金风变桨系统PPT教案课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,金风变桨系统,金风变桨系统,1,主要内容：,一、变桨系统的机械结构,二、变桨距控制的目的,三、变桨系统的硬件组成,四、主要元件的功能原理,五、变桨系统的手动操作,六、变桨系统的维护和故障判断,第1页/共47页,主要内容：第1页/共47页,2,一、变桨系统的机械结构,控制系统,第2页/共47页,一、变桨系统的机械结构控制系统第2页/共47页,3,第3页/共47页,第3页/共47页,4,第4页/共47页,第4页/共47页,5,二、变桨距控制的目：,使叶片的攻角在一定范围（,0,度,-90,度）变化，以便调节输出,功率，避免了定桨距机组在确定攻角后，有可能夏季发电低，,而冬季又超发的问题。在低风速段，功率得到优化，能更好的,将风能转化电能。,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,；,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。,第5页/共47页,二、变桨距控制的目：第5页/共47页,6,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。,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。,第6页/共47页,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,7,下图为,不同最小桨矩角,对应的,Cp,及,曲线图,第7页/共47页,下图为不同最小桨矩角对应的Cp及曲线图第7页/共47页,8,第8页/共47页,第8页/共47页,9,相同容量的定桨距和变桨距机组功率曲线的对比,第9页/共47页,相同容量的定桨距和变桨距机组功率曲线的对比第9页/共47页,10,三、变桨系统的硬件组成,变桨控制柜内的布局,第10页/共47页,三、变桨系统的硬件组成第10页/共47页,11,变桨系统分布结构,第11页/共47页,变桨系统分布结构第11页/共47页,12,线路连接,第12页/共47页,线路连接第12页/共47页,13,3.1,变桨系统驱动原理,第13页/共47页,第13页/共47页,14,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，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/s,的速率，从,0,顺桨到,90,。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，仍可保证整套变桨电控系统正常工作。相比密封铅酸蓄电池作为备用电源的变桨系统，采用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。,第14页/共47页,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,15,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,变桨超级电容,四、主要元件的功能原理,第15页/共47页,型号：4-BMOD2600-6变桨超级电容四、主要元件的功能,16,上面的插头：,5+,屏蔽，,24VDC,，机舱到变桨的安全链；,中间的插头：,Profibus DP,现场总线，,2+,屏蔽，,10VDC,；,下面的插头：,4,，,400VAC,，机舱到变桨系统的电源,Profibus DP,数据传输速率：,6Mbit/s,Harting,连接端子,第16页/共47页,上面的插头：5+屏蔽，24VDC，机舱到变桨的安全链；Har,17,变桨电机,类型：,IM3001(3,相笼型转子异步电机,),额定功率：,4.5kW,，,1500rpm,，,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：,0.0148kgm2,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。,第17页/共47页,变桨电机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,18,3.2,变桨系统主要部件,:,控制柜内部电源及控制检测部分,:,1,、开关电源,(NG5),2,、变桨变频器,(AC2),3,、超级电容,4,、,A10,自制模块,5,、,BC3150,及,beckoff,模块,6,、温度检测（,PT100,）,控制柜外部驱动及检测部分,:,1,、变桨电机,2,、旋转编码器,3,、温度检测（,PT100,）,4,、,0,接近开关及,90,限位开关,第18页/共47页,3.2 变桨系统主要部件:第18页/共47页,19,名称,型号,功能及端口定义,开关电源,ZIVAN,功能：将,50HZ,线电压,400V(,三相,),交流电输入转换为,60V,直流电输出。,AUX1 CAUX1 NO=,开关电源正常输出信号,额定,60V/80A,ON/OFF=,开关电源工作,/,停止工作信号,LSENSE,电流检测通道,变频器,SW:AC2T2IFWMF145_HYSO4,功能：将,60VDC,转换成三相频率可变的,29VAC,BATT/-BATT,为直流输入,U V W,为交流电输出；,额定,48V/450A,F3/F9,控制变桨电机刹车电磁阀；,E5=,自动变桨控制信号；,F4=,自动变桨使能；,E12=,叶片向,0,度方向变桨信号；,E13=,叶片向,90,度方向变桨信号；,F6/F12,外部过载信号；,A10,自制模块,功能：采集超级电容高低电压；,X4:4=,X4:3,分别采集电容高低,60V,30V,直流输入电压；,X4:5=,模块,24V,电源的接口；,X4:9,X4:10=,电压检测模拟量输出；,X4:11=,电流检测模拟量输出,旋转编码器,1=,旋边电源；,3/7=,正,/,负向,SSI,脉冲输入；,5=,清零端；,8/9=,速度和位移反馈；,10=,反馈旋边工作正常信号；,第19页/共47页,名称型号功能及端口定义开关电源ZIVAN功能：将50HZ线电,20,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。,变桨开关电源,NG5,第20页/共47页,型号：Zivan Battery Charger NG5变桨,21,基本原理图,第21页/共47页,基本原理图第21页/共47页,22,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,AC-2,异步电机用高频,MOSFET,逆变器,第22页/共47页,IMS功率模块，Flash内存，微处理器控制，Can Bus,23,基本原理图,第23页/共47页,基本原理图第23页/共47页,24,A10,自制模块,第24页/共47页,A10自制模块第24页/共47页,25,基本原理图,第25页/共47页,基本原理图第25页/共47页,26,旋转编码器,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,；,绝对式旋转编码器,GM 400,第26页/共47页,旋转编码器25位分辨率，8192脉冲/4096圈绝对式旋转编,27,光电转换电路,轴承,安装法兰,光栅码盘,内部基本结构图,第27页/共47页,光电转换电路轴承安装法兰光栅码盘内部基本结构图第27页/共4,28,内部基本原理图,绝对位置从码盘上读取，,在码盘上，每一位对应一个码道，每个数位编码器对应一个输出电路，,每一个通道都包含一个光源的接收器，每圈,(360),读数完成后，将重复读数输出。,第28页/共47页,内部基本原理图绝对位置从码盘上读取，在码盘上，每一位对应一个,29,码盘的物理成像是通过光敏元件阵列实现的，每位有两个光敏元件,/bit,差分信号,信号优化,第29页/共47页,码盘的物理成像是通过光敏元件阵列实现的，每位有两个光敏元件,30,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。,温度传感器（,Pt 100,）,第30页/共47页,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,31,第31页/共47页,第31页/共47页,32,接近开关,（,Bi5-M18-AP6X-H1141/S34,）,*,带螺纹的圆筒，,M18,；,*镀铬黄铜；,*抗交流磁场和直流磁场干扰；,*,3,线直流连接，*,1030VDC,；,*常开,PNP,输出；,*连接头，,M12,；,第32页/共47页,接近开关（Bi5-M18-AP6X-H1141/S34）*带,33,最大电压,400VAC,持续电流,5A,最大开关频率,100/min,机械寿命,-,开关动作次数,10,6,工作温度,-30+80,o,C,标准执行机构形态,C,认证,UL,，,CSA,重量,0.16kg,限位开关,第33页/共47页,最大电压400VAC持续电流5A最大开关频率100/min机,34,BC,3,1,5,0,KL,1,1,0,4,KL,1,1,0,4,KL,1,1,0,4,KL,2,4,0,8,KL,3,4,0,4,KL,5,0,0,1,KL,3,2,0,4,KL,4,0,0,1,KL,9,0,1,0,变桨控制柜中都有一个总线控制器,BC3150,，它是每个变桨控制系统的核心，其内部有变桨控制程序。此程序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,及,beckoff,模块,第34页/共47页,BCKLKLKLKLKLKLKLKLKL变桨控制柜中都有一个,35,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。“紧凑型”总线端子控制器,BC3150,比较小巧而且经济,BC3150,通过,K-BUS,总线扩展技术，可连接多达,255,个总线端子。,KL1104,数字量输入端子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。每个总线端子含,4,个通道，每个通道都有一个,LED,指示其信号状态。,KL2408,（正极变换）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