眾城卓越變槳伺服系統(tǒng),風機技術的核心

時間:2021-09-29

來源:深圳眾城卓越科技有限公司

導語:眾所周知,風機系統(tǒng)中與安全最相關的就是變槳系統(tǒng),而變槳系統(tǒng)的核心就是變槳驅(qū)動器。在風力發(fā)電系統(tǒng)中,使用伺服驅(qū)動技術調(diào)節(jié)風機葉片的槳距角,也就是我們常聽到的“伺服變槳”,已經(jīng)是目前行業(yè)內(nèi)一種非常普遍的做法了。

眾城卓越風電

眾城卓越風電

  首先,既然風電變槳是在調(diào)節(jié)風機葉片的槳距角,那么,伺服驅(qū)動器在變槳應用中所起到的作用,就和它在很多其他行業(yè)一樣,也是為動態(tài)、精準的位置控制提供有效的動力輸出。相應的,其在系統(tǒng)架構(gòu)中所處的位置,自然也就是屬于面向應用對象實體的傳動設備層級,上位與控制器相連,輸入側(cè)接動力電源,輸出側(cè)通過交流伺服電機來驅(qū)動槳葉的旋轉(zhuǎn)。

  不過,考慮到變槳系統(tǒng)自身所處的嚴苛、惡劣的應用環(huán)境,極其復雜、特殊的運行工況,它所使用的伺服產(chǎn)品與一般自動化系統(tǒng)中的伺服產(chǎn)品相比,還是有諸多方面的不同之處的。

  1、應用環(huán)境。

  我們知道,風力發(fā)電機組通常都是運行在偏遠開闊的平原、高原、沿海和近海大陸架上的,這些地方極為復雜嚴苛的地理氣候條件,如:高海拔、多風沙、高溫、低溫、高濕度、鹽霧、腐蝕…等等,都是風電變槳系統(tǒng)中的伺服產(chǎn)品必須先要克服和適應的。尤其是較大的環(huán)境濕度和晝夜溫差,可能使槳葉在表面上產(chǎn)生凝露,它們會隨著風輪的轉(zhuǎn)動倒灌到葉根和輪轂里面,再加上輪轂內(nèi)電氣柜上凝結(jié)的露水,和輪轂旋轉(zhuǎn)需要使用的潤滑油劑,這些都會對其中的伺服產(chǎn)品造成侵蝕和污染。

  因此,風電變槳系統(tǒng)中使用的伺服產(chǎn)品,無論是驅(qū)動還是電機,它們都需要具備適應極端惡劣工作環(huán)境的能力,例如:

  運行環(huán)境溫度可低至 -30°C、高溫至 +60°C 甚至更高;能夠在海拔高達 3000 甚至 4000 米的工作環(huán)境中運行(需適當降容使用);可抵御鹽、霧、清潔劑、液壓油、潤滑劑…等污染物的侵蝕;伺服電機應具備 IP65 以上的防護等級,并標配油封,使用防護等級較高的線纜連接器;防護等級較低( IP20 )的伺服驅(qū)動器可采用冷板穿墻的方式進行安裝,以便在對其進行密閉(無風扇)封裝保護時,兼顧冷卻散熱特性;

  變槳應用另一個重要的環(huán)境特點,就是其各類機電組件都是安裝在幾十米高的輪轂內(nèi)的,且在工作時需要和風輪一同旋轉(zhuǎn)。一般來說,輪轂會以每分鐘十幾轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動,加上風機塔筒受到的風力氣流影響產(chǎn)生的震動,這要求變槳系統(tǒng)能夠在一個持續(xù)振動的工作環(huán)境中長期保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。因此,應用于風電變槳的伺服產(chǎn)品,包括:驅(qū)動器、電機、線纜、連接器…等等,都需要具備較一般自動化產(chǎn)品更強的耐震抗沖擊性能。目前應用于風電變槳領域的伺服電機,普遍都集成重載連接器,并且大部分都還在使用分辨率較低的旋變 Resolver作為反饋,也就是因為這個道理。

  2、運行工況

  風電變槳的目的,是為了根據(jù)風速的變化調(diào)節(jié)風力氣流對槳葉的攻角,從而讓風輪能夠持續(xù)獲得穩(wěn)定的氣動轉(zhuǎn)矩和功率;而在風力較大時,它需要起到限制葉片力矩、減少發(fā)電機出力乃至制動剎車的作用。從某種意義上說,變槳機構(gòu)其實是風電系統(tǒng)的一個安全裝置。因此,變槳應用中使用的伺服系統(tǒng)必須具備實時、安全、可靠…等這幾個方面的特性。

  不過,風電機組的運轉(zhuǎn)并不總是一帆風順的,它有可能會受到來自風力過大、發(fā)電機異常、備用電源故障…各類意外狀況的威脅。在這種情況下,為了確保機組設備的安全,系統(tǒng)須先啟動收槳動作使風機減速停轉(zhuǎn),然后讓葉片的槳距角回到安全位置,消除葉片對輪轂產(chǎn)生的氣動轉(zhuǎn)矩,才能斷電停機,這個過程通常為幾十秒。

  值得注意的是,上述這樣的安全功能通常是集成在驅(qū)動器內(nèi)部的,其目的在于讓“收槳”動作可以不借助上位控制器由伺服驅(qū)動自主完成;不僅如此,為了讓風機即使在供電異常的情況下也能夠?qū)~收回到安全位置,變槳用伺服產(chǎn)品一般都會配有備用(直流)電源輸入端口;另外,上面提到的使用輔助編碼器準確地測量風葉槳距角,對于安全停機也是至關重要的。

  從應對嚴苛的氣候地理條件和持續(xù)振動的工作環(huán)境,到處理實時同步操作、測量角度位置反饋、實施安全控制策略...等,我們不難看出,在全生命周期都具備極度嚴格的可靠性,是風電變槳伺服區(qū)別于通用型伺服產(chǎn)品的關鍵所在。它不僅應確保風機在日常發(fā)電過程中長期穩(wěn)定的無故障運行,還必須能在遇到緊急狀況時妥善地將槳葉收回到安全位置,從而幫助系統(tǒng)做到安全停機。

  畢竟,風場往往處在偏遠的內(nèi)陸、沿海地區(qū)或海上,而變槳伺服又總是運行在幾十甚至上百米高的風機輪轂中,運營維護的難度和成本都相當之高,且任何小小的意外都有可能會帶來不可估量的損失。

  眾城卓越了解風機制造商及運營商在變槳控制領域面臨的挑戰(zhàn),并一直致力于提供運行可靠、性能優(yōu)良且免于維護的系統(tǒng),以便客戶的陸上和海上風機達到最長運行時間。

  定制化開發(fā)了高性能變槳伺服驅(qū)動器,不論是專門為實現(xiàn)客戶二次開發(fā)而設計的PD-C650,還是為標準變槳系統(tǒng)設計的PD-C620,都具可靠性高、防護等級高等特性,集成了充電器、24V 電源、抱閘、溫度采集等模塊,使變槳系統(tǒng)更加容易設計和更加可靠。其中PD-C650同時開放了ARM芯片二次開發(fā)的平臺,用戶可非常靈活定制開發(fā)所需功能,并可更好地保護核心技術知識產(chǎn)權(quán)。

  

眾城卓越PD-C620全集成式變槳伺服驅(qū)動器

眾城卓越PD-C620全集成式變槳伺服驅(qū)動器

  ●適應嚴苛的工作環(huán)境

  ●完善的控制方案

  ●高集成設計

  ●支持CANopen和Ethernet通訊

  ●多種安全緊急順槳策略

  ●狀態(tài)顯示功能,驅(qū)動器運行狀態(tài)輕松了解

  ●支持故障快照存儲功能

  ●靈活的編碼器反饋

  ●超寬的母線電壓工作范圍

  ●安全轉(zhuǎn)矩關斷

  2019年,眾城卓越推出一款高品質(zhì)交流同步伺服電機,旨在滿足變槳系統(tǒng)的特殊需求。本產(chǎn)品符合行業(yè)內(nèi)電磁干擾、震動沖擊、鹽霧、防腐等型式試驗要求,適用于酷熱、嚴寒氣候及海上地區(qū),在這些苛刻的環(huán)境條件下仍能夠長期可靠運行。

眾城卓越變槳電機

眾城卓越變槳電機

  

  憑借創(chuàng)新的設計,這款新型變槳電機可靠性高,維護成本低。它與眾城卓越變槳系統(tǒng)中的伺服驅(qū)動器配合使用,可以實現(xiàn)更高的效能和安全性。

眾城卓越變槳電機技術特點

  眾城卓越不僅提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品,還會提供優(yōu)質(zhì)服務

  快速而及時的服務:

  通過以太網(wǎng)及伺服驅(qū)動器的服務,診斷可輕松實現(xiàn)遠程維護;

  可靠性高,維護成本低

  優(yōu)化電磁設計,確保轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速運行區(qū)域最大,出現(xiàn)電網(wǎng)掉電時,在后備電源供電情況下可以達到安全順槳所需的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速;

  自然冷卻,無需散熱風扇,維護需求低低溫升設計,抗退磁能力強,延長使用壽命;

  靈活定制化

  根據(jù)不同機型優(yōu)化電氣參數(shù),重新設計方案,確保最高性價比;

  根據(jù)不同用戶要求定制機械、電氣接口及零部件。

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