DEH控制系统培训教材
变桨系统原理及维护方案
1.5MW风力发电机组变桨系统原理及维护 国电联合动力技术有限公司 培训中心 （内部资料严禁外泄）
UP77/82 风电机组变桨控制及维护 目录 1、变桨系统控制原理 2、变桨系统简介 3、变桨系统故障及处理 4、LUST与SSB变桨系统的异同 5、变桨系统维护 定桨失速风机与变桨变速风机之比较 定桨失速型风电机组 发电量随着风速的提高而增长，在额定风速下达到满发，但风速若再增加，机组出力反而下降很快，叶片呈现失速特性。 优点：机械结构简单，易于制造； 控制原理简单，运行可靠性高。 缺点：额定风速高，风轮转换效率低； 电能质量差，对电网影响大； 叶片复杂，重量大，不适合制造大风机
变桨变速型风电机组 风机的每个叶片可跟随风速变化独立同步的变化桨距角，控制机组在任何转速下始终工作在最佳状态，额定风速得以有效降低，提高了低风速下机组的发电能力；当风速继续提高时，功率曲线能够维持恒定，有效地提高了风轮的转换效率。 优点：发电效率高，超出定桨机组10%以上； 电能质量提高，电网兼容性好； 高风速时停机并顺桨，降低载荷，保护机组安全； 叶片相对简单，重量轻，利于制造大型兆瓦级风机 缺点：变桨机械、电气和控制系统复杂，运行维护难度大。 变桨距双馈变速恒频风力发电机组成为当前国内兆瓦级风力发电机组的主流。
变桨系统组成部分简介 变桨控制系统简介 ?主控制柜 ?轴柜 ?蓄电池柜 ?驱动电机 ?减速齿轮箱 ?变桨轴承 ?限位开关 ?编码器 ?变桨主控柜
变桨轴柜
?蓄电池柜 ?电机编码器 GM 400绝对值编码器共10根线，引入变桨控制柜，需按线号及颜色接入变桨控制柜端子排上。 ?限位开关
变桨控制系统培训教材
变桨控制系统培训教材 1. 变桨控制系统概述 图1 变桨系统 变桨控制系统包括三个主要部件，驱动装置－电机，齿轮箱和变桨轴承。从额定功率起，通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动，实现风机的功率控制。如果一个驱动器发生故障，另两个驱动器可以安全地使风机停机。 变桨控制系统是通过改变叶片迎角，实现功率变化来进行调节的。通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。在90度迎角时是叶片的工作位置。在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化而达 轮毂 变桨轴承 变桨驱动器 雷电保护装置 变桨控制柜 撞块装置 限位开关装置
到限制功率。一般变桨角度范围为0～86度。采用变桨矩调节，风机的启动性好、 刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降、额定点以前的功率输出饱满、 额定点以的输出功率平滑、风轮叶根承受的动、静载荷小。变桨系统作为基本制 动系统，可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。 变桨控制系统有四个主要任务： 1.通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速 度。 2.当安全链被打开时，使用转子作为空气动力制动装置把叶子转回到羽状 位置（安全运行）。 3.调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力。 4.通过衰减风转交互作用引起的震动使风机上的机械载荷极小化。 2.变桨轴承 变桨驱动装置 变桨轴承
图2 变桨轴承和驱动装置 2.1安装位置 变桨轴承安装在轮毂上，通过外圈螺栓把紧。其内齿圈与变桨驱动装置啮合 运动，并与叶片联接。 2.2工作原理 当风向发生变化时，通过变桨驱动电机带动变桨轴承转动从而改变叶片对风 向地迎角，使叶片保持最佳的迎风状态，由此控制叶片的升力，以达到控制作用 在叶片上的扭矩和功率的目的。 2.32.3变桨轴承的剖面图 6 一 1 2 3 4 5 7 图3 变桨轴承的剖面图 从剖面图可以看出，变桨轴承采用深沟球轴承，深沟球轴承主要承受纯径向 载荷，也可承受轴向载荷。承受纯径向载荷时，接触角为零。 位置1：变桨轴承外圈螺栓孔，与轮毂联接。 位置2：变桨轴承内圈螺栓孔，与叶片联接。
大型风力发电机组变桨距控制系统探究
大型风力发电机组变桨距控制系统探究 发表时间：2017-10-23T17:09:49.417Z 来源：《电力设备》2017年第15期作者：宋德喜 [导读] 摘要：随着可持续发展战略的提出，我国正在大力开发清洁能源，风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约资源，而且可以减少环境污染，保护生态环境，因此，风电产业得到了迅速的发展。 （龙源陕西风力发电有限公司陕西西安 710065） 摘要：随着可持续发展战略的提出，我国正在大力开发清洁能源，风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约资源，而且可以减少环境污染，保护生态环境，因此，风电产业得到了迅速的发展。本文针对大型风力发电机组变桨距控制系统进行了简单的探究，以提出对风力发电技术有用的建议。 关键词：风力发电机组；变桨距控制系统；探究 风力发电作为一种具有良好经济效益和社会效益的新能源，越来越受到各国的重视。变桨距控制技术成为了当前风力发电技术的发展趋势和方向。而变桨距控制系统作为大型风力发电机组控制系统的核心部分之一，对机组稳定、安全、高效的运行具有重要的作用，稳定的变桨距控制已成为了大型风力发电机组控制技术的研究热点和难点之一。本文主要讨论大型风力发电机组变桨距控制系统的详细情况，为我国风力发电机组变桨距控制系统的国产化研究提供一些设计思路和理论方法。 一、变桨距机构和变桨距控制策略 （一）变桨距机构 变桨距机构是通过改变安装在轮毂上的叶片桨距角的大小，使叶片剖面的攻角发生变化来迎合风速变化，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，变桨距机构的特点是：叶片的桨距角可以随时进行自动调节。风力发电机起动时，可以通过改变桨距角来获得足够的起动转矩；风速过高时，叶片可以沿纵轴方向旋转，改变气流对叶片的攻角，从而改变获得的空气动力转矩，控制吸收的风能，以保持一定的输出功率，同时减少风力对整个机组的冲击。在并网过程中，变桨距控制还可以实现快速无冲击并网。变桨距控制系统与变速恒频技术相结合，可以提高整个风力发电系统的发电效率和电能质量。 （二）变桨距控制策略 对于大型风力发电来说，控制策略的优越与否将决定风力发电的经济效益和社会效益。由于风能资源在不同的地域，因不同的海拔、温度以及地理环境下产生的气流速度是不一样的，因此，风能是一种稳定性较差的能源，随机变化的风速将对桨叶产生大小不断变化的气动力，导致风轮回转平面捕获到的风能的大小处于不断变化之中，风力机的输出功率也随着风速的变化而变化，当这种变化很剧烈时就会对风力发电机组的机械结构造成损伤，减少风电机组的工作寿命。因而要提高风电机组的功率调节能力。针对目前广泛使用的变桨距风力发电机组，其控制策略应以额定风速为界，在高于额定风速阶段通过调节桨叶的桨距角来限制风力机捕获的风能，使其输出功率稳定在额定功率附近；在低于额定风速阶段，保持桨距角为0，使风能利用系数为最大值，风力机的输出功率随风速变化而变化，因此要保持风力发电机组运行在最佳叶尖速比，跟踪最大功率点。 二、变桨距控制原理及运行过程 （一）变桨距控制原理 变桨距控制技术简单地说就是通过调节桨叶的节距角，改变气流对桨叶的攻角，进而控制风能捕获的气动转矩和气动功率。目前国内外大型风力发电机组变桨距控制的方法有两种，一是统一变桨距控制，它的意思是说，风力机所以叶片的节距角均同时改变相同的角度，它是最先发展起来的变桨距控制方法，是目前应用最为成熟的方法；二是独立变桨距控制，它是指风力机的每支叶片根据自身的控制规律独立地变化节距角。 （二）变桨距控制系统的运行过程 根据风速的大小，变桨距的运行过程可分为4个阶段。在风速小于切入风速时，机组不产生电能，桨距角保持在90°；在风速高于切入风速时，桨距角转到0°，机组开始并网发电，并通过控制变流器调节发电机电磁转矩使风轮转速跟随风速变化，使风能利用系数保持最大，捕获最大风能；在风速超过额定值后，变桨机构开始动作，增大桨距角，减小风能利用系数，减小风轮的风能捕获，使发电机的输出功率稳定在额定值；在风速大于切除风速时，风电机组抱闸停机，桨距角变道90°以保护机组不被大风损坏。 三、大型风力发电机组变桨距控制的方式 目前大型风力发电机组的变桨方式可以分为两种，分别是液压变桨距系统和电动变桨距系统。液压变桨距系统用液体压力驱动执行机构；电动变桨系统用伺服电机驱动齿轮实现变距调节功能。 （一）液压变桨距系统 液压变桨距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，将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动，以此来实现桨叶的变桨距。液压变桨距系统是一个自动控制系统，它由桨距控制器、液压动力泵、数码转换器、变桨系统蓄压器、旋转接头和位移传感器等组成。由于驱动形式的不同，液压变桨距风机又可以分为叶片单独变距和叶片统一变距。 大型风力发电机组上的液压变桨距系统通常要完成3个任务：一是偏航制动。浆叶要保持迎风方向，根据风向随时调整，调整后要锁定，这要靠液压夹紧油缸完成，液压站要长时间保压,尽量减少启动次数。二是主轴制动。紧急情况下不需要主轴旋转，要依靠液压缸夹紧主轴，在布置上与偏航是一样的。三是桨叶变距。根据风速，调节桨叶的迎角，充分利用风力，风速过大时，要自动顺桨，甩掉负荷，避免风车被吹倒。因为随时风速都在变化，浆叶的迎角也要时刻微调，液压上依靠比例阀的调节频繁改变油缸推力和位移，通过机械机构放大，从而改变桨叶角度。 液压变桨距系统的工作过程是：控制系统根据当前的风速，通过预先编制的算法给出电信号，该信号经液压系统进行功率放大，液压油驱动液压缸活塞运动，从而推动推杆、同步盘运动，而同步盘则通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心转动，偏心盘带动叶片进行变距。（二）电动变桨距系统 电动变桨距系统主要由动力源电动机、控制模块、蓄电池与执行机构减速器、齿轮等组成，具有代表的厂商有GE、金风和华锐等。（三）液压变桨距系统和电动变桨距系统的比较
风机变桨控制系统简介
风力发电机组变桨系统介绍
一．概述 双馈风机
风轮：风轮一般由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩组成。风轮是风力机最关键的部件，是它把空气动力能转变成机械能。大多数风力机的风轮由三个叶片组成。叶片材料有木质、铝合金、玻璃钢等。风轮在出厂前经过试装和静平衡试验，风轮的叶片不能互换，有的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的旋转方向，一般都是顺时针。固定扭矩要符合说明书的要求。 风轮的工作原理：风轮产生的功率与空气的密度成正比。风轮产生的功率与风轮直径的平方成正比；风轮产生的功率与风速的立方成正比；风轮产生的功率与风轮的效率成正比。风力发电机风轮的效率一般在0.35—0.45之间(理论上最大值为0.593)。贝兹（Betz）极限 风机四种不同的控制方式: 1.定速定浆距控制(Fixed speed stall regulated) 发电机直接连到恒定频率的电网,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的电网,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),允许转子速度通过控制发电机的反力矩改变.在大风时,减慢转子直到空气动力学失速限制功率到期望的水平. 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), 允许通过控制发电机的反力矩改变转子速度.在大风时,保持力矩, 浆距控制用于调节功率.
变桨系统维护培训资料
变桨系统维护
华锐风电科技有限公司 风力发电机组培训教材 变桨部分 1.变桨控制系统简介
变桨控制系统包括三个主要部件，驱动装置－电机，齿轮箱和变桨轴承。从额定功率起，通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动，实现风机的功率控制。如果一个驱动器发生故障，另两个驱动器可以安全地使风机停机。 变桨控制系统是通过改变叶片迎角，实现功率变化来进行调节的。通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。在90度迎角时是叶片的工作位置。在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化而达到限制功率。一般变桨角度范围为0～86度。采用变桨矩调节，风机的启动性好、刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降、额定点以前的功率输出饱满、额定点以的输出功率平滑、风轮叶根承受的
动、静载荷小。变桨系统作为基本制动系统，可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。 变桨控制系统有四个主要任务： 1. 通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速度。 2. 当安全链被打开时，使用转子作为空气动力制动装置把叶子转回到羽状位置（安全运行）。 3. 调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力。 4. 通过衰减风转交互作用引起的震动使风机上的机械载荷极小化。 2.变桨轴承
2.1安装位置 变桨轴承安装在轮毂上，通过外圈螺栓把紧。其内齿圈与变桨驱动装置啮合运动，并与叶片联接 2.2工作原理 当风向发生变化时，通过变桨驱动电机带动变桨轴承转动从而改变叶片对风向地迎角，使叶片保持最佳的迎风状态，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在叶片上的扭矩和功率的目的。
风力发电机变桨系统
风力发电机变桨系统 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。 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。 3 主要部件组成
风力发电变桨距控制系统研究
毕业论文 风力发电变桨距控制系统研究 学生姓名：XXXX学号：XXXXXX 系部：自动化 专业：自动化 指导教师：XXXXX 二〇一一年六月
诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年月
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的深入研究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，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：风力发电，变桨距控制，伺服系统
Abstract Energy and environment is the human survival and development of the pressing problems which should be solved. The traditional fossil fuel can solve the energy shortage, but give environment caused the most damage, and wind have clean, renewable and low cost, so its advantages by world attention. Reliable and efficient wind power generation system research and development have already become the hot new energy technologies. However, because the wind is instability, energy density characteristics such as low and randomness, and wind power plant are usually located in remote areas and even at sea, natural condition is poor, so ask its control system must be able to realize automatic operation, and asked for the control system had high reliability. So for WTG especially large wind generator control technology research is of vital significance. This paper firstly in the principle of wind power generation, based on the study of the wind generator from getting away from a wind turbine propeller air dynamics research, analyses from the basic control variable OARS, coupled with the current domestic law change from the mainstream of the OARS were designed control technology from control hydraulic change propeller, electric control scheme of variable propeller from last, based on this, advances a more ideal control strategy - half oar active stall control. Keywords: Wind power, From control variable oar ,Servo system
风力发电机组变桨控制系统的研究
风力发电机组变桨控制系统的研究 发表时间：2019-04-01T17:26:18.570Z 来源：《基层建设》2019年第1期作者：吴者 [导读] 摘要：在风力发电机组中，叶轮机组已更换了固定的叶轮机组，它已成为风轮机工业发展主流的双叶轮系统。 中广核新能源华南分公司德庆风电场广东省肇庆市 摘要：在风力发电机组中，叶轮机组已更换了固定的叶轮机组，它已成为风轮机工业发展主流的双叶轮系统。它是风力发电机功率控制的一个重要组成部分，运行平稳，本文主要论述了风力发电的控制方法，本文讨论了基于进流角预报的模糊PlD统一变距功率控制系统和独立变距功率控制策略。同时对两者进行了比较，它提供了一些设计理念和理论方法来定位大型风力涡轮机的可变螺距控制系统。 关键词：变桨机构；独立变桨；优化设计；建模仿真 前言 风力发电机组主要包括两个主要部件：主控制系统和变桨控制系统。主要控制系统是控制整个风机的运行，可变叶片控制系统是专门针对不同工况下叶片的精确控制，为了实现叶片和应急桨的正常运动。一个完整的变距控制系统包括驱动和控制器的主要组成部分（一些变距控制系统只有驱动，没有控制器），变距电机，备用电源等。每一个变螺距控制系统在其结构上都有其独特的特点，为了更好地理解变螺距控制系统，我们必须对其结构有一个全面的了解。 1、课题的背景及研究目的 变叶轮机组已经取代固定叶轮机组成为风力发电机组商业化发展的主流。变量螺旋桨系统是风力发电机功率控制和执行平稳运行的重要组成部分和一个丰富的指导作用，其操作，通常情况下，可变螺旋桨系统在冯风力涡轮机控制器发出指令驱动叶片旋转，使叶片达到指定的节距角位置，不影响互联的快速实现过程，保证风电机组在不同工况下按最优参数运行；在紧急情况下，自动调节螺旋桨螺距角，使叶片跟随螺旋桨，实现气动制动，确保风力机的安全。 2、变桨系统工作原理 螺旋桨更换系统的工作原理如图1所示。机房的主处理器监控风速、转子转速和发电机驱动叶片的旋转角度。发电机能量模块计算了伺服驱动的顺序通过逻辑，驱动叶片转动。不同的叶片都有不同的可变叶轮驱动电机。驱动电机尾部装有一个编码器，编码器用以检测驱动电机的方向、转速、叶片转到的角度，反馈至变桨系统的处理器。发生系统掉电或紧急安全链触发时，备用电源（超级电容或蓄电池）进行紧急收桨，将叶片转动90°的安全位置。在急停顺桨状态下，变桨系统是在风力发电机组的主控系统之外独立工作的，这样可以避免因风力发电机组的主控系统停止工作或是错误工作而不能急停顺桨Nordex、Vestas和其他世界知名制造商都有可变间距的风力涡轮机。目前，可变螺距机制采用可变螺距风扇市场主要包括液压可变螺距机制和电动可变螺距机制，其中电动可变螺距机制分为直流电动可变螺距机制和交流电动可变螺距机制根据电动机电源的形式。 3、定桨距和变桨距风力发电机组 目前，风力发电机组的控制主要以调速为主。在功率调节，风力涡轮机可以分为固定螺距风力涡轮机和变距风力涡轮机。具有固定间距的风轮机的特点是叶片和轮套之间的连接是固定的。当风速发生变化时，叶片的迎风角不会改变，即叶片的俯仰角度无法调整。因此，定螺距风力机通常被称为失速型风力机。这种方法限制了输入功率叫做失速控制。这种情况下的失速调整基本上是相同的速度，但承受的载荷大，场出现功率与风速不匹配的情况。早期的小机组多为此结构，国内的以金风750机组占主导地位。 现在的机组都为变螺距结构，其特点为：变桨系统接收风力发电机组主控系统的指令，调节、转动风机的叶片到指定角度来实现：额定风速以下，桨叶位置保持在0度附近，最大限度捕获风能，保证空气动力效率；达到及超过额定风速时，根据主控系统的指令调节叶片角度，保证机组的输出功率。变螺距的结构输出功率稳定，可调节性能强，便于起动，机械结构受力小以及易控制变桨等安全等优点；但控制结构较复杂，容易发生变桨及其附属故障，维修工作量大。 显然，变螺距风力机具有更大的发展优势，因此，可变间距调节已成为大型风力涡轮机的最佳选择。由于变螺距控制提供了更好的输出电能质量，每个叶片调节器的独立刀片控制技术可以被视为独立的刹车系统，可以独立调整。经过调节发电机的转速，风力涡轮机的叶尖速度比可以接近最优值，为了最大程度地利用风能，提高发电机的运行效率，和操作在不同的风，风向和风速，从而增加了“网间友善”。 4、电变桨距机构 电动变螺距机构分为直流变螺距机构和交流变螺距机构。直流电机驱动装置的命名是在改变转子的时候马达驱动的动力供应模式。同样，驱动叶片旋转的电机也是由交流驱动的。Desire和SSB目前在直流电源转换机制市场上占有很大的份额。直流电动变叶轮最大的优势是在紧急情况下，电池不需要马达的伺服驱动系统直接驱动发动机，把叶片旋转至安全的地方。交流转子为电机的伺服驱动系统提供动力，伺服驱动系统控制叶片旋转至一个安全的地方。 电动变量螺旋桨系统的硬件结构如图2所示：换螺旋桨系统主要由7个机柜组成3个轴机柜，对应于换螺旋桨主机柜的3个叶片。
变桨系统维护
华锐风电科技有限公司 风力发电机组培训教材 变桨部分 1.变桨控制系统简介
变桨控制系统包括三个主要部件，驱动装置－电机，齿轮箱和变桨轴承。从额定功率起，通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动，实现风机的功率控制。如果一个驱动器发生故障，另两个驱动器可以安全地使风机停机。 变桨控制系统是通过改变叶片迎角，实现功率变化来进行调节的。通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。在90度迎角时是叶片的工作位置。在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化而达到限制功率。一般变桨角度范围为0～86度。采用变桨矩调节，风机的启动性好、刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降、额定点以前的功率输出 饱满、额定点以的输出功率平滑、风轮叶根承受的动、静载荷小。变
桨系统作为基本制动系统，可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。 变桨控制系统有四个主要任务： 1. 通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速度。 2. 当安全链被打开时，使用转子作为空气动力制动装置把叶子转回到羽状位置（安全运行）。 3. 调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力。 4. 通过衰减风转交互作用引起的震动使风机上的机械载荷极小化。 2.变桨轴承
2.1安装位置 变桨轴承安装在轮毂上，通过外圈螺栓把紧。其内齿圈与变桨驱动装置啮合运动，并与叶片联接 2.2工作原理 当风向发生变化时，通过变桨驱动电机带动变桨轴承转动从而改变叶片对风向地迎角，使叶片保持最佳的迎风状态，由此控制叶片的 升力，以达到控制作用在叶片上的扭矩和功率的目的。
变桨系统
风力发电变桨系统 摘要：变桨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桨系统的构成、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。 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。 3 主要部件组成
风电变桨控制系统调查
风电变桨控制系统调查 变桨风力发电机组是通过叶片沿其纵向轴心转动来调节功率。其主要调节方法分为三个阶段：第一阶段为开机阶段，当风力机达到运行条件时，计算给定桨叶节距角，第一步节距角调节到45度左右；当转速达到一定的转速（如1/2 额定 转速）时，再调节到开平桨的角度，直到风力机达到额定转速并网发电。第二阶段为：当输出功率小于额定功率时，桨叶节距角保持在开平桨位置不变。第三阶段是：当功率达到额定转速后，调节系统投入运行。调节的关键是额定功率，当输出功率大于额定功率时即调小桨叶节距角。从当前世界风力机发展趋势来看，容量小于750KW的风电机组尚可使用定桨失速调节技术，容量大于750KW的风电机组大多采用变桨调节技术。 先来看看内资风电机组制造商的发展状况，目前可以分成四个梯队，第一梯队是在2007年已具备批量生产能力的企业；第二梯队是在2007年已推出样机，2008 年进入内资与合资企业新增装机容量前十位的制造商；第三梯队则是2008 年内资与合资企业新增装机容量前十位以外，机组已安装到现场的制造商；其余还有许多企业正在准备从事风电机组的整机制造，即第四梯队，这部份约有50 个。 中国内资与合资企业产品占75.57%。华锐风电的份额最大，占新增总装机的 22.45%，内资与合资企业产品的29.71%。外资企业产品占24.43%，丹麦Vestas 的份额最大，占新增总装机的9.6%，外资企业产品的39.3%。 表：2008 年新增中国内资与合资制造商的市场份额 品牌（制造商）容量（kW）占当年内资与占当年新 合资制造商比例增总装机比例 华锐1402500 29.71% 22.45% 金风1131750 23.98% 18.12% 东汽1053000 22.31% 16.86% 运达233250 4.94% 3.73% 上海电气178750 3.79% 2.86% 明阳174000 3.69% 2.79% 航天- 安迅能150000 3.18% 2.40% 湘电120000 2.54% 1.92% 新誉New Unite 73500 1.56% 1.18% 北重60000 1.27% 0.96% 其他143680 3.04% 2.30% 合计4720430 100.00% 75.57% 变桨控制系统是最大程度利用并保护价值百万美元风力发电机的关键。因此我们进行了变桨系统和零部件制造商的摸底调查，通过对304份问卷的统计，可
变桨系统
风力发电机组
变桨系统介绍
一.风机变桨系统概述
风力发电机组控制系统硬件分别安装在三个不同部分: 1. 机舱控制,安装在机舱内 2. 地面控制,安装在塔架底部 3. 变桨控制,安装在轮毂内部 人机界面 触摸屏显示风机的运行状况和参数,或者启动或停止风机.
风力发电机组四种控制方式:
1. 定速定浆距控制(Fixed speed stall regulated) 发电机直接连到恒定频率的电网,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的电网,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),允许转子速度通过控制发电机的反 力矩改变.在大风时,减慢转子直到空气动力学失速限制功率到期望的水平. 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), 允许通过控制发电机的反力矩改 变转子速度.在大风时,浆距控制用于调节功率.
二. 变桨系统的工作原理
定浆距风机通过叶片的失速,即改变叶片横断面周围流动的气流,导致 效率的损失,从而控制风机的最大输出功率; 变浆距风机是通过叶片沿其纵向轴转动,改变气流对叶片的攻角,从而 改变风力发电机组获得的空气动力转矩,使发电机功率输出保持稳定. 变桨伺服控制系统作为风力发电控制系统的外环,在风力发电机组的 控制中起着十分重要的作用.它控制风力发电机组的叶片节距角可以随 风速的大小进行自动调节.在低风速起动时,桨叶节距可以转到合适的角 度,使风轮具有最大的起动力矩;当风速过高时,通过调整桨叶节距,改变 气流对叶片的攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩,使发电 机功率输出保持稳定.
三. 变桨系统和定桨系统的比较
定桨距失速调节型风力发电机组 定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定 的,桨距角固定不变,即当风速变化时,桨叶的迎风角度不能随之变化, 桨叶翼型本身所具有的失速特性.当风速高于额定风速时,气流的攻角增 大到失速条件,使桨叶的表面产生涡流,效率降低,来限制发电机的功 率输出. 为了提高风电机组在低风速时的效率, 通常采用双速发电机 (即 大/小发电机).在低风速段运行的,采用小电机使桨叶县有较高的气动 效率, 提高发电机的运行效率. 失速调节型的优点是失速调节简单可靠, 当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系 统不作任何控制,使控制系统大为减化.其缺点是叶片重量大(与变桨
变流器培训教材
1、双馈型风力发电系统的运行原理 双馈型风力发电系统结构图如图1所示，由风轮机、齿轮箱、变桨结构、偏航机构、双馈电机、变流器、变压器、电网等构成。其工作过程为：当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈电机，双馈电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并入电网。通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈电机进行合理的控制使整个系统实现风能最大捕获，同时，通过对变桨机构、变流器及Crowbar保护电路的控制来应对电力系统的各种故障。 双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量，由于转子侧是通过变频器接入的低频电流起到了励磁作用，因此又名交流励磁发电机。双馈异步发电机主机结构特点是：定子与一般三相交流发电机定子一样，具有分布式绕组；转子不是采用同步发电机的直流集中绕组，而是采用三相分布式交流绕组，与三相绕线式异步机的转子结构相似。正常工作时，定子绕组并入工频电网，转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电，转子励磁系统通常采用交-直-交变频电源供电。 图1、双馈风力发电系统结构图 双馈异步发电机在稳态运行时，定子旋转磁场和转子旋转磁场在空间上保持相对静止，
此时有如下数学关系表达式： 12r n n n =± 2160 f n n f r p ±= 1211 r n n n s n n -= =± 式中，1n 、r n 、2n 分别为定子电流产生磁场的旋转速度、转子旋转速度和转子电流产生磁场相对于转子的旋转速度，1f 、2f 分别为定、转子电流频率，p n 为发电机极对数， s s n n n s -= 为发电机的转差率。 由上式可知，当发电机转子转速r n 发生变化时，若调节转子电流频率2f 相应变化，可 使1f 保持恒定不变，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。当r n <1n 时，电机处于亚同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相同，变频器向转子提供交流励磁，定子向电网馈出电能；当r n >1n 时，电机处于超同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相反，此时定、转子均向电网馈出电能；当r n =1n 时， 2f =0，变频器向转子提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运行。 双馈电机转子侧接变流器，其调速的基本思想就是要在转子回路上串入附加电势，通过调节附加电势的大小、相位和相序来实现双馈调速。与传统的直流励磁同步发电机相比，双馈异步发电机励磁系统的调节量由一个变为三个，即励磁电流的幅值、频率和相位。所以，调节励磁不仅可以调节发电机的无功功率，还可以调节发电机的有功功率和转子转速。因此，该电机在提高电力系统稳定性、变速运行能力方面有着优良的特性。 2. 变速恒频双馈风力发电机运行工况 2. 1双馈电机在不同工作状态下的功率分布流程
风电机组变桨距系统
作者：中国科学院电工研究所李建林张雷鄂春良来源：赛尔电力自动化总第78期 摘要：在风力发电系统中，变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行，影响风力机的使用寿命，通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡，不但优化了输出功率，而且有效的降低的噪音，稳定发电机的输出功率，改善桨叶和整机的受力状况。变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性，现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。本文针对国外某知名风电公司液压变桨距风力机，采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。这种变桨控制器具有控制方式灵活，编程简单，抗干扰能力强等特点。本文介绍了液压变桨距系统的工作原理，设计了变桨控制器的软件系统。最后在国外某知名风电公司风力发电机组上做了实验，验证了将该变桨距控制器可以在变桨距风力机上安全、稳定运行的。 关键词：变桨距；风力发电机；可编程控制器 1引言 随着风电技术的不断成熟与发展，变桨距风力发电机的优越性显得更加突出：既能提高风力机运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。随着风电机组功率等级的增加，采用变桨距技术已是大势所趋。目前变桨执行机构主要有两种：液压变桨距和电动变桨距，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。在统一变桨基础上发展起来的独立变桨距技术，每支叶片根据自己的控制规律独立地变化桨距角，可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题，具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高等优势，越来越受到国际风电市场的欢迎。 兆瓦级变速恒频变桨距风电机组是目前国际上技术比较先进的风力机型，从今后的发展趋势看，必然取代定桨距风力机而成为风力发电机组的主力机型。其中变桨距技术在变速恒频风力机研究中占有重要地位，是变速恒频技术实现的前提条件。研究这种技术，提高风电机组的柔性，延长机组的寿命，是目前国外研究的热点，但是国内对此研究甚少，对这一前瞻性课题进行立项资助，掌握具备自主知识产权的独立变桨控制技术，对于打破发达国家对先进的风力发电技术的垄断，促进我国风力发电事业的进一步发展具有重要意义。 为了获得足够的起在变桨距系统中需要具有高可靠性的控制器，本文中采用了OMRON 公司的CJ1M系列可编程控制器作为变桨距系统的控制器，并设计了PLC软件程序，在国外某知名风电公司风力发电机组上作了实验。 2变桨距风力机及其控制方式 变桨距调速是现代风力发电机主要的调速方式之一，如图1所示为变桨距风力发电机的简图。调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。当风速增大时，变桨距液压缸动作，推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少，维持风轮运转在额定转速范围内。当风速减小时，实行相反操作，实现风轮吸收的功率能基本保持恒定。液压控制系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位精确、液压执行机构动态响应速度快等优点，能够保证更加快速、准确地把叶片调节至预定节距[4][5]。目前国内生产和运行的大型风力发电机的变距装置大多采用液压系统作为动力系统。
变桨距控制
变桨控制的分类：分为主动变桨控制和被动变桨控制。主动变桨是指桨叶被设计成可沿自身轴线旋转，通过控制系统的指令完成变桨，多用于大型风力发电机组。被动变桨是指桨叶可在外部载荷的作用下自动发生扭转，且达到风力机控制所需的桨距角，一般只用于独立运行的机组。以下均为主动变桨控制的相关内容。 变桨控制的基本原理：风力机运行中，通过使叶片沿自身轴旋转、改变桨距角，可使气流对叶片的攻角发生变化，从而改变风轮所受气动力矩和功率输出。同等风速下，桨距角越大，风能利用系数越低。 变桨系统在不同风速下的控制策略和所起作用： 1）风速小于启动风速：处于停机状态，桨距角为90°。 2）启动风速到额定风速：桨距角保持在0°，在启动阶段使机组获得最大的启动力矩，在中低风速下获得最大的功率系数。 3）额定风速到切出风速：根据功率或发电机转速和风速，对桨距角进行闭环控制，限制功率输出。进行功率控制。 4）大于切出风速：桨距角迅速切换到90°，提供很大的气动阻力，使风轮快速减速，完成停机。 变桨执行机构分类：可分为液压变桨系统和电动变桨系统。 液压变桨系统使用曲柄连杆机构同步驱动或者由3个液压缸分别推动桨叶转动，调节桨距角。优点是对于大惯性负载其频率响应快、扭矩大，可实现无级调速，便于集中控制和集成化。缺点是其传动结构相对复杂，漏油、卡涩时有发生，且液压传动部件在夏季和冬季的控制精度差别较大。 电动变桨机构利用伺服电机带动减速机调节桨距角，具有快速性、同步性、准确性等优点。结构简单、紧凑，机械故障较少。其缺点是电气布线困难，动态响应特性较差。另外频繁调节桨距时会产生过量的热负荷，易使电机损坏。 变桨距风力发电机的特点：1）额定功率点以上输出功率平稳。2）额定点具有较高的风能利用系数。3）高风速段仍能保持额定功率。4）气动性能和制动性能更
变桨试题
GW1500风力机组变桨系统培训试题（2月份） 姓名：成绩： 一、填空题（每题3分，共30分） 1、变桨系统所具有的功能、、。 2、变桨控制方式有、、三种。 3、变桨电容单组的容量为F，单组电压为V,变桨柜中电容总容量为F,总存储 的能量为KJ，变桨柜中电容的连接方式为。 4、变桨电机的额定电压V,额定电流为A最大转矩为Nm。 5、变桨柜的开关电源的额定输入电压为V，额定输出电压为V，额定输出电 流为A。 6、变桨逆变器的输入电压为_ V，最大输出电流为A。 7、变桨系统包括、、、。 8、经过滑环的三组线分别为、、。 9、变桨系统的三个子站分别是、、子站 10、金风77-1500KW风机采用（电动、液压）变桨 二、判断题（每题2分，共10分） 1、变桨控制柜主电路采用交流--直流--交流回路。（） 2、逆变器为变桨电机供电。（） 3、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。（） 4、机舱控制柜到变桨的系统的安全链的线是不带屏蔽层的。（） 5、由机舱控制柜到变桨系统的电源线的电压为230伏直流。（） 三、不定项选择题（每题4分，共40分） 1、变桨系统包括的机械结构有（） A、皮带 B、皮带轮 C、变桨驱动 D、叶片 2、通过滑环的线路有（） A、400伏电源线 B、dp通讯线 C、安全链的线 D、24伏电源线 3、变桨控制系统中超级电容的优点有（） A、寿命长。 B、无须维护。 C、体积小，重量轻等优点。 D、充电时产生的热量少。 4、下列哪些是变桨电机的参数（） A、额定电流：125A
B、额定功率因数：0.89 C、绝缘等级：F D、转动惯量：0.0148kgm2，防护等级：IP54 5、下列哪些元件属于变桨控制系统（） A、开关电源(NG5) B、变桨变频器(AC2) C、BK3150 D、超级电容 6、下列哪些是开关电源NG5的优点（） A、效率高； B、体积小； C、充电时间短； D、充电不受交流电源变化的约束 7、下面哪些操作属于变桨系统的控制方式（） A、自动变桨 B、手动变桨 C、强制手动变桨 D、机舱维护手柄变桨 8、机舱维护手柄变桨的范围为（） A、0--90 B、57--87 C、5--87 D、-2--95 9、手动变桨的范围为（C） A、0--90 B、57--87 C、5--87 D、-2--95 10、下列哪些故障是变桨系统的故障（） A、叶片位置比较故障 B、频率超高 C、电网功率超限 D、变桨变频器OK信号丢失故障 四、简答题（每题10分，共20分） 1、简述变桨超级电容的优点。 2、简述变桨控制柜内主要的元器件（要求至少6种)。