北京国电思达科技有限公司,,BEIJING GUODIAN STAR SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.,LTD.,,,国电风电设备调试所,,,,目 录,,,1.,变桨系统硬件组成,,,2.,变桨系统接口定义,,,3.,变桨系统控制方案及故障诊断,,,4.,变桨系统与风电主控通讯,,1.,变桨系统硬件组成,,1.1,采用三柜制设计理念,,,系统包括三个基本相同的控制柜每个柜内包括：,,1.1.1,,电源管理模块（,400AC-60VDC,）,,,超级电容（,4×16V,）,,1.1.3,,变频器（速度环、电流环）,,PLC,（位置环及控制输出）及通讯接口（,DP,CAN,）,,,含有继电器输入,/,输出的安全电路,,1.2,每个轴箱的外部连接有：,,,三相交流异步电动机（,29V,）,,SSI,和增量式编码器（编码器校零：短接,10X1,的,7,和,8,端子）,,95°,限位开关,,3-5,,°,桨叶位置传感器和,90 °,桨叶位置传感器1.1.1,电源管理模块（,400AC-60VDC,）,,采用电源管理模块，用于,AC400,转换,DC60V,供变频器及超级电容使用。
输入过欠压保护（,Vac,）；输入过压保护（,Vac,）；过温保护（℃）；输出过流,/,短路保护；输出过压保护（,VDC,）缺相保护1,）,INPUT 400+20,％ 冲击电流小于,10A,，,45-65Hz,，,,2,）,OUTPUT 60/80V,,输入,,EMI,,滤波,,输入,,三项,,整流,,DC-DC,,功率,,变换,,输出,,高频,,整流,,滤波,,输出,,二级,,滤波,,开关,,变换,,,CPU,,控制系统,,控,,制,,系,,统,,供,,电,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,GNDF,容性负载,,,,R,S,T,DC60V,1.1.2,超级电容（,4×16V,）,,系统采用超级电容技术，在节省空间的同时，减少维护成本及对环境的污染，超级电容额定电压,60VDC,PLC,检测电容温度伺服控制器检测电容中间电压1,）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，,2,分钟左右即可充满至,60V,；,,b,,耐低温；,,c,,寿命长，充放电次数可达,10,万次以上，,-,无须维护；,,d,,超级电容随使用年限的增加，容量减小的非常小；,,e,,体积小，重量轻；,,f,,电源管理模块作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路。
2,）超级电容模组端电压检测和中间点电压检测,,a,,系统上电,120S,后超级电容模组端电压应大于,54V,，否则会断安全链，风机紧急停机；,,b,,在,4,个超级电容模组的中间位置增加了中间点电压检测，当中间点与,1/2,端电压之差大于,2V,时，系统判定超级电容状态不正常，安全链断开，风机紧急停机与蓄电池相比，超级电容模组电压检测更有意义原因如下：蓄电池在放电过程中电压会有跌落，但停止放电后，蓄电池电压会自动恢复到正常电压附近，因此蓄电池电压监测很大程度上不能反映蓄电池的能量情况；超级电容模组随着放电过程电压也会跌落，停止放电后，电压不会自动恢复，只有进行充电后电压才能恢复正常，因此超级电容的电压检测更能反映其能量情况c,,超级电容模组端电压检测和中间点电压检测既能检测超级电容模组内部短路和开路的故障，也能反映其能量情况充电器主要由输入整流滤波、,DC-DC,变换、输出高频整流滤波、以及,CPU,控制电路组成其中输入整流滤波器对于电磁兼容有很大作用，有效地抑制了来自交流电网的传导干扰，,DC-DC,高频变换使整机效率大大提高高频整流滤波作用使电源的输出纹波极小CPU,控制系统用于控制各种负载变换情况下的稳定输出。
1.1.3,变频控制器,,1,）三相异步交流电机变频器,,2,）电子刹车功能,,3,）,CAN BUS,接口,,4,）程序存储器,,5,）额定直流输入电压,60VDC,,6,）最大输出电流,450A,,7,）开关频率,8kHz,,8,）环境温度,-40,℃,~+50,℃，,,,最高工作温度,85,℃,,24VDC,电源,第一路控制轴柜加热器,,,,,,,第二路控制,2T2,输入电源,温度控制器,CPU,：,CX9000-0001,,AI,：,EL3204,,DI,：,EL1008,,DO,：,EL2008,,SSI,：,EL5001,,Profibus DP,,CAN OPEN,1.1.4 PLC,配置,,每个轴柜设计有独立的,PLC,系统，通过,Profibus DP,与风电主控进行通讯三相异步交流电动机,,额定电压：,3*29VAC,,额定电流：,90A,,额定功率：,4.5kW,,额定转矩：,28.6Nm,,额定转速：,1500rpm,,电机采用,3x50mm²,的带柔性金属网电缆，轴箱侧与电机侧可靠接地所有外部连接都有过压保护装置所有的外部连接通过屏蔽电缆接地（哈丁插头内部采用,GND,接地，轴箱接地采用铜条或接地螺钉）,变桨,电机,,采用冷板技术，变频器取消散热风扇,,,紧贴在大功率散热板上,,采用铸铝大功率散热板,,铸铝散热器材质本身具有升温快、散热效果好的特性,,铝的耐氧化腐蚀性能好,,,重量轻,散热板,变频器采用低压控制策略。
冷板技术的应用给变桨系统本身创造了良好的运行环境型变桨系统采用超级电容作为备用电源，超级电容作为备用电源与柜内其它部件紧凑合理的安装在轴箱内，减少对柜体空间要求，能够实现三轴柜设计超级电容有寿命长、低温特性好、功率密度高等优点，非常适合风电变桨系统，系统还设计了多种手段实现对备用电源状态的监测，能更真实地了解备用电源的能量状态，大大提高了系统的安全可靠性2.,变桨系统接口定义,,变桨系统结构简图,滑环进线包括,,400VAC,电源线，,Profibus DP,通讯线，,,12,芯,24VDC,电源线2.2,滑环进线接口定义,3.,控制方案和故障诊断,,风电主控采用,Profibus DP,方式与轴箱,PLC,通讯Profibus DP,通讯波特率兆,,,3.1,控制方案,,,轴柜内的,CAN BUS,通讯柜内,PLC,、电源管理模块、变频器之间采用,CAN BUS,通讯方式3.1.1,安全链及,EFC,紧急顺桨,,风机安全链串入三个轴箱,PLC OK 8K3,触点回路,,,当有故障发生时，安全链断开，进入紧急模式EFC,紧急顺桨信号分别接入三个轴箱的继电器，当发生,EFC,时，继电器失电，风机顺桨。
1,）自动模式：正常工作，接受风电主控位置指令2,）手动模式：,,,,,,,3,）强制手动模式：,,,,,,,,,PLC,第,2,个,EL1008,第,1,个通道为强制手动信号具体实现：短接轴柜内,2X1,的,9,和,10,端子Forward,：开桨,,Backward,：收桨,A,：自动模式,,M,：手动模式,3.1.2,控制方案,--------,操作模式,,,Forward,：开桨,,Backward,：收桨,控制方案,,低电压穿越（,LVRT,）,,当变桨系统交流失电或故障时，整个变桨系统切为超级电容供电，,8s,后进入紧急模式，变桨系统顺桨到安全位置这种控制策略能使变桨系统实现低电压穿越功能，维护电网安全稳定运行3.2,故障诊断,,3.2.1,进入紧急模式紧急模式桨叶转到,89°,位置的故障包括：,,1),本桨叶位置小于最小位置限值,8),电机堵转,,2),本桨叶位置大于最大位置限值,9),变频器超温,,3),变桨电机转速超过最高转速限值,10,）轴箱超温,,4)Profibus DP,通讯故障,11,）超级电容中间电压比较错误,,5),安全链动作,12,）,90°,位置传感器故障,,6),主电源故障,13,）,3°,位置传感器故障,,7),欠压,,3.2.2,进入紧急模式,,紧急模式桨叶转到,95°,位置的故障包括：,,1,）,Can,通讯故障,,2,）编码器故障,,3,）,Enable,故障,,,,,,,3.3,故障复位控制,,,复位,,1) 90°,位置传感器故障,7),电机堵转,,2) 3°,位置传感器故障,8),变频器超温,,3),编码器故障,9),轴箱超温,,4) Profibus,通讯故障,10),本桨叶位置小于最小位置限值,,5) Can,通讯故障,11),本桨叶位置大于最大位置限值,,6),欠压,12),变桨电机转速超过最高转速限值,,,4.,变桨,PIC,与风机主控,ProfibusDP,通讯,,4.1,风电主控→变桨,PLC,（下行）,,4.1.1,位置指令,,4.1.2,速度限制,,4.1.3,加速度限制,,4.1.4,桨叶位置反馈,,4.1.5,复位,,4.1.6,心跳,,4.1.7,润滑油泵,,,4.2,变桨,PLC,→风电主控（上行）,,1,）变频器,Can,通讯故障,8,）轴箱温度,AO,,2,）,95°,限位开关动作,9,）电容温度,AO,,3,）主电源故障,10,）电容电压,AO,,4,）手动模式,11,）变频器温度,AO,,5,）强制手动模式,12,）电机温度,AO,,6,）,SSI,状态故障,13,）电容总电流,AO,,7,）心跳,14,）位置反馈,AO,,。