变桨距系统培训

风电控制领域的卓越解决方案成都阜特科技有限公司变桨系统介绍主讲人：Shakar日期：2012-02-07、概述2、变桨原理3、系统功能4、与其它产品比较5、变桨系统故障判断PitchSystem以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1、概述风力发电系统总体结构1.1变桨系统结构1.2变桨系统分类1.3以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.1风力发电系统总体结构把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风机叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是3m/s的速度，便可以开始发电。以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.1风力发电系统总体结构双馈异步风力发电机直驱式风力发电机以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.1风力发电系统总体结构18724691035变桨系统所在位置1.叶片2.轮毂3.变桨系统4.发电机转子5.发电机定子6.偏航电机7.风速仪、风向标8.基座9.塔筒10.提升机Vensys直驱风机以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.1风力发电系统总体结构双馈风机以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.2变桨系统结构滑环主电源线CANopen信号线驱动柜1变桨电机195度限位开关91度限位开关A编码器电机连接线B编码器电池柜1电池连接线变桨电机2驱动柜295度限位开关91度限位开关A编码器电机连接线B编码器电池柜2电池连接线变桨电机3驱动柜395度限位开关91度限位开关A编码器电机连接线B编码器电池柜3电池连接线风机主控变桨系统的工作模式：A)正常工作模式B)正常停机模式C)紧急模式以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.2变桨系统结构变桨是指让风机的桨叶自动旋转到主控制器设定的角度，以控制叶片的迎风角始终保持在最佳位置，从而更好地利用风能。变桨距系统接收主控发来的控制指令，通过控制算法输出一个电压形式的速度值，这个值通过伺服驱动器驱动电机运转以带动桨叶。同时，变桨控制器对备用电源进行管理，以保证紧急情况下能快速收桨。以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.2变桨系统结构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。每个叶片的变桨控制柜，都配备一套备用电源，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，仍可保证短期内整套变桨电控系统正常工作，实现低电压穿越（LVRT）功能。以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.3变桨系统分类1.3.1按柜体数量分类1.3.2按执行机构动力形式分类1.3.3按驱动器输出电压类型分类以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.3.1按柜体数量分类变桨系统结构有很多种，有7柜式、6柜式、4柜式、3柜式。但都包括：1、驱动柜（7柜式多一个中控柜）2、电池柜3、变桨电机4、编码器5、限位开关6、减速机7、润滑泵以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.3.1按柜体数量分类以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.3.1按柜体数量分类以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.3.2按执行机构动力形式分类1.3.2.1电动变桨1.3.2.2液压变桨以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.3.2.1电动变桨电动变桨距系统（ElectricPitchControlSystem）一般包括变桨距伺服电机、控制器、电机驱动器、UPS、减速箱、传感器等。图中只画出了一个桨叶的变桨距执行机构，其它两个桨叶与此完全相同。每个桨叶分别采用一个带位移反馈的伺服电机进行单独调节，位移传感器采用光电编码器，安装在电动机输出轴上，采集电机转动角度。电动变桨距系统电机执行机构原理图：以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.3.2.2液压变桨液压变桨距系统（HydraulicPitchControlSystem）主要由推动杆、支撑杆、导套、防转装置、同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘、桨叶法兰等部件组成。各部分作用如下:推动杆:传递动力，把机舱内液压缸的推力传递到同步盘上;支撑杆:是推动杆轮毅端径向支撑部件;导套:与支撑杆形成轴向运动副，限制支撑杆的径向运动;同步盘:把推动杆的轴向力进行分解，形成推动三片桨叶转动的动力;防转装置:防止同步盘在周向分力作用下转动，使其与轮毅同步转动。其中同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘组成了曲柄滑块机构，将推动杆的直线运动转变成偏心盘的圆周运动。该机构的工作过程如下:控制系统根据当前风速，以一定的算法给出桨叶的桨距角信号，液压系统根据控制指令驱动液压缸，液压缸带动推动杆、同步盘运动，同步盘通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动，偏心盘带动桨叶进行变距。以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.3.2.2液压变桨国内传统的风力发电机组液压变桨距执行机构均采用曲柄连杆机构的方式，液压站和液压油缸放在机舱内，通过一套曲柄连杆机构同步推动三片桨叶旋转，这种方案的变距力有限，而且不能对桨叶独立控制，已不能满足兆瓦级风力发电机组的要求。在对国内进口风电机组液压变桨距机构进行调研的基础上，设计了独立液压变桨距机构。国外先进风力发电机组一般都采用独立液压变桨执行机构的方式，如图所示。桨叶由油缸驱动，油缸安装于轮毂内，液压油通过液压滑环进入轮毂。图中，1为轮毂壳，2为偏心块，3为活塞杆，4为桨叶，5为回转支撑，6为油缸，7为油缸座，8为阀块，9为内压板。该机构的工作过程如下：主控系统根据检测到的功率，以一定的算法给出桨距角参考信号，通过电滑环送给轮毂控制器，轮毂控制器根据主控指令驱动伺服比例阀使油缸活塞杆达到指定位置，偏心块将液压缸活塞杆的直线运动转变成使桨叶旋转的圆周运动，从而实现对桨距角的控制。由于风电机组的每个桨叶都由一套独立的液压伺服系统驱动，一个桨叶出现故障时，其他两个桨叶仍能正常工作，增加了系统的安全性。这种执行机构尤其适用于大型风力发电机组。以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.3.2.2液压变桨项目电动变桨液压变桨结构结构复杂，冗余性好。由电动机、控制模块、蓄电池与执行机构减速器、齿轮等组成。液压变桨结构简单，由动力源液压泵站、控制模块、蓄能器与执行机构油缸等组成。桨距调节基本无差别。电路的响应速度比油路略快。电动变桨技术成熟，数控驱动容易，控制简单。基本无差别。油缸的执行（动作）速度比齿轮略快，响应频率快扭距大。液压控制较为困难，因为各位置的的速度和加速度都不同。紧急情况下的保护功能基本无差别。功能基本无差别。低温下，蓄电池储存的能量降较大。低温下，蓄能器储存的能量降较小。蓄电池储存的能量不容易实现监控。蓄能器储存的能量通过压力容易实现监控。使用寿命主要损耗件蓄电池的使用使命大约3年液压变桨结构简单，元器件寿命较长。主要损耗件蓄能器的使用使命大约6年外部配套需求占用空间相对较大。轮毂、轴承可相对较小。需对齿轮进行集中润滑。无需对齿轮进行润滑，减少集中润滑的润滑点。环境清洁机舱及轮毂内部清洁。容易存在漏油，造成机舱及轮毂内部油污。维护电动变桨漏电，需漏电保护。电机碳刷（永磁无刷直流电机除外）、蓄电池需定期维护。液压变桨漏油，液压油要求清洁度高。需定期对液压油、滤清器进行更换。代表厂商GE、Nordex、Suzlon、Repower和金风、华锐、东汽等。Vestas、Gamesa、Acciona和Dewind、三菱重工、上海电气等。以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存1.3.3按驱动器输出电流类型分项目直流变桨交流变桨电机直流电机的价格贵，而且有电刷，维护不方便。交流电机体积小，效率高，价格也比直流电机便宜。维护3MW机组的变桨电机功率约在8kW～10kW，若用直流电机，体积庞大，安装非常不变，如果电机烧了，要换电机，一个人是抱不动了，轮毂空间又小，维护工作量很大。大型机组采用异步电机，又轻又苗条，问题相对要小了。安全性直流伺服坏了，直流电机能实现顺桨。最后一个安全环节，直流更胜一筹。在国外5MW机组上，电动变桨多采用直流方案。交流伺服如果坏了，机组就无法顺桨了。以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存2变桨原理原理简介2.1智能变桨2.2以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存2.1原理简介Pitchsystem整流桥伺服驱动器电压/电流监测变桨电机风扇自动/手动切换电源开关Pt100电机刹车位置编码器92度限位开关95度限位开关电压电流信号状态温度信号叶片桨距角电机转速反馈UW状态信号控制命令变桨速度RS485电机温度AB电池柜紧急收桨以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存2.2智能变桨目前全球仅有美国的Moog和西班牙MLS两家系统集成商提供智能变桨距控制系统的解决方案。智能变桨距技术对大功率、海上型风机实施控制是未来风机的发展趋势，国际国内市场需求十分迫切：1、大型风机疲劳载荷是传统旋转机械的几十倍，特别是海上型大型风力发电机组需要通过控制系统补偿才能获得较长的有效生命周期；2、大型风力机组只能通过智能控制补偿达到机组设计目标，并通过有效保护来弥补由此带来的安全隐患。以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存2.2智能变桨1、叶片上的载荷，主要是叶根处的载荷情况；2、轮毂上的载荷；3、塔架上的载荷，主要是塔顶和塔基的载荷情况等。作用在风力发电机上的载荷按照载荷的来源可以大致分为：1、空气动力载荷：这是与风轮转速，平均风速，湍流强度，叶片轮廓和空气密度等有关的载荷；2、重力载荷：这是由于风力发电机组相关的重力引起的载荷；3、惯性载荷：包括离心力和科氏力等；4、工作载荷：这是来源于风力发电机组的操作和控制的载荷；5、其他载荷：安装位置的特殊条件等带来的载荷，如波浪载荷和结冰载荷。按照风力发电机的部位来分，一般关注以下载荷：以上三部位的载荷是设计阶段和风机运行过程中所要关注的基本载荷，其他部位的载荷可以由这些基本载荷推算出来。以创新为动力成都阜特科技有限公司ChengduForwardTechnologyLtd.以质量求生存3、系统功能3.1通信3.2桨叶定位3.3备用电源管理