1、引言

風力發(fā)電機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)主要是控制整臺風機的運轉(zhuǎn)，而變槳控制系統(tǒng)則是專門針對不同的工況下對槳葉進行精確的控制，以實現(xiàn)槳葉的正常動作和緊急收槳。一個完整的變槳控制系統(tǒng)包括的主要部件有驅(qū)動器和控制器（有的變槳控制系統(tǒng)只有驅(qū)動器，沒有控制器）、變槳電機、備用電源等。每種變槳控制系統(tǒng)在其結(jié)構(gòu)上都有其獨到之處，因此為了更好的了解變槳控制系統(tǒng)，必須對其結(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，在風電行業(yè)初始就已經(jīng)在做風力發(fā)電機組的設計，變槳控制系統(tǒng)的整體設計已經(jīng)處于世界先進水平，尤其是其變槳控制器及驅(qū)動器的研究。

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)對三個槳葉的控制完全一樣，都是采用伺服驅(qū)動器控制交流電機帶動槳葉轉(zhuǎn)動，來達到對三個槳葉速度以及位置的精確控制。當外部400V供電丟失時，使用超級電容作為后備電源為伺服驅(qū)動器供電，完成緊急收槳，確保風機的安全。

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風力發(fā)電機組控制器（AdvancedWindTurbineController)，簡稱AWC。在整個變槳系統(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)動器的通訊。除此之外，驅(qū)動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、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，會導致變槳安全鏈斷開，此時變槳系統(tǒng)本身立即執(zhí)行相應動作：三個葉片同時緊急收槳，直到91度限位開關觸發(fā)為止。

變槳驅(qū)動器采用的是集成電機驅(qū)動（IntegratedMotorDrive），簡稱IMD。因變槳控制器主要用于和主控以及驅(qū)動器的連接，所以變槳驅(qū)動器的集成度非常高。電機編碼器信號、冗余編碼器信號、電機溫度信號、電機制動信號、變槳安全鏈信號、制動電阻信號、充電機信號等等變槳控制系統(tǒng)他需要采集的信號全都集成在驅(qū)動器中，已達到控制系統(tǒng)安全運行的目的。當系統(tǒng)產(chǎn)生報警或者故障信號時，驅(qū)動器能及時、準確的發(fā)生相應，控制相應的器件，時風機安全收槳或停機。整個變槳系統(tǒng)使用了三個變槳柜，每個控制柜中都有一臺驅(qū)動器，它們之間互不影響，都能單獨控制一個槳葉完成相應的動作，有很好的獨立性。

當系統(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)采用的超級電容組作為備用電源。超級電容組是采用兩組五個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電容組的存儲能量，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，使在風速合適時風機發(fā)電，在風速過大時風機安全收槳。而為了拖動槳葉運動，現(xiàn)在普遍使用的都是變槳電機。丹控變槳系統(tǒng)采用的就是同步電機。同步電機，和感應電機一樣都是現(xiàn)在使用非常廣泛的一種交流電機。特點是：穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關系。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時同步電機的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負載的大小無關。當系統(tǒng)需要槳葉轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動器就會發(fā)出指令來控制變槳電機，使槳葉達到預定位置，完成主控發(fā)出的指令或者緊急狀態(tài)時變槳系統(tǒng)的正常響應。

丹控變槳控制系統(tǒng)的安全鏈是其系統(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，成為了風機主控系統(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、三個軸的急停按鈕、三個軸的維護開關、三個軸的變頻器故障信號總共十一個常閉觸點串聯(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硬件組成。其最大的特點就是采用安全繼電器把以上信號串聯(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)生故障時能做出有效的動作，它具有強制導向接電結(jié)構(gòu)，萬一發(fā)生接點溶結(jié)現(xiàn)象時也能確保系統(tǒng)的安全。當緊急停止解除時，使系統(tǒng)不能出現(xiàn)突然再啟動；萬一系統(tǒng)的安全電路發(fā)生故障時，可以使促使槳葉安全收槳，確保風機的安全。

冗余技術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、相對獨立配置的設計連接組成的系統(tǒng)。通過提供系統(tǒng)運行所需的所有關鍵組件的冗余的方法，達到容錯能力的系統(tǒng)或者系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，當系統(tǒng)發(fā)生故障時,冗余配置的部件介入并承擔故障部件的工作,由此減少系統(tǒng)的故障時間。測量槳葉位置和速度的電機編碼器和冗余編碼器，測量電機溫度的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電容組等，在系統(tǒng)中的很多結(jié)構(gòu)中都應用到了冗余技術，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，并對其中幾個重要組成部分進行了重點解析。除此之外，還重點解析了丹控變槳控制系統(tǒng)的兩大特色：安全鏈和冗余技術的應用。希望這些內(nèi)容可以在大家變槳系統(tǒng)的學習過程中帶來幫助。

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