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1、三合一电控系统三合一电控系统1.三合一电控系统介绍2.三合一电控系统之主控系统3.三合一电控系统之变流器系统4.三合一电控系统之变桨系统5.三合一电控系统模块工作状态说明6.三合一电控系统安全注意事项风力发电机组电控系统主控系统变流器系统变桨系统采集传感器数据，实现状态监控和故障诊断，对变桨、变流器、液压站及电机马达等进行协调控制，保证风力发电机组的安全平稳运行。风力发电机组-主控系统主控系统功能图通用PLC变流器系统发电机 转矩控制变桨系统风轮 转速控制液压站刹车抱闸电机马达偏航 温度 润滑控制HMI人机交互传感器 数据采集通讯状态故障监控通过同步电动机，控制三个桨叶变桨，把风能转化为可量化
2、的风 轮动能，在突发情况下支持紧急变桨，保证风力机组的安全。风力发电机组-变桨系统温度、位移 传感器主控通讯HMI人机交互变桨PLC驱动器伺服电机 控制电机马达温度、润滑 控制充电器超级电容状态监控变桨系统功能图应用电力电子技术，通过优化控制方法，把风轮的动能转化为电 能，输入电网。风力发电机组-变流器系统变流器系统框图故障诊断HMI人机交互主控通讯变流器网侧、机侧协调控制并网发电IGBT晶体管数字信号处理器DSP 现场可编辑门阵列FPGA冷却系统控制电网数据上海电气输配电集团研发生产的2MW风力发电机组三合一电控系 统，采用完全自主知识产权的风机主控、变流、变桨系统。三者在硬件的兼容性，在软
3、件和控制算法的开放性，三个系统可 以有机融合，实现风机电控系统一体化，保证风机协调平稳运行。三合一电控系统-“合”电控系统功能合并风机电控系统的主控、变流器和变桨系统都具有状态监控、手动调试维护、运行数据记录等相似功能，而且三个系统具有一定交互性，故 可对相似功能集中优化设计。硬件的“合”一个操作屏，集中实现三者的状态监控、调试维护；内部灵活通讯方式，省去中间的转接环节，节省硬件成本；软件的“合”将类似、简单、次要的功能集中实现和完善，简约规范程序；减少中间转换程序，便于故障问题分析解决，提高cpu利用效率。控制算法的“合”控制功能上的交互性和开放性，三者控制算法可以取长补短，有效融合，利于算
4、法深层次优化，实现转速、转矩柔性控制。三合一系统-“合”三合一电控系统结构在上海电气输配电集团风力发电三合一电控系统中，主控与变桨系 统通过CANopen总线进行数据通讯，减少中间转化环节；主控与变流器 通过RS232通讯，简便容易实现，节约通讯成本。三合一电控系统将主控、变流器、变桨系统的状态监控、调试和维 护等功能合并在一起集中实现。主控系统与变流器和变桨系统都有数据 交互，并且主控系统采用通用PLC，功能强大，将功能合并集中实现于 主控系统的控制器和操作屏上。三合一电控系统-“合”上海电气输配电集团的风力发电机组一体化电控系统，即三合一 电控系统，具备以下特点：将主控制器、变桨控制器、变
5、流器的控制功能整合，使风机运行更 加协调。更好的实时性，更高的可靠性、以及更方便的可维护性。更完善的录波机制，记录电控系统各部件的实时状态以供故障预警 与分析。快捷、贴心的一站式售后服务。通过电科院LVRT张北认证，并通过电科院模型一致性认证。风电三合一电控系统三合一电控系统-系统结构三合一电控系统拓扑图主控系统的特点采用软件安全控制与独立硬件安全链相结合的安全系统；软件安全控制实时监测风机的运行：将风机的故障细分32类故障分别处理；独立的硬件安全链以可编程安全PLC为主体，编程控制安全输出，可靠性高、易于维护；存储每次故障触发前后10分钟的全部风机数据以供分析。主控系统的创新点先进的转矩与变
6、桨控制算法，能够使风机响应调度要求，稳定工作在任何工作点，实现功率的稳定输出；优化的转矩PID算法有效提高小风下的发电量并使功率输出更稳定；优化控制传动链载荷主控系统-特点主控系统电气结构风机主控制系统电气结构由塔底控制柜和机舱控制柜组成。塔底控制柜为主控制系统的主站，控制器采用通用型PLC，包括电源模块和分布式I/O模块、继电器和断路器，实现各种外部信号采集和 电机马达控制和各种保护。通过RS232接口与变流器通讯，通过POWERLINK通讯协议实现与机舱控制柜通讯。通过CANopen与变桨通 讯，塔底控制柜配有触摸屏一台，实现风机状态监控和维护调试。机舱控制柜主要由通讯模块和分布式I/O组
7、成，通讯模块实现与 塔底控制柜通讯，并实现变桨系统与塔底PLC通讯数据的交互。主控系统-电气结构主控系统运行流程风机主控系统的运行流程包括十种运行模式：初始化模式、停机模式、服务模式、待机模式、自检测模式、空转模式、启动模式、切入模式、发电模式、共振模式。流程控制就是根据外界状况对运行模式进行切换控制，保证风机 平稳运行。主控系统-运行流程主控系统-运行流程主控系统运行流程图初始化模式当风力发电机组主控制器在重新启动、参数修改、程序更改等情况发 生之后，需要进入初始化模式。初始化模式完成参数文件的读取与赋值。停机模式当状态代码激活时，风机将执行停机程序，机组将进入停机模式，在 停机模式下：偏航
8、系统启动自动偏航程序，如果产生禁止偏航、自动解 缆、偏航齿润滑、禁止自动偏航信号时，偏航系统将不执行自动偏航程 序；如果系统状态允许自动复位，控制系统将根据可自动复位状态码的 复位延时，发出复位指令，可自动复位的次数由状态码决定；允许通过 手动复位的方式进行复位，但要求复位人员具备相应权限；可以通过 SCADA系统对风机进行手动复位，复位人员同样要求具备相应的权限。主控系统-运行流程待机模式如果60s平均风速大于3.5m/s，启动倒计时程序；按下柜门面板或HMI上的“启动按钮”，则可跳过自启动倒计时，进入偏航对风。自检测模式在自检测程序模式下，控制器将分别对变桨系统、液压系统、测速 传感器、高
9、速轴刹车进行测试；主控系统-运行流程空转模式 松开高速轴刹车；空转模式下，风机对外不输出功率，当发电机转速大于400rpm且偏航位置与风向位置差小于45，则进入启动模式；如果控制器在空转模式下超过24小时，或者10min平均风速小于3m/s，则退出空转模式，回到待机模式。启动模式提升发电机转速至并网转速1180rpm；控制发电机转速，使得发电机转速在118030rpm范围内，维持20s之后，主控制器向变流器发出信号，进入“切入模式”。主控系统-运行流程切入模式变流器收到主控发出的信号后，开始对发电机进行励磁，并且检查主断路器或接触器两端的电压和频率，确认符合并网条件后进行并网，将并网信号反馈给
10、主控制器确认该信号并且进入升速并网模式。升速并网模式 通过变桨距使发电机转速设定点以梯度上升至额定转速。发电模式 在发电模式下，主控制器根据转矩表和发电机转速差值求出输出转矩值，向变流器输出转矩要求和功率因数，风机向电网输出功率。当下述条件之一满足时，进入降容运行模式。变流器入水口温度高于45；发电机绕组温度高于85；发电机轴承温度高于70；接收到SCADA的功率限制使能信号和功率设定点。主控系统-运行流程变桨移动模式 变桨移动程序在启动模式和发电模式下执行；当桨距角在一段时间内变化幅度较小时，通过变桨移动程序来保证桨叶能够可靠变桨。降容运行将发电机转速设定点设置为1368rpm；当变流器入口
11、水温度、发电机 绕组温度、发电机轴承温度恢复正常或SCADA系统不限功率运行时，返 回至发电模式。空转共振将发电机转速设定点设置为1180rpm；当桨距角大于8持续20s，退出空转共振模式，返回启动模式。主控系统-运行流程服务模式服务模式用于对风机进行维护和试运行，当机舱控制柜门或塔底控制柜 门上的维护钥匙开关打开时，通过HMI系统进入服务模式。当维护钥匙开 关锁定时，系统退出服务模式进入停机模式。主控系统-运行流程停机控制在风力发电机组发生故障或由于其他原因需要停机时，主控制器根据机组发生的故障种类判断，分别执行不同的控制程序：正常停机、快速停机、紧急停机、安全链紧停等，以保护机组的安全运行
12、。主控系统-停机控制主控系统-停机控制停机程序说明图制动程序0：不停机 出现下述状态，执行制动程序0，风机继续运行在人机界面或SCADA中给出报警信号。温度报警，包括：发电机定子温度、发电机轴承温度；风轮制动刹车片报警；机舱振动报警；润滑油油位低，包括：偏航轴承、偏航齿轮、主轴承。主控系统-停机控制制动程序10：正常停机出现下述状态，执行制动程序10(切换到STOP模式，桨距位置回到89，变桨速度为4/s；当风轮转速低于8.3rpm时，变流器脱网)温度超限，包括：塔底温度、机舱温度、塔底控制柜温度、机舱控制柜温度、变流器控制柜温度、液压油温度(DI)、主轴承温度、变桨电机 温度(DI)、箱变温
13、度、发电机定子温度、发电机轴承温度、发电机进风口 温度、发电机出风口温度、发电机滑环温度、齿轮箱轴承温度；变流器 故障1(变流器UPS报警)；偏航故障；UPS故障；齿轮箱故障(润滑油油压，冷却水水压等)；发电机故障(电刷故障)；液压系统液位超限；结冰故障；初始化故障(读取参数文件)；避雷器故障；振动故障；航灯故障；主控系统-停机控制保护信号，包括：加热器保护(液压油泵加热器、发电机加热器1、发电机 加热器2、齿轮箱润滑油加热器、齿轮箱润滑油泵加热器、齿轮箱冷却水 泵加热器)、马达保护(液压油泵马达、偏航电机总保护、偏航电机14，齿轮润滑油泵马达、)、制动保护(偏航制动)、风扇保护(发电机内部冷
14、却 风扇、齿轮箱冷水风扇、机舱冷却风扇、塔底冷却风扇)、冷却水泵保护(齿轮箱冷却水泵)、控制柜温度保护(塔底控制柜、机舱控制柜)、风轮制动 刹车片磨损、风轮速度偏差比较超限、主控CPU占用率过高、风速计或风 向标失效。主控系统-停机控制制动程序30：快速停机 出现下述状态，执行制动程序30(切换到STOP模式，桨距位置回到89，变桨速度为5.5/s；当风轮转速低于8.3rpm时，变流器脱网)变流器故障2(发电机过速，变流器系统故障，变流器crowbar动作)；塔底和机舱的熔断器故障；电网故障(电压，电流，频率，过功率等)；液 压系统压力故障；通讯故障(profibus等)；风轮转速超限(18.
15、5rpm)。主控系统-停机控制制动程序50：紧急停机 出现下述状态，执行制动程序50(切换到STOP模式，变流器立刻脱网，桨距位置回到89，变桨速度为7/s，当风轮转速小于5rpm时，液压系统 执行风轮制动)变流器故障3(电网故障，CSC状态)；变桨系统故障(通讯，电池，桨距 位置)；风轮转速超限(19rpm)；停机故障(执行制动程序10或30，35秒后风轮转速还大于10rpm，或90秒后风轮转速大于4rpm)。主控系统-停机控制制动程序70：安全链紧停。出现下述状态，执行制动程序70(变桨系统电池释放最大的可控电流进行向后变桨，使桨距位置回到91，当风轮转速小于5rpm时，液压系统执 行风轮
16、制动)塔底紧停按钮；塔底主电源故障(400VAC)；机舱紧停按钮；机舱远程 紧停按钮；风轮超速1紧停；风轮超速2紧停；机舱振动紧停；变桨系统 紧停；偏航扭缆紧停；变流器紧停按钮；变流器并网开关故障。主控系统-停机控制安全链系统风机系统的安全链是基本独立于控制系统的硬件保护措施，它总是优 先于控制系统，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作。安全链采用反逻辑设计，将可能对风机造成致命伤害的重要机构部件的 控制端串联成一个回路。当回路中任意一个触点发生故障，安全链断开，引起紧急停机，执行机构失电，风机瞬间脱网，从而最大限度的保证风 机的安全。主控系统-安全链安全链断开原因发生下列故障或触
17、发执行元器件会使安全链断开：塔底紧停按钮安装于塔底控制柜面板上；塔底主电源故障(400VAC)通过相位监测器监测电网电压，当主电源电 压过低或过高时安全链断开；机舱紧停按钮安装于机舱控制柜面板上；机舱远程紧停按钮安装于机舱紧停按钮盒上；风轮超速1紧停风轮速度超过18rpm，超速模块发出信号；风轮超速2紧停风轮速度超过19rpm，超速模块发出信号；机舱振动紧停机舱振动过大，机舱振动开关断开；变桨系统紧停变桨系统出现严重故障，给控制系统发送变桨紧停信号；偏航扭缆紧停偏航扭缆限位开关动作；变流器紧停变流器柜内的输入信号；并网开关动作变流器柜内的输入信号。主控系统-安全链安全模块2MW风电控制系统的安
18、全链的控制功能通过安全模块来实现。X20SI4100为4故障的安全输入端子，X20SO2100为2故障的安全出端子，X20SO41100为4故障的安全输出端子，E-stop和复位等安全信号通 过这2个模块与安全CPU交互。安全系统的所有逻辑功能都在安全系统 CPU X20SL8000中实现。主控系统-安全链主控系统-安全链塔底紧停按钮塔底复位按钮塔底主电源安全输入预留塔底节点变频柜紧停并网断路器故障安全输入机舱紧停开关机舱远程紧停开关机舱振动紧停机舱复位按钮偏航扭缆紧停变桨紧停风轮超速2紧停X20SI4100X20SI4100X20SI4100X20SI4100风轮超速1紧停安全系统偏航紧停预
19、留安全输出X20SO2110Safety Logic X20SL8000Ethernet powerlinkEthernet powerlinkEthernet powerlink光纤预留预留预留光纤光纤X20SO4110安全系统变桨紧停变流器紧停预留机舱节点 机舱节点塔底节点安全模块示意图主控系统-安全模块主控系统-安全模块安全模块示意图主控系统-安全模块主控系统-安全模块安全程序确认步骤安全程序载入后，需要进行四步确认。查看拨码是否已经拨到FW-ACKN，查看安全CPU SafeLoigc的指示灯状态，进行四次确认：1.等待FW-ACKN灯常亮，R/E灯持续闪烁，将拨码拨到SK-XCNG,
20、按下ENTER，查看SKEY灯亮，说明确认成功；2.等待MXCHG灯持续闪烁，将拨码拨到SCAN，按下ENTER；3.等待MXCHG灯长时间持续闪烁，将拨码拨到n，按下 ENTER；4.等待FW-ACKN灯闪烁，将拨码拨到FW-ACKN，按下 ENTER，等待 重启动。安全处理器模块主控系统-安全模块安全系统调试 安全PLC启动完成，正常运行后，对下表信号一一进行变位触发调试；风机正常的安全链信号输入及输出均为1，若不为1请检 查信号回路。主控系统-安全模块风机安全链正常信号列表Buffer功能 以故障触发时刻为参考时间，记录故障前后10分钟内风机运行的重要数据信息，其中故障前后10秒内每隔0
21、.1s存储一次数据，其余时间每隔1s 存储一次数据。存取办法可断电CPU,拔出卡，读取卡根目录下的，Buffer文件，打开Buffer文件，可看到相应的故障记录文件。主控系统-Buffer文件主控系统-Buffer文件Buffer文件读取示意主控系统-Buffer文件Buffer文件读取示意命名规则存储文件名命名规则是风机号+故障发生时刻，如“b36_130830_1754.csv”。在这里，b36表示为36号风机，130830_1754为故障发生时刻：表示2013年08月30日17点54分发生的故障。内容解析文件存储内容解析：打开.csv文件，文件第一列是数据存储时间记录，第一行是数据名称，
22、依此为：主控系统-Buffer文件主控系统-Buffer文件Buffer变量对应表主控系统-贝加莱X20模块主控系统-贝加莱X20模块主控系统-贝加莱X20模块X20 标准型CPU 板载上接口Ethernet TCP/IP,10/100 Mbps(在线)ETHERNET Powerlink/Ethernet TCP/IP,100 Mbps2x USB 1.1RS232(在线)X20 接口模块灵活的接口解决方案主控系统-贝加莱X20模块X20 标准CPU不同的CPU:1x IF/3x IF集成化的供电能力：可对30个模块供电极致的紧凑性主控系统-贝加莱X20模块X20 优点使用简便分离：端子排-
23、电气模块-底板模块优势：可在系统以外预接线 电气模块的热插拔 自由的总线插槽供配件使用机架系统和插片系统的优势 Granularity of a slice system 想机架系统的处理 预安装系统主控系统-贝加莱X20模块X20模块主控系统-贝加莱X20模块X20模块主控系统-贝加莱X20模块X20模块结构主控系统-贝加莱X20模块X20模块电源设计主控系统-贝加莱X20模块扩展性总线控制器BC8083主控系统-贝加莱X20模块HB2881HUB扩展模块主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指
24、导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导主控系统-X20模块安装指导硬件结构变
25、流器通过绝缘栅双极型晶体管（IGBT），调节直流母线电压，实现 交-直-交电流转化，把风轮动能转化为可直接并网的电能。变流器控制系统三合一系统中的变流器采用优化的控制方法，实现变流器网侧、机侧 协调控制，保证速度更快，性能更好，更强的故障诊断能力。变流器采用了先进的改善谐波控制算法，更进一步地减低变流器的输出谐波，改善了电能质量；采用了含负序分量的双D-Q变换算法以及网侧-转子侧协同控制策略，使系统能很好适用于三不平衡的电网环境。变流器系统-系统结构变流器系统-工作原理变流器系统功能变流器系统-运行流程变流器系统-工作过程简介变流器工作流程主要包括：预充电过程、励磁并网过程、并网发电过程。预充
26、电过程：当接受到主控励磁信号后，通过预充电整流桥对直流母线充电，使直流母线电压高于设定值，保证网侧变流器正常运行。预充电过程中，主断路器闭合，预充电接触器闭合；当电压达到限值时，断 开预充电接触器。变流器系统-工作过程简介励磁并网过程：当直流电压满足要求，闭合网侧接触器，网侧变流器整流，机侧变流器提取电网的电压信息（幅值、频率、相位）作为依据，通过 引入定子磁链定向技术对发电机的输出电压进行调节，使发电机定子电压与电网电压的频率、相位和幅值保持一致。当接受到主控并网信息并满足并网条件时，闭合并网接触器，进行并网操作，并网成功后控制策略从并网控制切换到发电控制。并网发电过程:通过网侧变流器进行整
27、流，保持直流母线电压稳定，确保机侧变流器乃至整个机组励磁系统可靠工作；通过机侧变流器对转子电压进行调制，实现逆变，确保双馈机组输出解耦的有功功率和无功功 率。二者通过相对独立的控制系统完成各自功能。变流器系统-低电压穿越变流器低电压穿越流程示意图变流器系统-低电压穿越Chopper动作 流程示意图Crowbar动作流程示意图变流器系统-主控通讯变流器控制板CCU与 主 控 CPU采 用RS232通信，通过串口转光纤转 换器，实现光纤抗干扰 连接。变流器控制单元CCUCCU板基于32位浮点数数字处理芯片(DSP）与超大规模现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的组合，DSP主要完成控制算法，而FPGA
28、完成AD、DA、DI/DO，以及与板外外设进行通讯等功能。二者之间的数据交换通 过DSP EMIF接口20位地址总线和32位数字总线完成。控制板电路集成在一块6层印刷电路板上，FPGA主要包含，16路光电 隔离DI/DO电路；24路16位A/D转换电路；4路12位D/A转换电路；10路PWM光纤输入；8组差分PWM光纤输出；光电编码器输入电路，10M/100M以太网接口、CAN总线、RS232/485接口、PROFIBUS接口、SD卡等辅助外设。变流器系统-主要元器件变流器控制单元CCU主要功能：直流侧chopper及转子侧crowbar控制；并网断路器控制；网侧接触器控制；采集网侧及转子侧电
29、流；采集定子侧电流；采集直流母排、转子、定子及网侧电压；控制转子电流；通过编码器测量发电机转速。变流器系统-主要元器件变流器系统-主要元器件变流器控制单元CCU绝缘栅双极型晶体管IGBT模块 网侧IGBT模块3个，将三相交流电转换为直流电；转子侧IGBT模块6个，将直流电转换为三相交流电。直流侧chopper(由IGBT和电阻组成)当检测到直流侧电压超过设定值时触发chopper IGBT，泄放多余的直流储能，触发信号来自CCU。转子侧crowber(由驱动板、IGBT和电阻等元件组成)为保护转子侧变流器设置的旁路电路；机组正常运行时，转子crobwer是关断的；当定子电压突降，直流母排电压超
30、过设定值时，转子crowbar 触发并投入运行，触发信号来自CCU。变流器系统-主要元器件开关电源IGBT电源的供应；24V继电器控制电源的供应；并网断路器装置电源 的供应；直流侧chopper及转子侧crowbar电源的供应；CCU控制器及显 示装置电源的供应。UPS不间断电源 为所有开关电源供电；提供网侧接触器控制回路电源；提供并网断路器控制回路电源；其他220V控制回路电源。18T1自耦变压器690/380V,10KVA冷却系统和柜内加热及风扇电源的供应。19T1三相变压器690/380V,4KVAUPS供电；插座电源。变流器系统-主要元器件温度及湿度控制器用于柜门风机、热交换器及加热器
31、的控制；风机、热交换器及加热器；用于保持柜内环境条件（包括温度及湿度）以确保所有元器件能够正常工 作。电流传感器 测量网侧、转子侧电流。电流互感器EH-0.69-2000/1A/0.2级电网侧三相电流测量并将采集的三相电流提供给主控柜；定子侧电流 测量。变流器系统-主要元器件三相滤波电抗器网侧2个 转子侧1个。并网断路器 具有基本保护功能（长延时保护+短延时保护+瞬时保护）；可以测量电流。定子接触器网侧接触器变流器系统-主要元器件变流器系统-主要元器件变流器硬件结构转子电抗器网侧电抗器及网侧接触器变流器系统-主要元器件变流器硬件结构转子侧IGBT及电流传感器网侧IGBT及CHOPPER组件变流
32、器系统-主要元器件变流器硬件结构UPS及19T1变压器Crowbar及18T1变压器变流器系统-主要元器件变流器硬件结构电网总断路器和定子接触器CCU控制柜变流器系统-主要元器件变流器硬件结构主控柜IPM故障检测光纤反馈信号是否正常；变流器系统-现场故障分析变流器系统-现场故障分析IPM过流故障ipm故障是因为ipm驱动板对igbt有过流保护功能，当导通压 降超过设定值时，驱动板将发出低脉冲信号给ccu，ccu检测后报 出ipm故障。此类故障大部分是电机转子出现短路或过流后报出 故障，主要是为了保护变流器ipm。IPM过温故障igbt基板存在额定热膨胀系数，因此驱动板将过热保护也同 样设定成i
33、pm故障，检测到igbt出现过热后，迅速发出脉冲信号 给ccu，ccu报出ipm故障；目前我们公司采用的是先进的精确温 差控制冷却水散热方式，当冷却水水压不足时，此时模块的会出 现过温，因此报出故障；需现场人员定期检查冷却水压力。变换器控制板上内A/D故障检查模拟量采集信号是否正常（例如电压采集）；变换器控制板上的A/D芯片坏或变换器控制板软件控制失效，AD芯片供电电源回路故障。编码器故障变换器控制板上的编码器接线是否正确；发电机上的编码器是否安装正确，接线无误；若有光纤转换板，查看光纤转换板是否损坏；CCU输出给编码器的24V工作电源异常。变流器系统-故障分析变流器系统-现场故障分析发电机编
34、码器故障 编码器出现信号干扰，此信号线是从风机机舱接到塔底的变流器，在这个信号传输过程中会出现一定的信号干扰，特别是低转速时，因此 需要将屏蔽线接地处理，此类原因的故障会消失。编码器本身质量问题，当发电机编码器出现故障时，信号发给变流 器时会出现ABZ相的不稳定，因此ccu会报出编码器信号丢失或故障，需要更换。现场部分风机从机舱接到塔底光纤转换板的编码器接线在安装时可能将线与其他从机舱至塔底的高压线绑在一起，导致24VDC供电不稳定，由于现场的编码器的供电是由变频器送至机舱发电机，距离较长，出现 供电干扰会出现编码器故障，现在已经出方案将增强24VDC供电干扰吸 收功能。直流侧电压高检查各主回
35、路熔断器是否完好；CCU直流电压检测回路故障，如分压电阻异常变小。变流器系统-故障分析直流侧chopper故障 检查故障记录上chopper是否动作；检查chopper上反馈光信号是否正常输出；检查choppe电路是否有损坏；更换chopper用IGBT。转子侧crowbar故障 查看故障记录上crowbar是否动作过；检查crowba电路是否有损坏；更换crowbar用晶闸管。变流器系统-故障分析预充电直流侧电压低 起机查看预充电整流过程是否正常；查看网侧三相电压是否正常；预充电过程开始后，直流母线电压低于650V；检查整流桥的正反压降，测量其好坏；若预充电开关未打开,检查预充电开关及相应的
36、24V继电器。变流器系统-故障分析直流侧电压低当整流开启后直流母线电压低于1000V；检查各主回路熔断器是否完好；检查接至变换器控制板板上的直流电压信号与分压后进入处理的电压信号是否正确。电网电压相序出错 接线错误；检查进线电缆连接是否正常，测量电线是否连接正确。电网电压某相丢失 查看触摸屏上三相电压；检查相关保险丝是否损坏；电网是否有波动。变流器系统-故障分析变流器系统-现场故障分析定子接触器故障 定子接触器采用的是目前主流且先进的ABB接触器，目前发现有少数的定子接触器在现场使用过程中出现了故障，发回后分析，主要是现场设备在运行发电前放置时间可能较长，导致接触器出现内部控制板凝露，上电后出
37、现元器件烧坏，需现场工作人员在调试并网前先进行柜内加热除湿工作。变频器RS232通信中断 目前关于此问题，相关研发人员已经到现场采取优化程序的方式去现场解决。主要是系统在存储上传故障数据时出现通信伪中 断，目前已经增加延迟滤波功能，完善此问题。变流器系统-编码器校正及并网调试变流器并网操作步骤1.风机维护开关置0，其他条件满足时，风机启机进行切入模式。手动变桨操作界面变流器系统-编码器校正及并网调试2.进入HMI变流器编码器校正分画面待变流器进入切入励磁状态后发电 机定子电压建立，变流器编码器校正分画面上出现红色定子电压向量线（黑色线为电网电压基准向量线，只要CCU 690V电网电压测量正常此
38、 基准线就一直存在）。观察红色定子电压向量线长度基本及角度基本固 定不变后按“细调-”或“细调”按钮直到红色线与基准线重合即可再按下 塔底风机“停止”按钮停机，并将塔底“维护开关”打到1，待右边“保存”按 钮图标可操作后点“保存”按钮保存编码器校正值编码器校正操作完成。变流器系统-编码器校正及并网调试编码器校正画面变流器系统-编码器校正及并网调试编码器校正画面变流器系统-编码器校正及并网调试调试故障分析 若定子电压建立后此电压相量线出现后长短变化较大或角度不固定一致在转动状态的情况，请不要强行找角度并网。请检查：发电机定子及转子电缆连接是否正常，CCU定子电压采集测量是否正常，定子电压相序相位
39、是否正常，编码器安装及输出信号接线是否正常，CCU硬件是否正常，转子侧IGBT及驱动板是否正常。校正完成后两条向量线基本重合，Vg,Vs标数值基本一致。变流器系统-编码器校正及并网调试编码器校正页面变流器系统-编码器校正及并网调试3.风机并网后变流器进入加载状态，检查输 出的电网电流，直流母排电压，功率是否正 常，若变流器工作声音不正常请立即停机检 查。4.另外要检查风机整体运行情况，发现异常 情况请及时停机检修。变桨系统-系统结构变桨系统由变桨控制单元、伺服驱动单元和备用电源构成，用于调节风机桨叶的角度，实现风机对最大风能的跟踪。变桨控制单元以风机主控的PLC控制器为核心，将变桨算法统一于主
40、控算法中，以提高系统的实时性和动态响应，减少故障环节。控制系统主要实现与驱动器的通讯、温度检测与控制、集中润滑、人机交互等功能。伺服单元采用永磁同步电动机极其配套驱动器，根据变桨控制单元发出的位置、速度指令，控制电机，通过减速机将桨叶旋转到指定位置。储能元件包括超级电容和充电器，在系统掉电时为系统供电，保证桨叶收回到安全位置，及记录故障数据。变桨系统-系统结构结构组成变桨系统采用六柜方案，其中三个轴柜分别对应风机的三个叶片，内置伺服驱动器，轴柜1有系统的三相AC 400V进线，有电力分配的相关器件，轴柜2中有润滑油泵的控制逻辑和器件，轴柜3中有与主控系统通讯和开关控制的相关电路。另外三个为电容
41、柜，内部放置超级电容器组及均压检测和报警电路。变桨系统-系统结构变桨系统拓扑结构变桨系统-与主控通讯变桨系统采用BC0043模块，将其温度和数字信号通过CANopen总线与主控通讯；主控通过模块IF1401与BC0043连接，实现数据交互。变桨系统-电气布局变桨轴柜轴柜内主要装有变桨系统的伺服驱动部分和PLC控制器。总体上，底部第一排为空气开关，底部第二排为继电器、接触器和PLC组件，中间为驱动器和电源；左右两个侧面上为重载接插件和编码器；上侧面为功率二极管和温度传感器和DC-DC电源；下侧面为充电器和交流接触器。柜子的右半部分为强电部分，装有伺服驱动器，超级电容充电器，功率二极管，400V上
42、电接触器、电机上电接触器、抱闸操作接触器、直流熔断器、隔离开关和空气开关等功率器件。并且在柜子的右侧壳体上，分布着电机驱动、400VAC供电和超级电容充放电三种重载接插件。柜子的左半部分主要为控制电部分，主要是系统的控制继电器，PLC 的IO组件，还有系统的加热器等。柜子的左侧面上是控制部分的通讯和24V开关信号等重载接插件。具体上三个轴柜各自还有一些差别。变桨系统-电气布局轴柜一为进线柜，整个系统的400VAC供电从该柜引入后分向其他两个轴柜，其左侧包含电源防雷，系统的主AC-DC，系统加热器，电源检测 以及向其他机柜供电的配线断路器。变桨系统-电气布局轴柜二包含了系统集中润滑的功能，所以其
43、左侧包含润滑泵电源，润滑泵控制继电器和润滑检测继电器。变桨系统-电气布局轴柜三为系统控制柜，在其左侧装有PLC的CPU，通讯和IO模块。变桨系统-电气布局电容柜三个电容柜的结构是完全相同的，主要包括五个超级电容模组、电容监控、温度检测和加热器。变桨系统-硬件结构伺服驱动器驱动器为永磁交流伺服电机驱动器，其主要参数如下：名称FAS75EB400XS动力电源三相：360440VAC，50/60Hz直流备用电源（外接）220V450VDC额定输出电流1%最大电流(3s)80A1%反馈方式旋转变压器和SSI绝对位置编码器防护等级散热器侧IP54,机壳侧IP20变桨系统-硬件结构驱动器接口排列图变桨系统
44、-硬件结构伺服驱动器状态指示 驱动器设置了3个LED发光二极管H1（红色)、H2（黄色）、H3（绿色）用于运行状态指示。驱动器状态H1（红色)H2（黄色）H3（绿色上电-伺服就绪伺服未就绪正常运行运行中故障报警运行中故障停机LED熄灭 LED点亮 LED闪烁变桨系统-硬件结构备用电源变桨系统使用单体电容串联组成的超级电容。单体电容电压为2.7V,，容量350F，其主要技术指标和尺寸如下：容量350F使用寿命（充放25）50万次容量偏差+20%/-0%最大容量衰减20%电压2.7V最大持续输出电流25A最大电压2.85V短时峰值电流（1S）220A工作温度-40-+65使用寿命（浮充25）10年
45、变桨系统-硬件结构超级电容模组串联的电容模组选用90V/9.6F模组，串联组成单轴备用电源。该模组内置主动和被动均压平衡电路，可以保证电容充电的均压 平衡；并且具有单体过温和超压报警信号，当单体电压超过2.7V，温度超过65时向变桨控制器报警。变桨系统-硬件结构超级电容充电器变桨系统采用三轴独立充电方式，每个桨叶用2A恒流充电器对5 组90V/9.6F的电容组进行充电，充电终止电压为435VDC，充电器内 置超温，超压和故障报警功能。变桨系统-硬件结构超级电容故障分析超级电容的设计使用寿命是10年，一般故障率较低，且无需进行特殊维护。如果超级电容发生的故障，则主要分为3类：（1）整体超压：一般
46、为充电器故障造成5个模组整体超压，此时停止充电器工 作，断开手柄开关后，更换充电器。（2）单体超温：超温报警需要结合环境温度和电容柜温度判断，如果环境温 度和电容柜温度较高，超过60，则说明环境温度过高，需停止充电器工作，等待电容温度回落。如果电容柜温度不超过60摄氏度，则可能是报警电路异常，或电容单体损坏。（3）单体超压：超级电容如果频繁报出单体超压故障，则说明超级电容的均 衡电路故障或超级电容单体本身容量过度衰减，需要更换电容模组。变桨系统-硬件结构超级电容的更换由于同轴超级电容的5个模组需要容量匹配，超级电容的更换需 要以旧换旧。所以，当需要更换超级电容模组时，应当先断开充电回 路6Q1
47、，抄下故障模组的生产编号，将编号发回原厂。等待原厂将同 样容量的模组发到现场后，此时电容经过自身损耗，其电压已接近为0，用导线将超级电容正负极短接，使五个模组完全放电20分钟后，再对 故障模组进行更换。变桨系统-硬件结构超级电容的更换如果更换电容器组时，电容电压较高，可以使用1000W，100的 泄放电阻对超级电容进行放电，具体操作步骤如下：（1）闭合故障电容柜对应轴柜的6Q1，断开系统主供电1A1，消耗故障电容柜电压至350V以下。（2）断开电容柜1F1，再将泄放电阻接入1F1的2和4，闭合1F1，电容开始放电。（注意泄放电阻发热）（3）电容电压低于1V时，将电容柜的5个模组，均用导线短接2
48、0分钟 左右，将能量彻底释放，避免更换模组后各模组起始电压不平衡。（4）更换电容模组（5）恢复1F1的接线。变桨系统-硬件结构变桨电机根据用户采购规范和现场实际工况的要求，选择永磁同步电动机作为伺服电机。额定转速3000rpm额定转矩35Nm峰值扭矩140Nm马达重量28Kg马达防护等级IP65整体绝缘等级F级线圈绝缘等级S级反馈形式旋转变压器变桨系统-运行流程系统运行状态变桨系统由PLC控制运行，主要程序由上电、待机状态、手动运行状态、正常运行状态、紧停1、紧停2等6状态模块组成 系统上电后先进行PLC的功能初始化，设定参数，检查状态。然后每隔一定时间运行一次主要程序。在每个程序周期中系统先
49、进行故 障检测和状态判断，根据系统故障种类和主控命令以及上一周期的 运行状态，判断系统的当前周期状态，然后根据判断结果执行当前 状态所对应的子程序。最后将系统的整体参数发送给主控系统。而 后等待下一个主程序周期的开始。变桨系统-运行流程变桨运行流程系统初始化开始结束发送变桨状态字变桨状态？状态检测和故障判断手动运行一级停机二级停机待机正常运行123456变桨系统-运行流程系统上电：控制器上电后的第一个状态，若系统安全链断开，程序直接跳转到紧急模式2，否则，程序跳转到系统待机状态。系统待机：系统没有任何需要停机的故障，如果驱动刚上电则将驱动置为寻参模式 运行。若检测到寻参结束，则将驱动置为位置模
50、式运行，否则，驱动直接 进入位置模式。若电机在寻参过程中驱动器检测到安全链断开信号，则驱 动器直接进入独立顺桨功能，顺桨到96度限位开关并且抱闸。系统正常运行：根据主控给定设定点和速度进行变桨操作，电机工作在位置模式。变桨系统-运行流程手动运行：在HMI（人机界面）上的手动操作命令，电机以速度模式运行，根据HMI给出的正转反转以及速度命令用来手动调节变桨，并可以对 系统进行参数设定。紧停模式1：在此模式下，变桨PLC通过变桨状态字报告给主控变桨系统故障，主控给出停机速度和位置。紧停模式2：在此模式下，驱动器检测到安全链断开信号，驱动器直接进入独 立顺桨功能，电机根据驱动内部停机程序快速顺桨到参