基于某風(fēng)場(chǎng)直流變槳系統(tǒng)改交流系統(tǒng)

1、前言隨著我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的增加，新技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，早期使用的直流變槳系統(tǒng)方案的缺點(diǎn)越加明顯，備件價(jià)格昂貴，軟件維護(hù)升級(jí)困難，故障率高，故障停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)等。本文基于某型號(hào)直流變槳系統(tǒng)，提出使用目前流行的交流變槳系統(tǒng)對(duì)原直流變槳系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，以解決和克服原方案的不足。2、直流變槳系統(tǒng)介紹直流變槳系統(tǒng)是使用直流電機(jī)及直流伺服驅(qū)動(dòng)器作為核心部件的變槳控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)主要由變槳控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、直流電機(jī)、后備電容組、后備電源充電器、開關(guān)電源及其他配套設(shè)備組成，直流變槳系統(tǒng)多為六柜結(jié)構(gòu)，其主要由三個(gè)電容柜和三個(gè)驅(qū)動(dòng)柜構(gòu)成，具體如圖1所示。圖1六柜直流變槳系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直流變槳系統(tǒng)雖然具有技術(shù)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，但是其同樣具有電氣回路復(fù)雜，故障節(jié)點(diǎn)多；電容組無監(jiān)視；葉片維護(hù)無互鎖功能，存在安全隱患等缺點(diǎn)，上述缺點(diǎn)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行構(gòu)成極大的威脅。3、直流變槳改交流變槳介紹3.1交流變槳系統(tǒng)介紹交流變槳系統(tǒng)是基于交流調(diào)速技術(shù)的變槳系統(tǒng)，控制方式多為交流矢量閉環(huán)控制，主控包括伺服驅(qū)動(dòng)器、交流電源、交流電機(jī)、后備電容及其他配套設(shè)備。其主要結(jié)構(gòu)圖2所示。圖2交流變槳系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)組交流變槳系統(tǒng)相對(duì)于直流變相系統(tǒng)具有集成度高；電氣回路簡(jiǎn)單，故障節(jié)點(diǎn)少；超級(jí)電容性能優(yōu)越，驅(qū)動(dòng)器集成充放電功能，且可對(duì)電容狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視等特點(diǎn)。3.2直流變槳系統(tǒng)改造方案考慮到改造的成本及施工的便利性，改造后的變槳系統(tǒng)主要是在保留原直流變槳系統(tǒng)變槳柜體的基礎(chǔ)上對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及原后備電源這兩部分進(jìn)行改造，把原系統(tǒng)軸控柜中的直流驅(qū)動(dòng)器替換為交流驅(qū)動(dòng)器，通過對(duì)變槳電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、變槳控制器及部分電氣回路的改造，使變槳系統(tǒng)由直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改為交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以達(dá)到降低變槳系統(tǒng)故障率、提供變槳系統(tǒng)控制穩(wěn)定性，使用原系統(tǒng)的后備電源柜將電池組替換為電容模組，更換直流電機(jī)為交流電機(jī)，增加變槳維護(hù)操作互鎖功能，改造時(shí)保留原直流變槳系統(tǒng)固有的變槳電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器及變槳控制器等部件，其原有安裝布局及機(jī)械接口基本保持變。改造后的交流變槳系統(tǒng)可以完全適配現(xiàn)有的主控通訊協(xié)議及控制邏輯，原機(jī)組主控系統(tǒng)無需進(jìn)行改動(dòng)。直流變槳系統(tǒng)改造后的驅(qū)動(dòng)器部分拓?fù)鋱D如圖3所示。圖3直流變槳系統(tǒng)改造后的驅(qū)動(dòng)器部分拓?fù)鋱D直流變槳系統(tǒng)改造為交流變槳系統(tǒng)后，具有如下特點(diǎn)：（1）驅(qū)動(dòng)器使用3*400VAC供電，并通過整流橋?qū)︱?qū)動(dòng)器直流母線進(jìn)行充電，直流母線具備緩上電功能，且三相整流橋可控；（2）驅(qū)動(dòng)器直流母線分流有兩路DC/DC轉(zhuǎn)換單元，其中一路實(shí)現(xiàn)控制電路24VDCUPS電源，另一路實(shí)現(xiàn)變槳電機(jī)剎車電源供電；（3）驅(qū)動(dòng)器直流母線分流充電單元，為超級(jí)電容模組充電；（4）超級(jí)電容模組通過二極管直接連接驅(qū)動(dòng)器直流母線。保證在驅(qū)動(dòng)器交流供電異常時(shí)，為驅(qū)動(dòng)器提供足夠的能量。改造后的交流變槳系統(tǒng)安裝如圖4及圖5所示。圖4

交流變槳系統(tǒng)安裝圖圖5

交流變槳系統(tǒng)安裝圖交流變槳系統(tǒng)相對(duì)于對(duì)原直流變槳系統(tǒng)具有克服了原系統(tǒng)固有的缺點(diǎn)，并具有（1）降低變槳系統(tǒng)故障率；（2）提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性及可利用率；（3）降低運(yùn)維成本；（4）適應(yīng)電網(wǎng)高低穿要求，提高變槳控制性能等優(yōu)點(diǎn)，改造后的變槳系統(tǒng)其階躍響應(yīng)如圖6所示。圖6改造后的變槳系統(tǒng)其階躍響應(yīng)曲線圖改造后的變槳系統(tǒng)維護(hù)軟件具有（1）變槳調(diào)試功能，可仿真風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控模擬運(yùn)行；（2）分析診斷變槳系統(tǒng)故障并提供問題處理建議；（3）可對(duì)變槳系統(tǒng)進(jìn)行控制邏輯及性能指標(biāo)測(cè)試，并給出測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)記錄；（4）通過安裝于筆記本電腦中人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)以下功能：信息交互：變槳距系統(tǒng)參數(shù)的查詢、設(shè)置，系統(tǒng)狀態(tài)及IO端口狀態(tài)查看及故障診斷，并可查詢歷史故障記錄、變槳控制軟件版本信息和系統(tǒng)時(shí)鐘；速度控制：通過人機(jī)界面可以對(duì)每個(gè)槳葉的變槳方向和變槳快慢速率進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制和設(shè)置；位置控制：通過人機(jī)界面可以對(duì)每個(gè)槳葉進(jìn)行位置控制，可以設(shè)置槳葉變槳速度和給定的位置，具有正弦波、方波、三角波位置給定，波形的幅值和周期可由人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)置；槳角校零：通過人機(jī)界面可對(duì)編碼器的0度位置進(jìn)行校零。3.3直流變槳系統(tǒng)改交流變槳系統(tǒng)的建議和效果直流變槳系統(tǒng)改交流變槳系統(tǒng)方案，應(yīng)對(duì)原直流變槳系統(tǒng)做最小化的改動(dòng)，以節(jié)約改造成本和施工量，上述直改交方案遵循了盡量利用原有系統(tǒng)的配置，利于便捷和快速施工的目的，最大限度地確保工程順利，減少發(fā)電量損失，降低工程改造時(shí)的中斷影響，具不完全統(tǒng)計(jì)，通過運(yùn)行3個(gè)月故障統(tǒng)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，變槳故障總數(shù)由1205次減少到31次，故障