1、引言

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要包括兩大組成部分：主控控制系統(tǒng)和變槳控制系統(tǒng)。主控控制系統(tǒng)主要是控制整臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，而變槳控制系統(tǒng)則是專門針對(duì)不同的工況下對(duì)槳葉進(jìn)行精確的控制，以實(shí)現(xiàn)槳葉的正常動(dòng)作和緊急收槳。一個(gè)完整的變槳控制系統(tǒng)包括的主要部件有驅(qū)動(dòng)器和控制器（有的變槳控制系統(tǒng)只有驅(qū)動(dòng)器，沒有控制器）、變槳電機(jī)、備用電源等。每種變槳控制系統(tǒng)在其結(jié)構(gòu)上都有其獨(dú)到之處，因此為了更好的了解變槳控制系統(tǒng)，必須對(duì)其結(jié)構(gòu)組成有充分的了解。

2、丹控變槳控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解析

丹控公司成立于1933年的丹麥，在風(fēng)電行業(yè)初始就已經(jīng)在做風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)，變槳控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平，尤其是其變槳控制器及驅(qū)動(dòng)器的研究。

丹控變槳控制系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，它采用了三柜體結(jié)構(gòu)，將主控制器放在軸控柜一內(nèi)，即使用軸控柜一作為變槳系統(tǒng)的主控制柜。此控制系統(tǒng)對(duì)三個(gè)槳葉的控制完全一樣，都是采用伺服驅(qū)動(dòng)器控制交流電機(jī)帶動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，來達(dá)到對(duì)三個(gè)槳葉速度以及位置的精確控制。當(dāng)外部400V供電丟失時(shí)，使用超級(jí)電容作為后備電源為伺服驅(qū)動(dòng)器供電，完成緊急收槳，確保風(fēng)機(jī)的安全。

圖1丹控變槳控制系統(tǒng)構(gòu)成圖

軸柜一內(nèi)的變槳主控制器采用的是丹控先進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制器（AdvancedWindTurbineController)，簡(jiǎn)稱AWC。在整個(gè)變槳系統(tǒng)中控制器的主要作用是與主控系統(tǒng)的通訊以及和變槳驅(qū)動(dòng)器的通訊。除此之外，驅(qū)動(dòng)器中的看門狗繼電器還串聯(lián)在了變槳安全鏈中。軟件線程超時(shí)、控制器外部/內(nèi)部（24VDC）供電掉電、下載程序、控制器硬件失效中的一種或多種工況出現(xiàn)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致變槳安全鏈斷開，此時(shí)變槳系統(tǒng)本身立即執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作：三個(gè)葉片同時(shí)緊急收槳，直到91度限位開關(guān)觸發(fā)為止。

變槳驅(qū)動(dòng)器采用的是集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)（IntegratedMotorDrive），簡(jiǎn)稱IMD。因變槳控制器主要用于和主控以及驅(qū)動(dòng)器的連接，所以變槳驅(qū)動(dòng)器的集成度非常高。電機(jī)編碼器信號(hào)、冗余編碼器信號(hào)、電機(jī)溫度信號(hào)、電機(jī)制動(dòng)信號(hào)、變槳安全鏈信號(hào)、制動(dòng)電阻信號(hào)、充電機(jī)信號(hào)等等變槳控制系統(tǒng)他需要采集的信號(hào)全都集成在驅(qū)動(dòng)器中，已達(dá)到控制系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警或者故障信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器能及時(shí)、準(zhǔn)確的發(fā)生相應(yīng)，控制相應(yīng)的器件，時(shí)風(fēng)機(jī)安全收槳或停機(jī)。整個(gè)變槳系統(tǒng)使用了三個(gè)變槳柜，每個(gè)控制柜中都有一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器，它們之間互不影響，都能單獨(dú)控制一個(gè)槳葉完成相應(yīng)的動(dòng)作，有很好的獨(dú)立性。

當(dāng)系統(tǒng)的外部400V供電丟失，變槳系統(tǒng)需要備用電源提供能量來完成緊急收槳，丹控變槳系統(tǒng)采用的超級(jí)電容組作為備用電源。超級(jí)電容組是采用兩組五個(gè)9.6F90V的電容串聯(lián)，然后把兩組串聯(lián)好的電容再并聯(lián)的方法組合到一起的。這種組合方法可以明顯的增大超級(jí)電容組的存儲(chǔ)能量，使其有充足的能量完成變槳系統(tǒng)的緊急收槳。

變槳系統(tǒng)主要目的就是為了控制槳葉的速度、位置，使在風(fēng)速合適時(shí)風(fēng)機(jī)發(fā)電，在風(fēng)速過大時(shí)風(fēng)機(jī)安全收槳。而為了拖動(dòng)槳葉運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)在普遍使用的都是變槳電機(jī)。丹控變槳系統(tǒng)采用的就是同步電機(jī)。同步電機(jī)，和感應(yīng)電機(jī)一樣都是現(xiàn)在使用非常廣泛的一種交流電機(jī)。特點(diǎn)是：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關(guān)系。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時(shí)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負(fù)載的大小無關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)需要槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器就會(huì)發(fā)出指令來控制變槳電機(jī)，使槳葉達(dá)到預(yù)定位置，完成主控發(fā)出的指令或者緊急狀態(tài)時(shí)變槳系統(tǒng)的正常響應(yīng)。

丹控變槳控制系統(tǒng)的安全鏈?zhǔn)瞧湎到y(tǒng)中的一大特色。變槳安全鏈通過滑環(huán)與主控系統(tǒng)的安全鏈串聯(lián)在一起，作為主控安全鏈的一部分，成為了風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)安全鏈在變槳位置處的安全限制條件。丹控變槳系統(tǒng)的安全鏈獨(dú)立于變槳系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，由變槳控制器故障輸出、變槳系統(tǒng)硬件故障、三個(gè)軸的急停按鈕、三個(gè)軸的維護(hù)開關(guān)、三個(gè)軸的變頻器故障信號(hào)總共十一個(gè)常閉觸點(diǎn)串聯(lián)而成，然后通過滑環(huán)接入主控系統(tǒng)。這就是變槳安全鏈的整個(gè)硬件組成。其最大的特點(diǎn)就是采用安全繼電器把以上信號(hào)串聯(lián)在一了一塊。我們所說的安全繼電器，并不是從來不發(fā)生故障的繼電器，而是在發(fā)生故障時(shí)能做出有效的動(dòng)作，它具有強(qiáng)制導(dǎo)向接電結(jié)構(gòu)，萬一發(fā)生接點(diǎn)溶結(jié)現(xiàn)象時(shí)也能確保系統(tǒng)的安全。當(dāng)緊急停止解除時(shí)，使系統(tǒng)不能出現(xiàn)突然再啟動(dòng)；萬一系統(tǒng)的安全電路發(fā)生故障時(shí)，可以使促使槳葉安全收槳，確保風(fēng)機(jī)的安全。

冗余技術(shù)的采用是丹控變槳控制系統(tǒng)的另一大特色。冗余是指為增加系統(tǒng)的可靠性，而采取兩套或兩套以上相同、相對(duì)獨(dú)立配置的設(shè)計(jì)連接組成的系統(tǒng)。通過提供系統(tǒng)運(yùn)行所需的所有關(guān)鍵組件的冗余的方法，達(dá)到容錯(cuò)能力的系統(tǒng)或者系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),冗余配置的部件介入并承擔(dān)故障部件的工作,由此減少系統(tǒng)的故障時(shí)間。測(cè)量槳葉位置和速度的電機(jī)編碼器和冗余編碼器，測(cè)量電機(jī)溫度的PT100溫度傳感器和KTY溫度傳感器，給變槳系統(tǒng)提供電能的外部400V供電和作為備用電源的超級(jí)電容組等，在系統(tǒng)中的很多結(jié)構(gòu)中都應(yīng)用到了冗余技術(shù)，有效的較少了系統(tǒng)的故障率，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3、小結(jié)

本文主要介紹了丹控變槳控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，并對(duì)其中幾個(gè)重要組成部分進(jìn)行了重點(diǎn)解析。除此之外，還重點(diǎn)解析了丹控變槳控制系統(tǒng)的兩大特色：安全鏈和冗余技術(shù)的應(yīng)用。希望這些內(nèi)容可以在大家變槳系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程中帶來幫助。

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