Vensys变桨控制系统培训.ppt

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1、Vensys变桨控制系统编写：臧敦广讲解：臧敦广2013年5月,标题,内容,项目配置：一期进口vensys，二期国产vensys一、Vensys 变桨控制系统控制柜内硬件分布；二、 Vensys 变桨控制系统的电气控制原理；三、Vensys 变桨控制系统主要元件及工作原理；四、Vensys 变桨控制系统故障解释。,三、Vensys变桨控制系统控制柜内硬件分布,变桨充电电源NG5：输入电压：400VAC(+/-15%)输出电压：60VDC输出电流：80ADC内部电路设计为开关电源。优点：效率高；体积小；充电时间短；充电不受交流电源变化的约束；能够提供理想的充电曲线。,四、Vensys 变桨控制系

2、统的主要元件及工作原理,4.1变桨充电电源NG5,IMS功率模块，Flash内存，微处理器控制，Can Bus 型号：Zapi AC-2电力电子器件：MOSFET开关频率：8kHz额定直流输入电压：60VDC最大输出电流：450A,AC-2异步电机用高频MOSFET逆变器,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,4.2 变桨变频器AC-2,AC-2内部的控制单元具有自诊断功能,AC-2逆变器内部的控制单元具有自诊断功能，它能自主的检测内部和其外部相关元器件的故障，并自动通过脉冲信号输出故障信息。通过脉冲或信号灯的闪烁频率，对照其说明书，我们可以迅速的锁定系统的故障原因。详细说明请参

3、看AC-2 INVERTER User Manual。,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,型号:BMOD0500-E016额定电压：60VDC四组串联总容量：125F总存储能量：150kJ四组串联单组电容电压：16VDC单组电容容量：500F,4.3 超级电容,超级电容模块的包装是一个耐损耗的冲压铝外壳。这样一个外壳是永久封装的，不需要维护。超级电容能量存储模块是一个独立的能量存储设备，最多能够存储55kJ(15.3Whr)的能量。超级电容模块由6个独立的超级电容单元、激光焊接的母线连接器和一个被动的、完整的单元平衡电路组成。,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原

4、理,4.4 电容电压转换模块 A10,将电容电压（高电压60V、低电压30V）转换成倍福模块能够检测的电压。将AC2变频器的OK信号进行转换传送给PLC的相应模块。,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,电容电压转换模块 A10,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,A10 电路原理图,类型：IM3001(3相笼型转子异步电机)额定功率：4.5kW；额定转速：1500rpm最大转矩：75Nm制动转矩：100Nm额定电压：29V额定电流：125A额定功率因数：0.89绝缘等级：F防护等级：IP54；工作制式：S2 60min,4.8 变桨电机,四、Vensys 变桨控

5、制系统的主要元件及工作原理,旋转编码器的安装位置（在变桨电机的末端）,变桨电机中的散热风扇,变桨电机中的旋转编码器,变桨电机中的电磁刹车,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,25位分辨率，8192脉冲/4096圈；格雷码或二进制码输出；具有自诊断功能；电子清零；可选组件：增量通道A，B；,光栅码盘,4.9 旋转编码器,前期，在Vensys变桨控制系统使用的IVO GM 400型绝对值旋转编码器是光电式编码器，由于抗干扰性能不佳已经不再使用。目前，在Vensys变桨控制系统使用编码器是库伯勒和密勒两家公司的产品。目前，在Vensys变桨控制系统中使用的库伯勒旋转编码器就是机械绝对

6、值多圈旋转编码器,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,4.7 滑环,滑环是静止不动的，而刷握是旋转的，因此强电流和信号都是通过滑环及刷握进行传输的。,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,刷 握,金 属 环,接 线 柱,上面的插头：5芯线+屏蔽，24VDC，机舱到变桨的安全链；中间的插头：Profibus DP现场总线，2芯线+屏蔽，10VDC；下面的插头：5芯线，400VAC，机舱到变桨系统的电源Profibus DP数据传输速率：3Mbit/s,Harting连接端子,滑环的连接线,四、Vensys 变桨控制

7、系统的主要元件及工作原理,4.10 5和87接近开关,* 可无损不接触地检测金属物体。* 它的原理：通过高频的交流电磁场和目标体相互作用实现检测。* 采用殊殊的铁氧体磁芯使得接近开关能够抗交流磁场和直流磁场的干扰。* 测量范围：8mm10%。,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,* 采用3线制，PNP型，带屏蔽。* 输入电压：1224VDC,脉动（P-P）10%以下（1030VDC ）。* 运行温度范围：-40 85,4.11 91限位开关,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,2.1 Vensys变桨控制系统分布,二、金风1.5MW机组叶片变桨的机械结构及电气分

8、布,2.2 Vensys变桨控制系统的线路连接,二、金风1.5MW机组叶片变桨的机械结构及电气分布,Vensys变桨系统主要由PLC充电电源、交流调速装置交流电机绝对式旋转（位置）编码器等组成，并由超级电容作为后备电源。,三、Vensys变桨控制系统控制柜内硬件分布,Vensys变桨控制柜主电路采用交流-直流-交流回路，由逆变器（AC-2）为变桨电机供电。变桨电机采用交流异步电机。 PLC 组成变桨的控制系统，它通过现场总线(profibus-DP总线)和主控制系统交互通信，接受主控制系统的指令(主要是桨叶转动的速度指令)，并控制交流调速装置驱动交流电动机，带动桨叶朝要求的方向和角度转动，同时

9、监测变桨系统的内部信号，把它直接传递给主控制系统。 每个叶片的变桨控制柜，都配备一套超级电容组，作为的备用的UPS电源。超级电容储备的电能，在保证变桨控制柜内部电路正常工作的前提下，足够使叶片以7/s的速率，从0顺桨到90。特殊情况下，当来自滑环的电网电压掉电时，超级电容直接给变桨控制系统供电，可保证整套变桨控制系统的正常工作，使叶片顺桨安全停机。相比使用密封铅酸蓄电池作为备用电源的变桨系统，Vensys变桨控制系统这样使用超级电容作为备用电源具有以下优点： a、充电时间短； b、交流变直流的整流电源同时作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路； c、超级电容随使用年限的增加，容量减小的非常小

10、； d、寿命长； e、无须维护； f、体积小，重量轻等优点； g、充电时产生的热量少。,三、Vensys变桨控制系统控制柜内硬件分布,2.3 Vensys变桨控制系统的特点（1）电气结构简单维修工作量小;（2）采用异步电机调速，相比采用直流电机调速，在保证调速性能的前提下，避免了直流电机存在碳刷容易磨损问题;（3）超级电容为后备电源（UPS）:以便在电网突然断电或其它紧急情况停机时，变桨伺服系统可以通过自备的超级电容（UPS） 短暂供电，使变桨系统完成顺桨及其它安全保护措施；（4）PLC 组成变桨的控制系统。它通过现场总线(profibus-DP总线)和主控制系统交互通信,接受主控制系统的指令

11、(主要是桨叶转动的速度指令),并控制交流调速装置驱动交流电动机,带动桨叶朝要求的方向和角度转动,同时PLC 还负责超级电容电压的监控等辅助控制。,三、Vensys变桨控制系统控制柜内硬件分布,这种温度传感器是利用导体铂（pt）的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的。通常这样的温度传感器可以测量负200到正500摄氏度的范围，而且在这个温度范围下，铂的电阻值和温度具有良好的线性关系。,温度电阻Pt100的特性：0摄氏度时，温度电阻Pt100的电阻值正好是100欧姆，其阻值随温度的上升而上升，随温度的下降而下降，呈现正温度系数特性。,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,4.5

12、 温度传感器Pt100,变桨控制柜中都有一个总线控制器BC3150，它是每个Vensys变桨控制柜中PLC的控制核心，其内部载有变桨控制程序。此程序一方面负责变桨控制系统与主控制系统之间的通信，另一方面负责变桨控制系统外围传感器信号的采集处理和对变桨执行部件的控制。紧急状况下（例如变桨控制系统突然失去供电或通信中断），三个变桨控制柜中的控制系统，可以分别利用各自柜内超级电容存储的电能，分别对三个叶片实施90度顺桨停机动作，使机组安全可靠的停下来。,4.6 倍福BC3150及其他模块,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,BC 3150总线端子控制器,四、Vensys 变桨控制系统

13、的主要元件及工作原理,KL1104 数字量输入端子,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,KL2408（正极变换）数字量输出模块,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,KL3404模拟量输入端子,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,KL5001 SSI 接口模块,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,KL3204 模拟量输入端子,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,KL4001 模拟量输出模块,KL4001 模拟量输出端子可输出 0 V 到 10 V 范围的信号。该端子可为处理层提供分辨率为 12 位的电气隔离信号。总线

14、端子的输出通道有一个公共接地电位端。KL4001是单通道型，适用于带有接地电位的电气隔离信号。它通过运行 LED 显示端子与总线耦合器之间的数据交换状态。,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,KL9010总线末端端子可用于总线耦合器和总线端子之间的数据交换。每一个站都可在右侧使用KL9010作为总线末端端子。总线末端端子不具有任何其它功能或连接能力。,KL9010总线末端端子,四、Vensys 变桨控制系统的主要元件及工作原理,每个桨叶采用一个带位移反馈的伺服电动机进行调节，由主控制系统实现三个桨叶的同步变桨，位移传感器采用旋转编码器，安装在伺服电动机输出轴后端上，采集电动机转

15、动角度。伺服电动机通过减速器及齿形带，带动桨叶进行转动，实现对桨叶的节距角的直接控制。在变桨驱动支架上安了两个接近开关，直接检测叶片转动的角度，即桨叶节距角变化，当叶片转过特定角度（5度和87度），接近开关输出24V高电平信号。叶片角度控制是依据安装在发电机后方输出轴上的旋转编码器所测的角度/速度值进行控制，接近开关作为冗余控制的参考值，它直接反映的是桨叶节距角的变化，当旋转编码器出现故障时，PLC控制器便可知道系统出现故障，报出故障顺桨停机。如果系统出现故障，电网电源断电时，电机由超级电容供电，可保障60s内将桨叶快速调节为顺桨位置。电机后轴安装的电磁刹车装置，可保证机组叶片安全的固定在某一角度上：当AC-2驱动电机变桨时，电磁刹车打开，叶片在电机的带动下转动；当AC-2停止驱动电机变桨时，电磁刹车关闭，使叶片固定停止在固定角度上。,五、Vensys 变桨控制系统的电气控制原理,五、Vensys 变桨控制系统的电气控制原理,