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众城卓越变桨伺服系统,风机技术的核心

发布日期:2021-09-29 浏览次数:2687 来源:众城卓越作者:网络
 众所周知,风机系统中与安全最相关的就是变桨系统,而变桨系统的核心就是变桨驱动器。在风力发电系统中,使用伺服驱动技术调节风机叶片的桨距角,也就是我们常听到的“伺服变桨”,已经是目前行业内一种非常普遍的做法了。

众城卓越风电

首先,既然风电变桨是在调节风机叶片的桨距角,那么,伺服驱动器在变桨应用中所起到的作用,就和它在很多其他行业一样,也是为动态、精准的位置控制提供有效的动力输出。相应的,其在系统架构中所处的位置,自然也就是属于面向应用对象实体的传动设备层级,上位与控制器相连,输入侧接动力电源,输出侧通过交流伺服电机来驱动桨叶的旋转。

不过,考虑到变桨系统自身所处的严苛、恶劣的应用环境,极其复杂、特殊的运行工况,它所使用的伺服产品与一般自动化系统中的伺服产品相比,还是有诸多方面的不同之处的。

1、应用环境。

我们知道,风力发电机组通常都是运行在偏远开阔的平原、高原、沿海和近海大陆架上的,这些地方极为复杂严苛的地理气候条件,如:高海拔、多风沙、高温、低温、高湿度、盐雾、腐蚀…等等,都是风电变桨系统中的伺服产品必须先要克服和适应的。尤其是较大的环境湿度和昼夜温差,可能使桨叶在表面上产生凝露,它们会随着风轮的转动倒灌到叶根和轮毂里面,再加上轮毂内电气柜上凝结的露水,和轮毂旋转需要使用的润滑油剂,这些都会对其中的伺服产品造成侵蚀和污染。

因此,风电变桨系统中使用的伺服产品,无论是驱动还是电机,它们都需要具备适应极端恶劣工作环境的能力,例如:

运行环境温度可低至 -30°C、高温至 +60°C 甚至更高;能够在海拔高达 3000 甚至 4000 米的工作环境中运行(需适当降容使用);可抵御盐、雾、清洁剂、液压油、润滑剂…等污染物的侵蚀;伺服电机应具备 IP65 以上的防护等级,并标配油封,使用防护等级较高的线缆连接器;防护等级较低( IP20 )的伺服驱动器可采用冷板穿墙的方式进行安装,以便在对其进行密闭(无风扇)封装保护时,兼顾冷却散热特性;

变桨应用另一个重要的环境特点,就是其各类机电组件都是安装在几十米高的轮毂内的,且在工作时需要和风轮一同旋转。一般来说,轮毂会以每分钟十几转的速度转动,加上风机塔筒受到的风力气流影响产生的震动,这要求变桨系统能够在一个持续振动的工作环境中长期保持稳定的运行状态。因此,应用于风电变桨的伺服产品,包括:驱动器、电机、线缆、连接器…等等,都需要具备较一般自动化产品更强的耐震抗冲击性能。目前应用于风电变桨领域的伺服电机,普遍都集成重载连接器,并且大部分都还在使用分辨率较低的旋变 Resolver作为反馈,也就是因为这个道理。

2、运行工况

风电变桨的目的,是为了根据风速的变化调节风力气流对桨叶的攻角,从而让风轮能够持续获得稳定的气动转矩和功率;而在风力较大时,它需要起到限制叶片力矩、减少发电机出力乃至制动刹车的作用。从某种意义上说,变桨机构其实是风电系统的一个安全装置。因此,变桨应用中使用的伺服系统必须具备实时、安全、可靠…等这几个方面的特性。

不过,风电机组的运转并不总是一帆风顺的,它有可能会受到来自风力过大、发电机异常、备用电源故障…各类意外状况的威胁。在这种情况下,为了确保机组设备的安全,系统须先启动收桨动作使风机减速停转,然后让叶片的桨距角回到安全位置,消除叶片对轮毂产生的气动转矩,才能断电停机,这个过程通常为几十秒。

值得注意的是,上述这样的安全功能通常是集成在驱动器内部的,其目的在于让“收桨”动作可以不借助上位控制器由伺服驱动自主完成;不仅如此,为了让风机即使在供电异常的情况下也能够将桨叶收回到安全位置,变桨用伺服产品一般都会配有备用(直流)电源输入端口;另外,上面提到的使用辅助编码器准确地测量风叶桨距角,对于安全停机也是至关重要的。

从应对严苛的气候地理条件和持续振动的工作环境,到处理实时同步操作、测量角度位置反馈、实施安全控制策略...等,我们不难看出,在全生命周期都具备极度严格的可靠性,是风电变桨伺服区别于通用型伺服产品的关键所在。它不仅应确保风机在日常发电过程中长期稳定的无故障运行,还必须能在遇到紧急状况时妥善地将桨叶收回到安全位置,从而帮助系统做到安全停机。

毕竟,风场往往处在偏远的内陆、沿海地区或海上,而变桨伺服又总是运行在几十甚至上百米高的风机轮毂中,运营维护的难度和成本都相当之高,且任何小小的意外都有可能会带来不可估量的损失。

众城卓越了解风机制造商及运营商在变桨控制领域面临的挑战,并一直致力于提供运行可靠、性能优良且免于维护的系统,以便客户的陆上和海上风机达到最长运行时间。

定制化开发了高性能变桨伺服驱动器,不论是专门为实现客户二次开发而设计的PD-C650,还是为标准变桨系统设计的PD-C620,都具可靠性高、防护等级高等特性,集成了充电器、24V 电源、抱闸、温度采集等模块,使变桨系统更加容易设计和更加可靠。其中PD-C650同时开放了ARM芯片二次开发的平台,用户可非常灵活定制开发所需功能,并可更好地保护核心技术知识产权。

众城卓越PD-C620全集成式变桨伺服驱动器

●适应严苛的工作环境

●完善的控制方案

●高集成设计

●支持CANopen和Ethernet通讯

●多种安全紧急顺桨策略

●状态显示功能,驱动器运行状态轻松了解

●支持故障快照存储功能

●灵活的编码器反馈

●超宽的母线电压工作范围

●安全转矩关断

2019年,众城卓越推出一款高品质交流同步伺服电机,旨在满足变桨系统的特殊需求。本产品符合行业内电磁干扰、震动冲击、盐雾、防腐等型式试验要求,适用于酷热、严寒气候及海上地区,在这些苛刻的环境条件下仍能够长期可靠运行。

众城卓越变桨电机

凭借创新的设计,这款新型变桨电机可靠性高,维护成本低。它与众城卓越变桨系统中的伺服驱动器配合使用,可以实现更高的效能和安全性。


众城卓越变桨电机技术特点

众城卓越不仅提供优质的产品,还会提供优质服务

快速而及时的服务:

通过以太网及伺服驱动器的服务,诊断可轻松实现远程维护;

可靠性高,维护成本低

优化电磁设计,确保转矩-转速运行区域**,出现电网掉电时,在后备电源供电情况下可以达到安全顺桨所需的转矩和转速;

自然冷却,无需散热风扇,维护需求低低温升设计,抗退磁能力强,延长使用寿命;

灵活定制化

根据不同机型优化电气参数,重新设计方案,确保最高性价比;

根据不同用户要求定制机械、电气接口及零部件。


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