北京天源科创风电技术有限责任公司 BEIJING TIANYUAN CREATION WINDPOWER TECHNOLOGY CO.,LTD
NG5的外观如图2-3所示，左图为北京嘉昌生产的JF-CHARGER-60V-80A-VEN-J充电器，右图为意大利产的Zivan Battery Charger NG5充电器。
图2-3 充电器NG5
（三）其他元器件
1、主控制器贝福模块，主控制器由总线控制器BK3150、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块和SSI传感器检测模块组成，具有独立控制能力，并且负责向上位机PLC发送相关状态信息及运行参数，并且接收上位机PLC发送的各种指令。
2、变桨备电超级电容，超级电容由四组超级电容能量模块串联组成，每组能量模块的额定电压为16.2V，容值为500F。超级电容总的电容值为125F。
3、A10自制模块，通过电阻分压原理，将超级电容高低电压60V和30V的电压转换为KL3404允许输入的范围。
4、接近开关，利用铁性物质影响高频振荡电涡流的原理制作的电子开关。 5、24V电源模块，稳压模块，把60V的电压转换成稳定的24V给控制回路提供电源。 6、PT100温度传感器，铂的电阻值和温度具有良好的线性关系，该元件就是利用导体铂（pt）的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的元器件。
7、除此之外还有绝对式旋转编码器、各种辅助保护继电器等，这里就不一一叙述。
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三、控制原理
（一）变桨原理框图
自动/手动转换Pt100向90度变桨向0度变桨温度信号Profibus DP内外安全链信息交换90度限位开关87度接近开关0度接近开关贝福模块状态信息超级电容高低电压信号控制电源24V电源模块-1变桨命令状态信号A10自制模块电机转速反馈叶片桨距角变桨电机温度开关电源 NG5Q1超级电容U24V电源模块-2变桨逆变器AC2旋转编码器VW变桨电机电源电磁刹车电源电机刹车
图3-1 变桨原理框图
（二）变桨原理介绍
三相交流400V经过NG5充电电源，整流输出60V，80A，给超级电容充电，NG5的投入与切出完全取决于超级电容的电压，超级电容的高低电压经过A10自制模块处理后送给贝福模块KL3404。主控器计算出超级电容的高低电压，只要检测到超级电容高电压低于55V（58V），就以80A恒流输出；只要电容电压达到60V就断开。充电器和超级电容构成一个闭环的自动控制电路，始终保持超级电容有60V的电压，同时当来自滑环的
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电网电压掉电时，超级电容作为备用电源直接给变桨控制系统和逆变器AC2供电，保证变桨电控系统正常工作，执行停机动作。
超级电容的输出直接接入变桨变频器AC2和DC/DC24V电源模块，AC2变频器根据控制器的指令输出三相29V，频率为0.6到56Hz的交流电到电枢绕组中，驱动变桨电机以不同的转速和转向旋转，通过变桨减速器拉动齿形带带动变桨盘使叶片向不同方向转动，达到变桨的目的。控制器通过变桨电机内的绝对式旋转编码器实时检测叶片的角度，并且旋转编码器还将叶片变桨的方向和速度实时反馈给变桨逆变器AC2，AC2根据控制器发送的变桨指令和反馈的实时数据进行变桨的自我调节。
变桨控制系统中BC3150作为智能从站使用，每个变桨柜内的分布式I/O通过PROFIBUS DP总线，向上位机PLC发送相关状态信息及运行参数，并且接收上位机PLC发送的各种指令，包括各种停机指令。考虑到变桨系统出现故障时，可能无法从主控制器接受停机指令，或者停机信号，所以BC3150内部有控制程序，变桨系统出现故障，并且无法接收上位机PLC发送的停机指令时，还能自主控制变桨系统进行顺桨停机。
四、典型故障分析
（一）变桨逆变器OK信号丢失故障分析
在金风1500kW风力发电机组变桨系统的故障中，“变桨逆变器OK信号丢失”故障的出现较为频繁，这里就对该故障出现的原因进行简单分析。 1、变桨逆变器OK信号形成及检测过程
变桨逆变器AC2本身具有强大的自我诊断功能，它的微控制器实时监视AC2的工作情况。看门狗电路，输出输入电流、电压、内部接触器驱动、逆变器温度、变桨电机温度、can_bus、启动过程报警、旋编故障等外部或者内部信号有任何异常时，AC2的微控制器就会报出逆变器OK信号丢失。
变桨逆变器OK信号以规律的脉冲从变桨逆变器AC2的A3（PCL TXD）和A4（NCL TXD）端口，引线到A10的x4a:7、x4a:8两个端口，输入A10上光电耦合器，以光电隔离的方式，将结果输入到A2模块 KL1104的1号端口（如图4-1所示），端口指示灯会有规律的闪烁，最后传递给BC3150。
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R111MA3（PCL TXD）A4（NCL TXD）U1x4a:7x4a:8R1047KL1104x4b:7+24V一号通道
图4-1 AC2_OK信号检测流程
4N252、变桨逆变器OK信号丢失原因
机组如果报变桨逆变器OK信号丢失故障，叶片死在报故障时的位置，连接该机组就地监控可以发现对应的信号灯在闪烁。但是由于通讯延迟等原因，在就地监控上看到的闪烁频率与变桨柜内A2模块KL1104一号通道的状态灯闪烁频率不一致，必须进机组现场检查。进入轮毂后不要断开Q1，否则故障有可能在断电上电重启后暂时消失，导致无法通过状态灯闪烁频率判断故障点，所以需要先观察A2模块KL1104 一号通道的状态灯的闪烁频率，对应闪烁频率，查找AC2故障说明，可以找出相应的故障点。
（1）闪烁频率为1时，表明AC2检测到逻辑故障。如超级电容电压发生突变，看门狗复位，EEPROM，等都能触发该类故障的发生。
超级电容损坏或者质量问题，可能会发生电压跳变，导致报出此故障，此时必须要更换超级电容。在充电器损坏时，并联的超级电容正负极的充电器输出端可能出现瞬间短路，导致逆变器检测到超级电容电压突变，也报出此故障，同时也报出超级电容高电压故障，更换NG5后此故障也排除。
除了上述两种情况，一般该类故障发生时，正常的断电复位后可以解决此问题。 （2）闪烁频率为2时，表明AC2接收到不正确的启动命令，或者正反相的速度同时给定。不正确的启动顺序，制动开关未打开，以及同时正反向进行速度给定，都容易导致该故障的发生。该故障的发生率是最高的。
输入接口E1接线端子是设定AC2变桨速度的，只能接收0-10V的模拟电压信号，如果主控制器的KL4001损坏，输出信号超出AC2的输入范围，导致AC2接收到不正确的启动命令，就会报此故障。此时更换KL4001模块既可。
变桨时，主控制器给AC2一个变桨电机的旋转速度和方向的信号，同时，变桨电机会通过旋转编码器反馈变桨电机旋转方向的信号给AC2，如果旋转编码器损坏，反馈信号出现差错也会报此故障。这时需要更换旋转编码器。
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变频器与电机的电缆由于绝缘磨损短路，或者电机内部短路，电机过载出现电机卡死等也会报此故障。首先通过就地监控面板观察变桨电机的温度和变桨时的速度，如果温度过高或者变桨速度比另外两个变桨速度慢，就必须登机进入轮毂，就地仔细检查连接电缆，并且手动变桨测试电机好坏，在变桨时仔细听变桨电机和叶片轴承是否有异常声音，如果变桨电机出现问题需更换变桨电机。
（3）闪烁频率为3时，相电压充电失败。可能是电机与变频器连接虚接，连接不可靠，或连接电缆断裂，或者电机内部开路。需要更换连接电缆和检查变桨电机。
（4）闪烁频率为4时，加速度故障。
（5）闪烁频率为5时，表明AC2内部电压电流检测环节发生故障。重启AC2任然报此故障需更换AC2变频器。
（6）闪烁频率为6时，AC2内部接触器驱动故障。重启AC2任然报此故障需更换AC2变频器。
（7）闪烁频率为7时，AC2变频器内部检测到过温故障。
（8）闪烁频率为8时，CAN-BUS总线故障。达坂城现在运行的变桨系统没有使用AC2的CAN-BUS总线。
故障灯一直亮，超级电容电压低。未出现该故障时，主控已近报超级电容高电压故障，更换充电器后，故障自动消失。 （二）充电器NG5损坏原因分析及整改建议
天风达坂城运行的金风1500kW风力发电机组变桨系统的故障中，充电器NG5是变桨系统中更换是最为频繁的元器件。充电器NG5损坏后不能为变桨备电超级电容充电，变桨充电器工作正常的反馈信号丢失，系统报变桨充电器反馈丢失故障，机组执行紧急停机。有时充电器的OK信号并不会丢失，随着变桨控制系统不断消耗备电，超级电容的电压不断下降，当系统检测到超级电容的电压低于55V（58V）5秒后，会报出超级电容高电压故障，机组执行正常停机。严重时由于NG5损坏造成输入到NG5内部的400V短路，机舱电源回路的断路器跳闸，机舱电源回路断路器反馈丢失，系统报机舱熔断器反馈丢失，机组执行快速停机。
自入职来有四个月了，天风达坂城项目三期、四期就更换了十几个，不但增加维护
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