风电场Vensys变桨系统课件

2.9 Vensys变桨系统变桨系统课课 程程 大大 纲纲一、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三、变桨系统的介绍1、变桨柜之间连接线示意图、变桨柜之间连接线示意图2、变桨系统电气回路图3 3、变桨系统特点、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。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、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。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、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；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NG52、变桨变频器AC23、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1、直流充电器、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、变桨变频器AC2IMS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：450A3、超级电容、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。4、电容电压转换模块、电容电压转换模块A10和倍福和倍福KL3404模块模块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。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。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。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。它是每个变桨控制系统的核心，其内部有变桨控制程序。该模块一方面负责变桨控制系统与主控制器之间的通信，另一方面负责变桨控制系统外围信号的采集处理和对变桨执行机构的控制。紧急状态下（例如变桨控制系统突然失去供电或通信中断），三个变桨控制柜中的控制系统，可以分别利用各自柜内超级电容存储的电能，分别对三个叶片实施90度顺桨停机动作。BC3150有一个PROFIBUS-DP 现场总线接口，可在PROFIBUS-DP 系统中作为智能从站使用。每个模块都有自己的DP地址，三个变桨柜分别为41、42、43（十进制）。5.15.1、倍福、倍福BC3150BC3150模块模块5.25.2、倍福数字量输入输出模块、倍福数字量输入输出模块KL1104 数字量输入模块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。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。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。Output2Output2Output4Output4Output6Output6Output8Output8Output1Output1Output3Output3PowercontactsPowercontactsOutput5Output5PowercontactsPowercontactsOutput7Output75.35.3、倍福模块、倍福模块KL4001KL4001KL4001 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。KL4001是单通道型，适用于带有接地电位的电气隔离信号。它通过运行LED 显示端子与总线耦合器之间的数据交换状态。该模块为变桨变频器AC2提供速度信号。6、温度传感器、温度传感器Pt100Pt100和倍福和倍福KL3204KL3204模块模块该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。测量范围：-200500摄氏度该温度传感器具有良好的线性关系。KL3204 模块为电阻型传感器测量模块。测量范围：-250 850摄氏度（pt100）。总线端子电路只可使用2 线制传感器。整个温度范围的线性度由一个微处理器来实现。总线端子的标准配置为：PT100 传感器。分辨率为0.1 摄氏度，误差小于1摄氏度 类型：IM3001(3相笼型转子异步电机)额定功率：4.5KW 额定转速：1500rpm 工作制式：S2 60min 最大转矩：75Nm 制动转矩：100Nm 额定电压：29V 额定电流：125A 额定功率因数：0.89 绝缘等级：F 转动惯量：0.0148kg.m2 防护等级：IP54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（通过逆变器改变供电的频率来控制电机的转速）。相比采用直流电机调速的变桨控制系统，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，维护工作量大、成本增加的缺点。7、变桨电机、变桨电机 8 8、旋转编码器和倍福、旋转编码器和倍福KL5001KL5001模块模块KL5001 SSI 接口模块可直接连接SSI 传感器（旋转编码器）。传感器电源由SSI 接口提供。接口电路产生一个脉冲信号以读取传感器数据，读取的数据以字的形式传送到控制器的过程映像区中。各种操作模式、传输频率和内部位宽可以永久地保存在控制寄存器中。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；9 9、5 5和和8787接近开关接近开关可无损不接触地检测金属物体。通过高频的交流电磁场和目标体相互作用实现检测。采用殊殊的铁氧体磁芯使得接近开关能够抗交流磁场和直流磁场的干扰。测量范围：8mm10%。采用3线制，PNP型，带屏蔽。输入电压：1224VDC,脉动（P-P）10%以下（1030VDC）。运行温度范围：-40 851010、9191限位开关限位开关触点类型开关功能触点开关类型最大电压最大恒流接通、断开常闭3个常闭A3Z400V6A最大电压400VAC持续电流5A最大开关频率100/min机械寿命-动作次数106工作温度-30+80oC标准执行机构形态C认证UL，CSA重量0.16kg技术数据五、变桨系统的维护和故障诊断五、变桨系统的维护和故障诊断通过变桨柜转动叶片的所有工作步骤如下（从进入轮毂始）：a)进入轮毂；b)在变桨柜上将手自动旋转开关打到“M”位置；c)用旋转开关转动叶片到想要的位置；d)然后在变桨柜上立即将主开关旋到“Off”位置；e)若要转到新的位置，将主开关旋到“On”位置，并按上述步骤转动叶片。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5.1、变桨系统的维护、变桨系统的维护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。变桨轴承采用四点接触球轴承结构，轴承在运行其间必须保持足够的润滑。长时期停止运转的前后也必须加足新的润滑脂。定期检查变桨控制支架连接螺栓和所有附件连接螺栓是否松动，如有松动，应紧固。定期检查变桨控制柜是否有破损、裂纹、焊缝开裂等现象。定期检查与变桨控制柜相连的电缆，接头是否牢固，是否磨损，变桨控制柜风扇是否工作正常。定期检查漆面的完好程度，检查门锁是否完好。定期检查变桨系统91限位开关、0和87接近传感器工作是否正常。定期检查变桨轴承的密封圈，擦去泄漏的油脂，密封带和密封系统必须至少每12个月检查一次，密封带必须保持没有灰尘，当清洗部件时，应避免清洁剂接触密封带或进入轨道系统。定期检查变桨轴承防腐层是否脱落、破坏，若有请补刷破损和脱落部分。参照机组的维护手册，定期参照螺栓紧固力矩表紧固变桨轴承与叶片连接螺栓。5.2 变桨系统故障诊断变桨系统故障诊断变桨系统故障可分为以下几种:变桨系统温度故障（包括电机温度、电容温度、变桨柜温度、变频器温度故障）变桨电容电压故障（包括电压不平衡，高电压，低电压故障）变桨变频器OK信号丢失故障叶片位置比较故障变桨节点故障旋转编码器数据溢出故障变桨电源供应故障变桨位置传感器故障变桨位置传感器范围故障变桨限位开关故障变桨速度超限故障变桨速度比较故障手动或强制手动变桨动作故障故障举例说明一解释说明：变桨电机温度超过150值，持续3秒，风机报此故障。执行正常停机，当温度低于100可以自动复位。故障举例说明二解释说明：变桨高电压除2与低电压的差值的绝对值超过1，持续3秒，风机报此故障。执行正常停机，不可自动复位通过本课程，您将有以下收获通过本课程，您将有以下收获变桨系统的整体认识变桨系统内部结构变桨系统内部电器元器件认知变桨系统常见故障