变桨系统主要元件故障原因及分析

——AC2和NG5故障原因及分析

姓 名：董 参 参 专 业：电力系统自动化 入职时间：2010-7-1 部 门：技术服务中心

北京天源科创风电技术有限责任公司 BEIJING TIANYUAN CREATION WINDPOWER TECHNOLOGY CO.,LTD

目 录

目录 ............................................................................................................................................ 1 摘要 ............................................................................................................................................ 2 一、变桨系统的作用 ................................................................................................................ 2

（一）功率调节 ................................................................................................................ 2 （二）气动刹车 ................................................................................................................ 2 二、主要元器件的介绍 ............................................................................................................ 3

（一）变桨逆变器AC2 .................................................................................................... 3 （二）充电器NG5 ............................................................................................................ 3 （三）其他元器件 ............................................................................................................ 5 三、控制原理 ............................................................................................................................ 6

（一）变桨原理框图 ........................................................................................................ 6 （二）变桨原理介绍 ........................................................................................................ 6 四、典型故障分析 .................................................................................................................... 7

（一）变桨逆变器OK信号丢失故障分析 ..................................................................... 7

1、变桨逆变器OK信号形成及检测过程 ............................................................... 7 2、变桨逆变器OK信号丢失原因 ........................................................................... 8 （二）充电器NG5损坏原因分析及整改建议 ............................................................... 9

1、NG5充电器损坏原因 ........................................................................................ 10 2、整改意见 ............................................................................................................ 11

五、结束语 .............................................................................................................................. 15 参考文献： .............................................................................................................................. 16

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摘要

本文通过对变桨系统的重要元器件的原理和变桨控制原理进行了简单的介绍，总结了充电器NG5和逆变器AC2发生故障的原因和解决方法，并且提出本人在现场进行维护工作时发现的一些缺陷和整改意见。

关键词： 变桨系统 逆变器AC2 充电器NG5 浪涌保护

一、变桨系统的作用

（一）功率调节

变桨距控制是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法，变桨目的是通过控制桨距角，调节叶轮吸收风能的功率。在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能的捕捉较多的风能，桨距角设定值设定在能够吸收最大功率的最优值，所以这时机组运行没有必要改变将距角，一般桨距角设定为零度附近，以便让叶轮尽可能多的吸收风能，此时空气动力载荷通常比在额定风速之上时小。

额定风速以上阶段变速控制器和变桨控制器共同作用，通过变速控制器即控制发电机的扭矩使其恒定，从而恒定功率；通过变桨调节发电机转速，使其始终跟踪发电机转速的设定值。 （二）气动刹车

金风1500kW风力发电机组变桨系统是目前该系统唯一的停车机制，通过将桨叶迅速顺至停机位置来完成气动刹车。主控的所有停机指令，包括普通停机，快速停机和紧急停机，最后都是通过总线发给变桨系统来执行。机组的安全链的最后输出也是给变桨，任意一个安全链节点断开后，安全链系统送给变桨系统的高电平都会丢失，变桨系统会根据内部程序立即执行紧急停机。

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二、主要元器件的介绍

（一）变桨逆变器AC2

变桨逆变器AC2是意大利萨牌控制器 ZAPI AC-2 FZ5197-INV逆变器，是当今世界上最先进的逆变器之一。额定电压为48V，最大电流450A，实际使用时由60V的直流电源超级电容供电，工作频率为8kHz，输出电压为3相29V，频率为0.6到56HZ。外观如图2-1所示

图2-1 变桨逆变器AC2

逆变器共有6个外部接口，我们使用了端口A、D、E、F的相关管脚，主控制器通过模拟/数字信号来控制驱动器动作和接收驱动器的反馈状态，两者之间并没有任何通讯协议。这样的控制方式不但满足了逆变器在变桨系统中的协调工作，而且控制方式、控制结构和电路接线简单，方便安装维护和变桨控制，抗干扰能力强。 （二）充电器NG5

NG5充电器将三相交流400V经过NG5充电电源整流输出60V，80A，给超级电容和变桨逆变器AC2提供电源。充电器主要由输入滤波、DC-DC变换、输出高频整流滤波、二级滤波、以及CPU控制电路组成。其中输入整流滤波器对于电磁兼容有很大的作用，有效地抑制了来自交流电网的传导干扰，DC-DC高频交换机使整机的效率大大提高。高频整流滤波与二级滤波共同作用使电源的输出纹波极小。CPU控制系统用于控制各种负载变换情况下的稳定输出。工作原理框图如图2-2所示。

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UVW输入EMI滤波输入三相整流··开关变换DC-DC功率输出高频滤波输出二级滤波···GNDFDC60V容性负载控制系统电源CPU控制系统

图2-2 NG5工作原理框图

达坂城三四期项目有两类NG5，一种是意大利产的充电器，型号为Zivan Battery Charger NG5，一种是北京嘉昌机电设备制造有限公司产的充电器，型号为JF-CHARGER-60V-80A-VEN-J。除次之外还有个别其它品牌国产充电器，由于数量较少，这里就不叙述了。

Zivan Battery Charger NG5工作的投入与切出完全取决于超级电容的电压，控制器检测到超级电容电压低于55V，就投入运行开始充电，电容电压达到60V就断开。最近下发的工作任务书将超级电容电压提高到低于58V就开始充电。

现在作为备件和更换的都是北京嘉昌的JF-CHARGER-60V-80A-VEN-J充电器，与Zivan Battery Charger NG5的运行方式不同，国产NG5是一直运行，作为60V的恒压源使用。当超级电容得电压低于60V时就立即充电，所以超级电容一直保持60V的电压。变桨时，NG5和超级电容同时为逆变器供电，超级电容做峰值补偿，同时也做后备电源。这样就减少了NG5的开关次数，同时也减少冲击次数，增加了NG5的使用寿命。当然该供电方式也有敝处，当超级电容运行时间长或者因为质量问题发生容量降低后，由于充电器NG5一直输出60V的电压并联在超级电容的两端，并且超级电容高电压的信号检测线也是并联在超级电容的两端，变桨控制器检测到的超级电容高电压信号其实就NG5的输出电压，所以影响了超级电容高电压信号的真实性。

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