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【摘 要】 變槳控制系統(tǒng)是風(fēng)電機組控制系統(tǒng)是吊車出租的重要組成部分。它是風(fēng)電機組槳葉調(diào)節(jié)裝置，通過調(diào)節(jié)槳葉角度使風(fēng)機獲得最大是吊車出租的風(fēng)能利用率，并在不同是吊車出租的風(fēng)況下控制功率與轉(zhuǎn)速的平衡。當(dāng)風(fēng)速較大時，使槳距角適當(dāng)增大，控制風(fēng)能的吸收，同時減少風(fēng)力對風(fēng)機的沖擊；風(fēng)速小時，使槳距角適當(dāng)減小，保證風(fēng)機獲取最大的風(fēng)能。在并網(wǎng)過程中，變槳控制系統(tǒng)還可實現(xiàn)快速無沖擊并網(wǎng)，同時在風(fēng)機發(fā)生故障時使槳葉到達(dá)安全位置，以保證風(fēng)電機組的安全。
【關(guān)鍵詞】 變槳控制系統(tǒng) 槳距角 典型故障處理
定槳距風(fēng)電機組：槳距角固定不變，結(jié)構(gòu)比較簡單，發(fā)電量較小，一般是從數(shù)十千瓦到兆瓦級，優(yōu)點是性能可靠，缺點是效率偏低。
變槳距風(fēng)電機組：葉片的攻角α基本保持不變，槳距角發(fā)生改變，優(yōu)點是最大程度的利用風(fēng)能，效率高，發(fā)電量高，雙饋風(fēng)電機組兆瓦級以上風(fēng)機大都采用此類風(fēng)電機組。
詳見下圖1所示，定槳距和變槳距槳葉受力調(diào)節(jié)比較：
圖1：定槳距和變槳距槳葉受力調(diào)節(jié)比較
2.2 變槳距的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)原理
變槳距調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是當(dāng)前大中型風(fēng)力發(fā)電機廣泛使用的調(diào)速技術(shù)，可使風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速在超過額定風(fēng)速時穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。如圖2是風(fēng)速超出額定值時的槳葉狀態(tài)，圖中左面是風(fēng)機運行在額定轉(zhuǎn)速時槳葉的狀態(tài)，此時的推力為F。如果此時風(fēng)速繼續(xù)增大，如果槳葉角度不變就會進(jìn)入嚴(yán)重的失速狀態(tài)，此時在變槳控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，槳葉的槳距角β增加了Δβ，從而攻角α減小，槳葉受到的推力F減小，調(diào)節(jié)合適的Δβ可使推力F保持與左圖一樣，則風(fēng)機仍保持額定運行。
圖2：槳葉受力分析圖
2.3 雙饋風(fēng)電機組變槳系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
如圖3是一臺雙饋風(fēng)電機組的電動變槳距系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機主軸上安裝著輪轂，在輪轂圓周分布著3個變槳齒輪，齒輪內(nèi)側(cè)有軸承，槳葉根部安裝在軸承內(nèi)，槳葉在軸承內(nèi)旋轉(zhuǎn)就改變了槳距角。在槳葉根部安裝有變槳距驅(qū)動電動機，其減速器輸出接有小齒輪與變槳距齒輪嚙合，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時即可帶動變槳齒輪。3個槳葉各有一套變槳驅(qū)動電動機與相關(guān)部件，為獨立電動變槳系統(tǒng)，盡管3個變槳裝置獨立，但槳距角變化是按規(guī)律同步的【1】。
圖3：槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖
圖4：變槳控制系統(tǒng)的工作原理
變槳控制系統(tǒng)的主要目的是在風(fēng)機主控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下，接受風(fēng)機主控系統(tǒng)的變槳控制指令。在低于風(fēng)機額定風(fēng)速的情況下使槳葉穩(wěn)定控制在0°附近，保持風(fēng)能的最大可利用率。在風(fēng)速高于額定風(fēng)速的情況下，調(diào)整葉片角度大于0°，保持風(fēng)機功率為額定值，同時保持風(fēng)機穩(wěn)定可靠地運行。當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速時能按照主控系統(tǒng)的指令及時回槳。
風(fēng)機正常變槳是一個連續(xù)的回動過程。首先主控系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速情況，通過現(xiàn)場總線（RS485）給出相關(guān)變槳指令（變槳角度給定值）到變槳控制器，變槳控制器把變槳指令轉(zhuǎn)化為變槳速度指令到電機伺服控制器。通過伺服控制器控制電機按照要求旋轉(zhuǎn)，同時電機轉(zhuǎn)速測量反饋編碼器反饋實際的轉(zhuǎn)動角度值到變槳控制器，這樣形成一個相應(yīng)的閉環(huán)控制，能保證系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性。為了增加系統(tǒng)的可靠性，同時在槳葉的旋轉(zhuǎn)回路增加設(shè)定一個冗余B編碼器，作為備用旋轉(zhuǎn)角度測量。
當(dāng)出現(xiàn)極端風(fēng)況或緊急停機時，變槳控制系統(tǒng)首先斷開與外部系統(tǒng)電源的連接，開始自動切換到蓄電池供電回槳模式，使葉片能轉(zhuǎn)到風(fēng)機設(shè)定的91°安全位置。當(dāng)葉片回到91°安全位置后，通過安裝在91°位置處的限位開關(guān)，中斷蓄電池供電完成整個緊急變槳過程。由于三支葉片分別受不同的伺服和電機控制，因此具有冗余功能，任意一支葉片控制出現(xiàn)故障，并不影響其它兩支葉片的正常變槳工作，從而保證了系統(tǒng)的安全性和可靠性。
根據(jù)現(xiàn)階段電網(wǎng)要求，變槳控制系統(tǒng)在主控制系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)等風(fēng)機整體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下，具有低電壓穿越功能。當(dāng)風(fēng)機系統(tǒng)的供電電壓低于電網(wǎng)要求的低電壓穿越設(shè)計要求時，變槳控制系統(tǒng)將維持電網(wǎng)要求的低電壓穿越時間的運行，保證了整個風(fēng)機系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及連續(xù)性【3】。
4.1.1故障釋義
機艙主控和變槳控制器之間的通訊出現(xiàn)問題，在規(guī)定時間內(nèi)丟失的通訊次數(shù)超限。
4.1.2故障原因
主控、變槳通訊協(xié)議差異，導(dǎo)致風(fēng)機通訊錯誤。
信號干擾、雷擊使設(shè)備損壞。
通訊滑環(huán)臟污或斷針導(dǎo)致信號傳輸不良，隨著轉(zhuǎn)速增大信號丟失概率增加，最終通訊超時。
4.1.3故障處理
（1）首先，分析觸發(fā)故障的根本原因，判斷是否為其他故障引發(fā)的伴隨故障。
（2）測量傳感器的真實性檢測，測量是否準(zhǔn)確，檢測是否有信號干擾。
（3）線路連接的檢查，確保不是線路松動、未接線引起的。
（4）處理通訊協(xié)議錯誤
典型的是變槳控制器與主控制器信號通道或者傳輸速率不匹配。此類問題需要更改軟件或者更換硬件，一般出現(xiàn)在風(fēng)機調(diào)試初期。
正常設(shè)備也可能出現(xiàn)死機現(xiàn)象。為了消除設(shè)備死機現(xiàn)象可以按如下方法操作：
A.進(jìn)行斷電操作；
B.將變槳控制器的參數(shù)讀出后，重新寫入。
注意：偶然發(fā)生可以斷電操作，若設(shè)備經(jīng)常性出現(xiàn)此問題，應(yīng)更換設(shè)備，不容許“帶病”運行。
（5）控制器設(shè)備檢查
機艙主控端、變槳控制器端均為485通訊，兩線對地的電壓之和約等于5VDC（實際上，線間電壓也是5VDC，萬用表無法測量到）?？梢酝ㄟ^檢查電壓來初步判斷設(shè)備好壞。由于機艙主控一般包括變槳通訊板，控制板，此方法檢查針對的是機艙、變槳的變槳通訊板（模塊）。
（6）通訊滑環(huán)檢查。檢查滑環(huán)軌道是否臟污，滑針是否脫落，若滑環(huán)軌道臟污，則按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范用無水乙醇清洗滑環(huán)。
4.2 旁路限位開關(guān)超時故障
4.2.1故障釋義
風(fēng)機變槳系統(tǒng)從限位開關(guān)位置開槳到90°的時間超過主控要求的時間限制。
4.2.2故障原因
有一只或者多只葉片無法變槳。
有一只或者多只葉片在上次故障停機時未到達(dá)限位開關(guān)位置。
4.2.3故障處理
說明：運行的風(fēng)機，出現(xiàn)葉片無法壓到限位開關(guān)，可能A編碼器角度已經(jīng)變化，即編碼器反應(yīng)的角度已經(jīng)不是葉片的實際位置了。
必須確保風(fēng)機在停機時，葉片在92.5°前壓到限位開關(guān)。如果風(fēng)機未收到“風(fēng)暴位置反饋”信號，則風(fēng)機在啟動時不會發(fā)出“旁路限位開關(guān)”信號，致使壓到限位開關(guān)的葉片無法離開限位開關(guān)。
葉片壓限位開關(guān)角度過小，當(dāng)葉片變槳到90°仍然無法離開限位開關(guān)。所以葉片 壓限位開關(guān)角度在91.6±0.3°為宜。
4.3 變槳驅(qū)動回路故障
4.3.1故障釋義
風(fēng)機變槳系統(tǒng)無法正常變槳、或者變槳異常。
4.3.2故障原因
主控控制---變槳通訊---變槳控制器的通訊不正常。
主控控制---變槳通訊---變槳控制器的DO信號不正常。
變槳控制器---驅(qū)動器的信號不正常。
驅(qū)動器的輸入輸出不正常。
變槳編碼器損壞，速度反饋環(huán)異常。
變槳電機或者變槳減速齒損壞。
變槳控制器或驅(qū)動器損壞。
4.3.3故障處理
1、檢查主控系統(tǒng)傳輸給變槳系統(tǒng)的三個重要信號是否異常：
A.正常變槳信號（主電源OK信號）：當(dāng)此信號=0時，風(fēng)機將開始電池收槳。故障表現(xiàn)有：風(fēng)機啟動時，葉片脫開限位開關(guān)后，馬上收槳；正常運行時，風(fēng)機報錯槳角不一致、跟蹤設(shè)定值超速等；
B.旁路限位開關(guān)信號：風(fēng)機啟動時，此信號將=1，其他時間均等于0。故障表現(xiàn)有：啟機時，若=0，風(fēng)機無法變槳。
C.Rpm OK正常信號：風(fēng)機快速收槳時，此信號將=0，其他時間均等于1。故障表現(xiàn)有：啟機時，若此信號=0，葉片開槳到90°后不再動作；
2、檢查變槳電機、變槳減速齒輪箱是否正常工作。
3、檢查變槳控制器、變槳驅(qū)動器是否正常工作。
4.4 變槳槳距角差異過大故障
4.4.1故障釋義
三只葉片之間的差異偏差超過容許值。
4.4.2故障原因
葉片無法正常變槳。
變槳A編碼器數(shù)據(jù)不正常。
后備電源收槳不正常。
4.4.3故障處理
檢查葉片是否可以正常變槳、收槳。
檢查變槳編碼器是否可以正常工作，沒有跳變現(xiàn)象。
檢查變槳后備電源收槳是否正常。
