摘要：本文主要对风力发电机组变桨系统的结构与原理进行分析，分析了变桨距控制的基本规律，变桨系统的保护原理及结构等，从而对变桨系统有一个深入了解。
关键词：变桨系统；风力发电机组；桨叶
风力发电机组变桨系统是风机的重要组成部分，主要是根据风速的大小及时改变桨距角，对风能进行最大化的利用，同时改变桨距角对风机进行刹车，是风机的重要一部分。
变桨系统根据风机启停机、维护、急停、变桨等要求，按照风机主控PLC通过PROFIBUS DP通讯发送调节桨距角的指令，使三个叶片同时调节相同的角度与速度，向主控PLC传送相关的运行参数和状态信息，从而保证风机安全稳定的运行。
基本功能：通过改变风机的桨叶角度应对随时变化的风速，来达到调节功率的目的，保障风力发电机机组正常稳定发电。
工作原理：变桨系统接收风机主控PLC的指令，改变风机的叶片角度来实现: 当风机在额定风
速时，桨叶始终保持在开桨状态附近，最大程度的利用风能，从而达到风机最优的输出功率；当风速超过安全风速时或触动安全链报故障的情况下，旋转桨叶至90°位置，实现急停顺桨，保证风机的安全。在急停顺桨状态下，变桨系统是在风机的控制系统外独立运行的，这样可以避免因风机主控系统发生故障或者死机而不能紧急顺桨。
变桨系统由变桨柜柜体、充电器、变桨电机驱动器、超级电容、 DC-DC 24V 电源系统、变桨电机、电源分配器模块等组成。
1、变桨柜柜体
变桨系统中所有控制元器件都被安装在变桨柜柜体之内。柜体对外部的风、雨水、沙尘、腐蚀性气体有防护作用，使柜内的元器件免受外部环境的损害。
2、变桨电机驱动器
变桨电机驱动器是接收风机主控的控制信号，根据风速大小控制电机的转动方向和速度进行调节。
3、充电器
充电器的作用是将400V交流电源转换成85V直流电源，为变桨电机驱动器及超级电容器提供能量, 在充电器内外部各设置一个单联拨码开关用于控制端子的短接与断开，实现远程控制充电器启停。当开关置于闭合位置时，控制端子被短接；当开关处于断开时，控制信号通过端子输入。充电器设置通讯控制信号CAN_L（P5）, CAN_H（P6）：主要作用是将充电器的状态信息和运行参数数据定时向上位机或PLC控制器传输。充电器设计两种通信接口：RS232和CANopeno RS232通信主要作用是上位机对充电器进行参数设置和信息反馈；CANopen通信方式主要用来向上位机传输充电器内部的故障信息及相关的状态信息。
4、超级电容
超级电容由直流充电器充电进行能量存储，为单只叶片变桨控制器系统供电，在紧急情况下作为备用电源，能够使叶片顺桨。每个变桨柜内均有六只超级电容模块串联而成。超级电容的作用是储存能量，当来自滑环的电网电压掉电时，超级电容作为备用电源保证叶片能够紧急顺桨，使叶片从0°顺桨到90°安全位置。
风能发电原理5、电源分配器模块
电源分配器模块的作用是将直流母线上各处的高电压转换成PLC模块可以检测的低电压，并将低电压信号输入到PLC模块模拟量输入端口。将变桨电机驱动器发出的12VDC故障信号转换成24VDC信号 输送到PLC模块数字量输入端口。
6、DC-DC 24V 电源系统
DC-DC直流电源模块并联在主电路直流母线上，给系统控制电路进行供电。主要需供电的器件：变桨电机制动器、散热片风扇、PLC控制器以及传感器等其他器件。为了提高系统的电磁兼容性，系统可釆用多个直流供电回路，选用2个直流电源模块。7T1为变桨电机制动器、限位开关和散热片风扇供电，9T2为PLC控制器及传感器其他器件供电。
7、变桨电机
每个变桨柜都控制一个变桨电机，通过变桨电机驱动改变叶片的桨距角。每个变桨电机有一个编码器,用来测量叶片的位置及叶片的运转速度，根据变桨柜PLC指令要求进行叶片运转速度进行变桨。变桨电机内部装有编码器，将叶片的位置信息传送给变桨控制柜控制模块中，通过控制模块计算后得到的信息（包括速度、方向）发送指令，对风机叶片进行变桨，编码器中的增量信号反馈给变桨驱动器，CLK时钟信号、Data信号、绝对值信号等反馈给PLC。
综合国内外目前风机发展情况，变速变桨距风机已成为主流机型。变桨距机构是根据风速的变化随时调整桨距角，控制所吸收的机械能，一方面保证最大能量（对应额定功率），减少风对风机的影响。在并网过程中，变桨距控制还可以实现无冲击快速并网。因此，变桨系统的结构和原理是发电机组的重要组成部分。
参考文献(3)
1.
周银.永磁同步风力发电机控制技术研究[D].华中科技大学,2013.1-67.
2.
刘万琨、张志英、李银凤、赵萍.风能与风力发电技术[M].北京：化学工业出版社,2006.
3.
朱永强、王伟胜.风电场电气工程[M].北京：机械工业出版社,2012.
发布评论