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变桨系统
一、系统构成
变桨控制系统采用三套
直流电机伺服控制系统分别对每个桨叶的
桨角进行控制，桨距角的变化速度一般不超过每
秒
，桨叶控制范围
0°
-90°
每个桨叶分别采用一个带转角反馈的伺服电机进行单独调节，
电机转角反馈采用光电编码器，
安装在电动机轴上，
< br>采集电机转动角
度，
由伺服驱动系统实现转速速度闭环控
制和变桨控制器实现的转角
位置闭环控制。
伺服电机连接减速箱
，
通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿
圈相连，
带动桨叶进行转动，
实现对桨叶节距角的直接控制。在轮毂
内
齿圈的安装第二个转角传感器，
直接检测内齿圈转动的角度，
即
桨
距角变化，该传感器作为冗余控制的参考值。当电机输出轴、联轴器
< br>或转角传感器出现故障时，
会出现两个转角传感器所测数据不一致的
现象，
控制器即可据此判断此类故障。
在轮毂内齿圈
边上还装有两个
接近开关，起限位作用。
变桨距控制系统的供电来自主控制室向上提供的三相
400V(
带零线
)
的
交流电源，
该电源通过滑环引入轮毂中的变桨系统，
机舱内部智
能
充电器将交流电整流成直流电经蓄电池后向逆变单元和备用电源供
电。
如果交流供电系统出现故障，
需要一套备用电源系统向
伺服控制
器供电，
在一段设定的允许时间内将桨叶调节为顺桨位
置。
备用电源
主要由基于铅酸蓄电池的储能机构和充放电管理模
块构成，
充放电管
理模块向储能机构供电，并实现充放电过程的
控制管理
均采用直流永磁伺服电机
实现桨叶驱动。
直流电机伺服控制器硬就件
分为控制电路和功率
逆变电路两大部分。
传统伺服控制采用从内到外
依次为电流、速
度、位置三闭环的控制结构。采用蓄电池实现储能。
使用专用充电装置对蓄电池的充放电
进行管理，
在不同的温度情况下
实现对温度补偿功能。
在充电初期实现大电流快速充电，
充电时间短。
随着的电流的下降进入恒压充电状态，
当充电器检测到充电电流足够
小的时候，进入涓流充电，其到对电池的保护作用。
二、变桨系统的保护种类
位置反馈故
障保护：
为了验证冗余编码器的可利用性及测量精度，
将
每个叶片配置的两个
ENCODER
采集到的
桨距角信号进行实时比较，
冗余编码器完好的条件是两者之间角度偏差小于
2°
；
所有叶片在
91°<
/p>
与
95°
位置各安装一个限位开关，在<
/p>
0°
方向均不安装限位开关，叶片
当前桨
距角是否小于
0°
，由两个
ENCOD
ER
传感器测量结果经过换
算确定。
除系统掉电外，
当下列任何一种故障
情况发生时，
所有轴柜的硬件系
统应保证三个叶片以
10°
/s
的速度朝
90
°
方向顺桨：
任意轴柜内的从站与
PLC
主站之间的通讯总线出现故障，
由叶轮过
速、
偏航限位开关串联组成的风机安全链以及与安全链串联的两个叶
轮锁定信号断开（
24V
DC
信号）
；
无
论
任
何
一
个
ENCODER
出
现
故
障
，
还
是
同
一
叶
片
的
两
个<
/p>
ENCODER
测量结果偏差超过规定的门限值；
任何叶片桨距角在变桨过程中两两偏差超过
2°
；
构成安全链、释放回路中的硬件系统出现故障；
任意系统急停指令。
变桨调节模式时，预防桨距角超过限位开关的措施：
91°
限位开关；到达限位开关时，
变桨电机刹车抱闸；
轴柜逆变器的
释放信号及变桨速度命令无效，同样会使变桨电机静
止。
变桨电机刹车抱闸的条件：
轴柜变桨调节方式处于自动模式下，桨距角超过
91°
限位开关位置；
轴柜上控制开关断开；
电网掉电且备电电源输出电压低于其最低允许工作电压；
控制电路器件损坏；
三、系统的硬件构成
由于主控系统是通过通讯发送位置指令控制桨叶的运动控制，
实现对
三桨叶的同步运动和风电机组自身特点决定了独立变桨控制系统采
用直流
伺驱动方案。其构成由直流伺服系统、伺服电机、后备电源、
轮毂，变桨控制器构成。其
优点是：启动性能好；刹车机构简单，叶
片顺桨后风能转速可以迅速下降；
额定点以前输出功率饱满；
额定点
以后输出功率平滑
，风能叶根承受的动、静载荷小。
电机变桨距控制机构可对每个桨叶采用一个伺服电机进行单独调
节，如图
4
所示。伺服电机通过主动齿轮与桨叶轮毅内齿圈相啮合，
直接对桨叶的节距角进行控制。
位移传感器采集桨叶节距角的变化与
电机形成闭环
PID
负反馈控制。在系统出现故障，控
制电源断电时，
桨叶控制电机由
UPS
供电，将桨叶调节为顺桨位置。
电机变桨距控制机构可对每个桨叶采用一个伺服电机进行单独
调节，如图所示。伺服电机通过主动齿轮与桨叶轮毅内齿圈相啮合，
直接对桨叶的节距角进行控制。
位移传感器采集桨叶节距角的变化与
电机形成闭环
PID
负反馈控制。在系统出现故障，控
制电源断电时，
桨叶控制电机由蓄电池供电，将桨叶调节为顺桨位置。
< br>
四、变桨系统故障分析
1.
变桨控制系统常见故障原因及处理方法
Pitch angle diff
1113
变桨角度有差异
Pitch angle 1
11
31
叶片
1
变桨角度有差异
Pitch angle 2
1132
叶片
2
变桨角度有
差异
Pitch angle 3
1133
叶片
3
变桨角度有差异
原因：变桨电机上的旋转编码器
（
A
编码器）得到的叶片角度将
< br>与叶片角度计数器（
B
编码器）
得到的叶片角度作对比，
两者不能相
差太大，相差太大将报错。
处理方法：由于
B
< br>编码器是机械凸轮结构，与叶片的变桨齿轮
啮合，精度不高且会不断磨损，在有大
晃动时有可能产生较大偏差，
因此先复位，排除故障的偶然因素；
如果反复报这个故障，进轮毂检
查
A
、
B
编码器，
检查的步骤是先看编码器
接线与插头，
若插头松动，
拧紧后可以手动变桨观察编码器数值
的变化是否一致，
若有数值不变
或无规律变化，
检查线是否有断线的情况。
编码器接线机械强度相对
低
，在轮毂旋转时，在离心力的作用下，有可能与插针松脱，或者线
芯在半断半合的状态，
这时虽然可复位，但转速一高，松动达到一定
程度信号就失去了
，
因此可用手摇晃线和插头，
若发现在晃动中显示
数值在跳跃，可拔下插头用万用表打通断，有不通的和时通时断的，
要处理，
可重做插针或接线，
如不好处理直接更换新线。
排除这两点
说明编码器本体可能损坏，更换即可。由于
B
编码器的凸轮结构脆
弱，多次发生凸轮打碎，因此对凸轮也应
做检查。
Pitch meas.
Sys.1
＜＞
2 1166
变桨系
统
2
个编码器不同步
这个故障为警告，
但该警告持续
24
< br>小时也会导致停机，
报
“
116
6
for 24h
1188
持续
24
小时报
1
166
状态”
，停机后的处理方法和上面
处理
1113
方法一样。
Pitch
＜＞
endstop
1159
叶片没有到达限位开关动作设定值
< br>原因：叶片设定在
92
°触发限位开关，若触发时角度与
92
°有
一定偏差会报此故障。
处理方法：检查叶片实际位置。限位开关长时间运行后会松动，
导致撞限位时的角度偏大，此时需要一人进入叶片，一人在
L+B<
/p>
上
微调叶片角度，
观察到达限位的角度，
然后参考这个角度将限位开关
位置重新调整至刚好能触发时，在
L+B
上将角度清回
92
°。限位开
关是由螺栓拧紧固定在轮毂上，调整时需要
2
把小活扳手或者
8mm
叉扳。
Pitch endstop 1 1906
< br>叶片
1
限位开关动作
Pitch endstop 2 1908
叶片
2
限位开关动作
Pitch endstop 3 1909
叶片
3
限位开关动作
原因：
叶片到达
92
°触发限位开关，但复位时叶片无法动作或
脱离限位开关。
处理方法：
首先手动变桨将叶片脱离后尝试复位，
若叶片没有动
作
，有可能的原因有：①
MITA
柜的手动变桨信号无法传给
L+B
；可
在
MI
TA
柜中将
141
端子和
140
端子下方进线短接后手动变桨②检查
轴控柜内
开关是否有可能因过流跳开，若有合上开关后将叶片拉直
90
°
即可复位③
pitchmaster
故障；
观察
pitchmaster
的面板指示或测量
变桨信号是否有输出，同时检查其他电器元件是否有损坏。
Pitch motor temp 1 1147
变桨电机
1
温度高
Pitch motor temp 2 1147
变桨电机
2
温度高
Pitch motor temp 3 1147
变桨电机
3
温度高
Pitch 1 current
＞
max 1150
变桨电机
1
电流超
过最大值
Pitch 2
current
＞
max 1151
变桨电机
2
电流超过最大值
Pitch 3 current
＞
max 1152
变桨电机
3
电流超
过最大值
原因：
温度过高多数由于线
圈发热引起，
有可能是电机内部短路