：在变桨控制系统设计的过程中，建立系统的数学模型是非常重要的。
系统建模可以帮助我们理解系统的工作原理和动态特性，并根据模型进行仿真和优化设计。
系统建模和仿真可以有效减少实际试验的成本和风险，并帮助我们更好地了解系统的性能和可靠性。
总之，风力发电变桨控制系统的设计和研究对于提高风力发电的效率和可靠性具有重要的意义。
在设计过程中，需要考虑传感器选择和位置安装、数据采集和处理、控制算法设计以及系统建模和仿真等方面的问题。
通过合理的设计和研究，可以提高风力发电的效率和可靠性，进一步推动可再生能源的发展。
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。
15:36
15:36
22
电缆固定的不好
变桨电机
电缆固定的好
刹车继电器
15:36
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
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41
紧急停机emergency stop
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超速停机over speed stop
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43
完
谢谢
15:36
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
15:36
29
电池系统
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30
电池系统
15:36
31
电池系统
风电 变桨系统简介
• （2）变桨控制过程 ①构成：主要由PLC、可逆直流调速装置、直 流电机、绝对式位置编码器等组成，并由 蓄电池做后备电源。 其中轮毂控制柜中装有PLC控制系统，它通过 现场总线(例如CAN总线)和主控制系统通信, 接受主控制系统的指令(主要是桨叶转动的 速度和角度指令),并控制可逆直流调速装置 驱动直流电机,带动桨叶朝要求的方向和角 度转动,同时PLC 还负责蓄电池的充电控制﹑ 蓄电池电压的监控等辅助控制.
2018/9/18
• （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
2018/9/18
• 统一变桨系统主要部件
2018/9/18
• 变桨中央控制箱执行轮毂内的轴控箱和位于机舱 内的机舱控制柜之间的连接工作。中央控制箱与 机舱控制柜的连接通过滑环实现。通过滑环机舱 控制柜向变桨中央控制柜提供电能和控制信号。 • 另外风机控制系统和变桨控制器之间用于数据交 换的 Profibus-DP 的连接也通过这个滑环实现。 变桨控制器位于变桨中央控制箱内，用于控制叶 片的位置。另外，三个电池箱内的电池组的充电 过程由安装在变桨中央控制箱内的中央充电单元 控制。 注：变桨中央控制箱也叫轮毂控制柜，其安装在轮 毂内的固定支架上。
2018/9/18
• 独立变桨系统结构示意图
变桨驱动装置 变 桨 轴 承
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• 变桨驱动装置
2018/9/18
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• 定速变桨距调节
风力发电机组变桨系统设计原理解析
风力发电机组变桨系统设计原理解析风力发电机组是一种利用风能转化为电能的装置，其中变桨系统是其重要组成部分。
本文将从设计原理的角度对风力发电机组变桨系统进行深入解析。
一、风力发电机组概述风力发电机组是利用风能转动叶片，通过传动系统驱动发电机发电的设备。
其工作原理是当风速达到一定程度时，叶片受到风的作用而转动，进而带动转子旋转，驱动发电机发电。
而变桨系统则在风力发电机组运行过程中起着至关重要的作用。
二、变桨系统功能风力发电机组在运行过程中，受到风速的影响较大。
为了更好地利用风能，确保发电机组的稳定性和安全性，变桨系统被设计为一个关键的控制系统。
其主要功能包括：1. 调节叶片角度，使风力发电机组在不同风速下的转速和输出功率保持在合适的范围内；2. 在风速发生突变或超出限定范围时，自动调整叶片角度，保障风力发电机组的安全运行；3. 提高风力发电机组的整体效率，最大限度地利用风能资源。
三、变桨系统设计原理1. 变桨系统传动机构变桨系统的传动机构通常由变桨电机、减速器和转动叶片的机械结构组成。
变桨电机通过减速器驱动叶片转动，控制叶片的角度。
减速器的设计是为了将电机高速输出的转矩通过减速装置转化为叶片所需要的低速高转矩输出。
2. 变桨系统控制原理变桨系统的控制原理主要包括两种方式：定时控制和传感器反馈控制。
定时控制是通过风力发电机组的控制系统按照预设的时间对叶片进行角度调整；传感器反馈控制则是通过传感器实时监测风速和叶片位置，根据监测数据对叶片的角度进行调整。
3. 变桨系统安全保护为了保证风力发电机组的运行安全，变桨系统还配备有多种安全保护装置。
例如，当风力发电机组运行中出现极端状况时，比如风速过大或传感器失效等，变桨系统会自动切断电源，避免事故的发生。
四、变桨系统的发展趋势随着风力发电技术的不断发展，变桨系统也在不断创新和完善。
未来的风力发电机组变桨系统将更加智能化、自动化和高效化。
例如，采用先进的控制算法和传感技术，实现对叶片角度的精准控制，提高风力发电机组的发电效率。
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。
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•
叶片1限位开关动作
•
叶片2限位开关动作
•
叶片3限位开关动作
•
原因：叶片到达91°触发限位开关，但复位时叶片无法动作或脱离限位开关。
•
处理方法：首先手动变桨将桨叶脱离后尝试复位，若叶片没有动作，有可能的原
因有：①机舱柜的手动变桨信号无法传给中控器；可在机舱柜中将141端子和140端子
下方进线短接后手动变桨②检查轴控柜内开关是否有可能因过流跳开，若有合上开关
风力发电机变桨系统
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。
但此方法治标不治本，从根源上解决的方法是解决齿轮箱漏油问题。滑环造
成的变桨通讯还有可能有插针损坏、固定不稳等原因引起，若滑环没有问题，
得将轮毂端接线脱开与滑环端进线进行校线，校线的目的是检查线路有无接
错、短接、破皮、接地等现象。滑环座要随主轴一起旋转，里面的线容易与
滑环座摩擦导致破皮接地，也能引起变桨故障。
中控器上将角度清回91°。限位开关是由螺栓拧
紧固定在轮毂上，调整时需要2把小活扳手或者
8mm叉扳。
6.1.3某个桨叶91°或95°触发
• 有时候是误触发，复位即可，如果复位不了，进入轮毂检查，有垃圾卡主限位开关， 造成限位开关提前触发，或者91度限位开关接线或者本身损坏失效，导致95°限位开 关触发。
4.5 冗余编码器
4.6 限位开关
• 每个叶片对应两个限位开关：91度限位开 关和96度限位开关。96度限位开关作为冗 余开关使用。
பைடு நூலகம்
限位开关图
4.7 各部件间连接电缆
• 变桨中央控制箱、轴控箱、电池箱、变桨 电机、冗余编码器和限位开关之间通过电 缆进行连接。为了防止连接电缆时产生混 乱，电缆有各自的编号。
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。
• 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
动变桨，若可以手动变桨，则检查信号输出的线
路是否有虚接、断线等，前面提到的滑环问题也
能引起此故障。
6.1.7变桨失效
• 原因：当风轮转动时，机舱柜控制器要根据转速调整变桨位置使风轮按定值转动，若此传输错误或 延迟300ms内不能给变桨控制器传达动作指令，则为了避免超速会报错停机。
•
处理方法：机舱柜控制器的信号无法传给变桨控制器主要由信号故障引起，影响这个信号的
•
处理方法：可参照检查变桨编码器不同步的故障处理方法编码器问题，编码器无故障则转向
检查信号传输问题。
6.2变桨机械部分常见故障原因及处 理方法
• 变桨机械部分的故障主要集中在减速齿轮箱上，保养不到 位加之质量问题，使减速齿轮箱有可能损坏，在有卡瑟转 动不畅的情况下会导致变桨电机过流并且温度升高，因此 有电机过流和温度高的情况频发时，要检查减速齿轮箱。
6 变桨系统故障分析
• 6.1变桨控制系统常见故障原因及处理方法
•
6.1.1变桨角度有差异
•
叶片1变桨角度有差异
•
叶片2变桨角度有差异
•
叶片3变桨角度有差异
原因
• 原因：变桨电机上的旋转编码器（A编码器） 得到的叶片角度将与叶片角度计数器（B编 码器）得到的叶片角度作对比，两者不能 相差太大，相差太大将报错。
Profibus-DP 的连接也通过这个滑环实现。
•
变桨控制器位于变桨中央控制箱内，用于控制叶片
的位置。另外，三个电池箱内的电池组的充电过程由安装
在变桨中央控制箱内的中央充电单元控制。
4.1 中控箱
4.2 轴控箱
• 在变桨系统内有三个轴控箱，每个叶片分 配一个轴控箱。箱内的变流器控制变桨电 机速度和方向。
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
•
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。
综述
• 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）。
轴控箱图
4.3 电池箱
• 和轴控箱一样，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。
电池箱图
4.4 变桨电机
• 变桨电机是直流电机，正常情况下电机受 轴控箱变流器控制转动，紧急顺桨时电池 供电电机动作。
变桨电机图
•
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。
2 变浆系统的作用
• 根据风速的大小自动进行调整叶片与风向 之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个 恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨 叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。
变浆机构机械连接
变浆机构机械连接
• 电机变桨距控制机构可对每个桨叶采用一 个伺服电机进行单独调节，如图8所示。伺 服电机通过主动齿轮与桨叶轮毅内齿圈相 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与电机形 成闭环PID负反馈控制。在系统出现故障， 控制电源断电时，桨叶控制电机由蓄电池 供电，将桨叶调节为顺桨位置，实现叶轮 停转。
所致，而过流也引起温度升高。
•
处理方法：先检查可能引起故障的外部原因：变桨齿轮箱卡瑟、变桨齿轮夹有异
物；再检查因电气回路导致的原因，常见的是变桨电机的电器刹车没有打开，可检查
电气刹车回路有无断线、接触器有无卡瑟等。排除了外部故障再检查电机内部是否绝
缘老化或被破坏导致短路。
6.1.5变浆控制通讯故障
5 变桨系统的保护种类
• 位置反馈故障保护：为了验证冗余编码器的可利用性及测量精度，将每个叶 片配置的两个编码器采集到的桨距角信号进行实时比较，冗余编码器完好的 条件是两者之间角度偏差小于2°；所有叶片在91°与95°位置各安装一个 限位开关，在0°方向均不安装限位开关，叶片当前桨距角是否小于0°，由 两个传感器测量结果经过换算确定。 除系统掉电外，当下列任何一种故障情 况发生时，所有轴柜的硬件系统应保证三个叶片以10°/s的速度向90°方向 顺桨，与风向平行，风机停止转动： 任意轴柜内的从站与PLC主站之间的通 讯总线出现故障， 由轮毂急停、塔基急停、机舱急停、震动检测、主轴超速、 偏航限位开关串联组成的风机安全链以及与安全链串联的两个叶轮锁定信号 断开（24V DC信号）；无论任何一个编码器出现故障，还是同一叶片的两个 编码器测量结果偏差超过规定的门限值；任何叶片桨距角在变桨过程中两两 偏差超过2°；构成安全链、释放回路中的硬件系统出现故障；任意系统急停 指令。变桨调节模式时，预防桨距角超过限位开关的措施： 91°限位开关； 到达限位开关时，变桨电机刹车抱闸； 轴柜逆变器的释放信号及变桨速度命 令无效，同样会使变桨电机静止。 变桨电机刹车抱闸的条件：轴柜变桨调节 方式处于自动模式下，桨距角超过91°限位开关位置；轴柜上控制开关断开； 电网掉电且后备电电源输出电压低于其最低允许工作电压；控制电路器件损 坏。
主要是信号线和滑环，检查信号端子有无电压，有电压则控制器将变桨信号发出，继续查机舱柜到
滑环部分，若无故障继续检查滑环，再检查滑环到轮毂，分段检查逐步排查故障。
•
变浆电机1转速高
•
变浆电机2转速高
•
变浆电机3转速高
•
原因：检测到的变桨转速超过31°每秒，这样的转速一般不会出现，大多数由于旋转编码器