关于直流伺服变桨技改优化

李立龙（华能河北清洁能源分公司 河北 张家口 075000）

摘要：某风电场采用东汽早期FD77B型风力发电机组采用LUST直流伺服变桨系统投产以来变桨电机，变桨电池损坏较多，变桨类故障频发，为降低变桨的故障率通过对变桨驱动器及变桨控制器的性能及控制逻辑方式进行技改优化降低变桨故障提高风机可利用率。

关键词：风力发电机组，直流伺服，变桨系统，变桨驱动器，变桨控制器，控制逻辑                                               

1．技改项目背景存在的问题及影响：

   某风场一期风机采用东汽FD77B型风力发电机组采用LUST直流伺服变桨系统由于投运较早缺乏风场实际设计经验，该变桨系统风机在设计和生产时存在很多不足之处，严重影响风机运行的稳定性和可靠性。投运6年来风机故障频发，可利用率低，维护成本高。

1、变桨旁路限位开关失败、桨叶 1 驱动器故障，变桨角度不同步，变桨太慢、限位撞过现象等变桨故障频发，变桨电机损坏、编码器损坏较多，驱动器故障较为频繁，变桨故障信息上传较少，不能够准确判断故障点。

2、机组故障采用电池收桨频繁：对机组的机械冲击较大，影响机组的寿命。电池收桨速度快且不可控，对变桨电机等影响较为严重。同时会增加电气连接的故障，电池充电器损坏较多。电池寿命降低，电池损坏较多。

2.  对故障分析及问题的解决方案：

针对目前的这种状况，变桨故障问题进行分析，变桨故障频发主要快速停机有关，首先将快速停机变桨速度问题解决，变桨速度有两方面问题：风机刹车180等级以上故障电池收桨，速度太快大约10-15°/s，取决于电池的容量；风机快速停机类故障较多，采用电池收桨过于频繁。其次是将驱动器故障信息上传，为故障点提供依据。基于以上情况实施技改。解决方案：

1、不改变原系统的功能，用户软件需与原系统相匹配，变桨控制参数与原参数一致。

2、实现变桨电机、驱动器电流等故障信息上传记录功能。

3、实现驱动器的可控顺桨功能。

4、实现收桨速度的可控，在接近限位开关时提前降速。

5、更改控制逻辑目前逻辑为切断 EFC 直接电池顺桨，变桨系统改为驱动器可控顺桨，切断 EFC 后将由 PLC 控制驱动器进行顺桨，只有驱动器发生故障的轴才切换至电池直接顺桨，极大降低电池顺桨回路的使用频率。此时切断 EFC 时将有双重安全保护：驱动器顺桨、电池直接顺桨。原系统中，若电池回路发生故障，则该轴无法完成顺桨。

3． 实施方案：

1) 采用新一代变桨控制器无缝替换“L+B”控制器，并“完全实现原系统中 L+B 控制器的所有功能”。

2) 使新一代变桨控制器参数与原系统“L+B 控制器”原参数保持一致”，保证变桨系统动态响应及稳定性要求。

3) 用新一代驱动器无缝替换“LUST Pitch master”驱动器，并采用下“图 1-2”所示通讯架构实现驱动器故障信息上传。首先驱动器通过 CAN 总线将驱动器故障详细信息上传给变桨控制器，之后变桨控制器再通过串口 485 通讯方式将驱动器故障详细信息转发给风机主控器，最后由风机主控器将驱动器故障详细信息上传送给后台监控软件进行显示，对应驱动器的故障时间戳为后台软件收到该该故障时的触发时间。

图 1-2：驱动器故障上传通讯架构

4) 系统改造后后台监控软件可以显示驱动器的故障时间日志，同时在变桨控制器调试软件中增加驱动器故障状态显示界面。

5) 驱动器可以将采集到电机电流上传给变桨控制器，并在调试软件和后台软件中显示。

6) 系统驱动器可在“低穿未超时”&&“驱动器 OK”&&“驱动器与变桨控制器CAN 通讯心跳正常”情况下，根据变桨控制器指令要求实现可控收桨，桨叶角度在0-80°时以7.5°/s收桨，80-90°以3°/s收桨。

7) 改造后系统的“EFC”信号控制回路按照下“图 1-3”所示架构设计，改造后“来自风机主控的 EFC”信号收桨直接进入变桨控制器 DI 检测点，变桨控制器根据 EFC 的相应状态完成如下相应动作：

EFC 信号正常时候：

Ø 在主控与变桨通讯正常&&驱动器正常&&驱动器 CAN 通讯心跳信号正常

&&变桨控制器 CAN 通讯心跳信号正常&&驱动器检测低穿未超时的情况下，变桨控制器可以根据风机主控变桨指令要求驱动器完成变桨动作。

Ø 在主控与变桨通讯异常&&驱动器正常&&驱动器 CAN 通讯心跳信号正常&&变桨控制器 CAN 通讯心跳信号正常&&驱动器检测低穿未超时的情况下，变桨控制器可以根据内部预设速度曲线（该速度曲线与风机主控设定曲线一致）控制驱动器完成收桨动作。

EFC 信号异常时候：

Ø 

驱动器正常&&驱动器 CAN 通讯心跳信号正常&&变桨控制器 CAN 通讯心跳信号正常&&驱动器检测低穿未超时的情况下，变桨控制器可以根据内部预设速度曲线（该速度曲线与风机主控设定曲线一致）控制驱动器完成收桨动作。

图 1-3：系统改造“EFC”信号控制线路示意

8) “EFC”信号控制逻辑按照以上“8”描述修改后，变桨系统采用蓄电池直接驱动变桨电机收桨的情况如下：

a) 后备电源检测状态

当风机系统进入变桨系统后备电源监测流程后，变桨控制器根据风机主控 RS485 通讯指令控制变桨系统进入蓄电池直接收桨回路。

b) 非后备电源监测状态

Ø 当变桨控制器检测到对应面驱动器故障后，切换对应面桨叶进入蓄电池直接收桨回路。

Ø 当变桨控制器 CAN 通讯监测到对应面驱动器心跳信号异常后， 切换对应面桨叶进入蓄电池直接收桨回路。

Ø 当任一面驱动器 CAN 通讯监测到变桨控制器心跳信号异常后， 切换对应面桨叶进入蓄电池直接收桨回路。

Ø 当对应面驱动器检测低穿超时后，切换对应面桨叶进入蓄电池直接收桨回路。

Ø 相应的变桨控制器软件、驱动器软件、主控软件、监控软件进行升级

硬件改造解决方案：

根据系统改造方案首先需要完成系统内变桨控制器与驱动器部件的替换，之后需完成中控柜与轴控柜内部分线路改造，这样变桨系统升级的软件功能才能实现。

 中控柜改造

图 3-1 “控制器”与“L+B 控制器”结构对比示意

由上“图 3-1”某变桨控制器与“L+B”控制器的外形结构、安装尺寸、端口排布及端子结构一致， 因此可以在系统中控柜内首先完成

某变桨控制器对“L+B”控制器的无缝替换工作，之后再完成如下柜内线路改造工作：

EFC 信号回路改造

“EFC 信号”线路改造示意                     “CAN 线路”改造原理

某公司驱动器”根据“LUST Pitchmaster”驱动器结构、接口与功能等特点自主研发，因此在安装结构与端口功能上可实现对“Lust Pitch

master”驱动器的无缝替换，下图为 驱动器在云南某风场替换与 LUST 驱动器结构一致的某厂家驱动器后的效果图。

驱动器更换示意

首先完成系统每个轴控柜内驱动器替换工作，之后再完成各轴控柜内如下线路改造工作：

后备电源切换回路改造示意

CAN 通讯回路改造原理

低穿回路改造示