客服热线：
手机版
二维码
【摘 要】 变桨控制系统是风电机组控制系统是吊车出租的重要组成部分。它是风电机组桨叶调节装置，通过调节桨叶角度使风机获得最大是吊车出租的风能利用率，并在不同是吊车出租的风况下控制功率与转速的平衡。当风速较大时，使桨距角适当增大，控制风能的吸收，同时减少风力对风机的冲击；风速小时，使桨距角适当减小，保证风机获取最大的风能。在并网过程中，变桨控制系统还可实现快速无冲击并网，同时在风机发生故障时使桨叶到达安全位置，以保证风电机组的安全。
【关键词】 变桨控制系统 桨距角 典型故障处理
定桨距风电机组：桨距角固定不变，结构比较简单，发电量较小，一般是从数十千瓦到兆瓦级，优点是性能可靠，缺点是效率偏低。
变桨距风电机组：叶片的攻角α基本保持不变，桨距角发生改变，优点是最大程度的利用风能，效率高，发电量高，双馈风电机组兆瓦级以上风机大都采用此类风电机组。
详见下图1所示，定桨距和变桨距桨叶受力调节比较：
图1：定桨距和变桨距桨叶受力调节比较
2.2 变桨距的转速调节原理
变桨距调节转速是当前大中型风力发电机广泛使用的调速技术，可使风力发电机的转速在超过额定风速时稳定在额定转速。如图2是风速超出额定值时的桨叶状态，图中左面是风机运行在额定转速时桨叶的状态，此时的推力为F。如果此时风速继续增大，如果桨叶角度不变就会进入严重的失速状态，此时在变桨控制系统的调节下，桨叶的桨距角β增加了Δβ，从而攻角α减小，桨叶受到的推力F减小，调节合适的Δβ可使推力F保持与左图一样，则风机仍保持额定运行。
图2：桨叶受力分析图
2.3 双馈风电机组变桨系统的结构
如图3是一台双馈风电机组的电动变桨距系统。风力发电机主轴上安装着轮毂，在轮毂圆周分布着3个变桨齿轮，齿轮内侧有轴承，桨叶根部安装在轴承内，桨叶在轴承内旋转就改变了桨距角。在桨叶根部安装有变桨距驱动电动机，其减速器输出接有小齿轮与变桨距齿轮啮合，当电动机转动时即可带动变桨齿轮。3个桨叶各有一套变桨驱动电动机与相关部件，为独立电动变桨系统，尽管3个变桨装置独立，但桨距角变化是按规律同步的【1】。
图3：桨距调节系统示意图
图4：变桨控制系统的工作原理
变桨控制系统的主要目的是在风机主控制系统的协调控制下，接受风机主控系统的变桨控制指令。在低于风机额定风速的情况下使桨叶稳定控制在0°附近，保持风能的最大可利用率。在风速高于额定风速的情况下，调整叶片角度大于0°，保持风机功率为额定值，同时保持风机稳定可靠地运行。当风速超过切出风速时能按照主控系统的指令及时回桨。
风机正常变桨是一个连续的回动过程。首先主控系统根据当前风速情况，通过现场总线（RS485）给出相关变桨指令（变桨角度给定值）到变桨控制器，变桨控制器把变桨指令转化为变桨速度指令到电机伺服控制器。通过伺服控制器控制电机按照要求旋转，同时电机转速测量反馈编码器反馈实际的转动角度值到变桨控制器，这样形成一个相应的闭环控制，能保证系统控制的稳定性。为了增加系统的可靠性，同时在桨叶的旋转回路增加设定一个冗余B编码器，作为备用旋转角度测量。
当出现极端风况或紧急停机时，变桨控制系统首先断开与外部系统电源的连接，开始自动切换到蓄电池供电回桨模式，使叶片能转到风机设定的91°安全位置。当叶片回到91°安全位置后，通过安装在91°位置处的限位开关，中断蓄电池供电完成整个紧急变桨过程。由于三支叶片分别受不同的伺服和电机控制，因此具有冗余功能，任意一支叶片控制出现故障，并不影响其它两支叶片的正常变桨工作，从而保证了系统的安全性和可靠性。
根据现阶段电网要求，变桨控制系统在主控制系统、变频系统等风机整体系统的协调下，具有低电压穿越功能。当风机系统的供电电压低于电网要求的低电压穿越设计要求时，变桨控制系统将维持电网要求的低电压穿越时间的运行，保证了整个风机系统运行的稳定性及连续性【3】。
4.1.1故障释义
机舱主控和变桨控制器之间的通讯出现问题，在规定时间内丢失的通讯次数超限。
4.1.2故障原因
主控、变桨通讯协议差异，导致风机通讯错误。
信号干扰、雷击使设备损坏。
通讯滑环脏污或断针导致信号传输不良，随着转速增大信号丢失概率增加，最终通讯超时。
4.1.3故障处理
（1）首先，分析触发故障的根本原因，判断是否为其他故障引发的伴随故障。
（2）测量传感器的真实性检测，测量是否准确，检测是否有信号干扰。
（3）线路连接的检查，确保不是线路松动、未接线引起的。
（4）处理通讯协议错误
典型的是变桨控制器与主控制器信号通道或者传输速率不匹配。此类问题需要更改软件或者更换硬件，一般出现在风机调试初期。
正常设备也可能出现死机现象。为了消除设备死机现象可以按如下方法操作：
A.进行断电操作；
B.将变桨控制器的参数读出后，重新写入。
注意：偶然发生可以断电操作，若设备经常性出现此问题，应更换设备，不容许“带病”运行。
（5）控制器设备检查
机舱主控端、变桨控制器端均为485通讯，两线对地的电压之和约等于5VDC（实际上，线间电压也是5VDC，万用表无法测量到）。可以通过检查电压来初步判断设备好坏。由于机舱主控一般包括变桨通讯板，控制板，此方法检查针对的是机舱、变桨的变桨通讯板（模块）。
（6）通讯滑环检查。检查滑环轨道是否脏污，滑针是否脱落，若滑环轨道脏污，则按照标准规范用无水乙醇清洗滑环。
4.2 旁路限位开关超时故障
4.2.1故障释义
风机变桨系统从限位开关位置开桨到90°的时间超过主控要求的时间限制。
4.2.2故障原因
有一只或者多只叶片无法变桨。
有一只或者多只叶片在上次故障停机时未到达限位开关位置。
4.2.3故障处理
说明：运行的风机，出现叶片无法压到限位开关，可能A编码器角度已经变化，即编码器反应的角度已经不是叶片的实际位置了。
必须确保风机在停机时，叶片在92.5°前压到限位开关。如果风机未收到“风暴位置反馈”信号，则风机在启动时不会发出“旁路限位开关”信号，致使压到限位开关的叶片无法离开限位开关。
叶片压限位开关角度过小，当叶片变桨到90°仍然无法离开限位开关。所以叶片 压限位开关角度在91.6±0.3°为宜。
4.3 变桨驱动回路故障
4.3.1故障释义
风机变桨系统无法正常变桨、或者变桨异常。
4.3.2故障原因
主控控制---变桨通讯---变桨控制器的通讯不正常。
主控控制---变桨通讯---变桨控制器的DO信号不正常。
变桨控制器---驱动器的信号不正常。
驱动器的输入输出不正常。
变桨编码器损坏，速度反馈环异常。
变桨电机或者变桨减速齿损坏。
变桨控制器或驱动器损坏。
4.3.3故障处理
1、检查主控系统传输给变桨系统的三个重要信号是否异常：
A.正常变桨信号（主电源OK信号）：当此信号=0时，风机将开始电池收桨。故障表现有：风机启动时，叶片脱开限位开关后，马上收桨；正常运行时，风机报错桨角不一致、跟踪设定值超速等；
B.旁路限位开关信号：风机启动时，此信号将=1，其他时间均等于0。故障表现有：启机时，若=0，风机无法变桨。
C.Rpm OK正常信号：风机快速收桨时，此信号将=0，其他时间均等于1。故障表现有：启机时，若此信号=0，叶片开桨到90°后不再动作；
2、检查变桨电机、变桨减速齿轮箱是否正常工作。
3、检查变桨控制器、变桨驱动器是否正常工作。
4.4 变桨桨距角差异过大故障
4.4.1故障释义
三只叶片之间的差异偏差超过容许值。
4.4.2故障原因
叶片无法正常变桨。
变桨A编码器数据不正常。
后备电源收桨不正常。
4.4.3故障处理
检查叶片是否可以正常变桨、收桨。
检查变桨编码器是否可以正常工作，没有跳变现象。
检查变桨后备电源收桨是否正常。
