1 變槳系統功能與分類?

變槳系統是變速恒頻風電機組的重要組成部分，其功能是在額定風速附近，依據風速的變化實時調節葉片角度，控制吸收的機械能，在保證獲得最大能量（與額定功率對應）前提下，減少風力對風電機組的沖擊；在停機時，變槳系統將槳葉調整到順槳位置，實現空氣動力學制動剎車，使風電機組安全停運。

目前，在變槳系統技術路線方面，國際上存在液壓和電動兩種技術體系。液壓變槳系統是通過控制液壓單元的液壓缸驅動連桿裝置來推動槳葉，以實現變槳。電動變槳系統則是通過減速機構和傳動裝置，由伺服電動機來推動槳葉以實現變槳。

2 電動變槳系統的構成?

電動變槳系統一般包括伺服電動機、控制器、電動機驅動器、不間斷電源、變槳減速機、傳感器等，其中傳感器主要分為限位開關、接近開關和冗余編碼器。

電動變槳系統工作時，可編程邏輯控制器（pro- grammable logic controller, PLC）控制系統根據風電機組主控所給的位置或速度指令控制伺服驅動器進行輸出，伺服驅動器將轉矩和轉速信號轉化為電流和頻率信號進一步控制伺服電動機運行，伺服電動機通過減速機實現高轉速、低轉矩向低轉速、高轉矩的轉變。最終，變槳減速機齒輪通過與葉根軸承的嚙合，控制葉片實現角度變化。

3 葉片角度校準的意義?

變槳電動機通過減速機與葉根軸承相結合，形成一種可靠的機械連接方式，在風電機組服役過程中，葉片角度會頻繁變換以適應實時變化的風速，同時伴隨著機械連接的磨損。磨損后的減速機或軸承將引起三支葉片角度不一致，造成風電機組氣動不平衡現象。

據現場應用發現，氣動不平衡將會影響風電機組發電效率，也會產生風電機組額外問題，例如會對變槳系統、傳動鏈、偏航系統等關鍵部件帶來損傷。所以，準確的葉片角度校準技術對風電機組的安全運行有著至關重要的意義。

4 葉片角度校準技術簡介?

針對葉片角度校準，變槳廠商需要解決兩方面的難題：①校準方案需要長期有效，即能夠在設計壽命20年內準確地檢測出預定的角度偏差；②校準方案需要考慮足夠的設計裕量，確保變槳系統具備一定的容錯機制，避免由于角度校準故障誤報而導致風電機組停機。

當前，電動變槳系統采用的葉片角度校準技術主要有冗余編碼器方案和接近開關方案。兩種方案會在變槳系統電動機的末端安裝絕對值編碼器，并將該編碼器的反饋值稱為默認角度值。

此外，為校準葉片實際角度，在葉根軸承上安裝傳感器（冗余編碼器或接近開關），該傳感器反饋值稱為校準角度值。當變槳系統中默認角度值與校準角度值偏差超過設計極限時，系統將報故障。

5 葉片角度校準技術現場應用及優化方案?

風力發電技術在中國發展已近十余年，基于冗余編碼器的葉片角度校準方案最早進入市場，并被業內所接受。但隨著國內風電平價上網政策的逐步推進，冗余編碼器物料成本高、現場維護難度大的問題被進一步放大。

根據固安華電天仁控制設備有限公司現有已并網的一萬余套變槳系統，2016年前并網且變槳系統MTBF低于24個月的風場，總故障中有14.6%的故障為葉片角度校準故障誤報導致。

因此，固安華電天仁控制設備有限公司的研究人員王振威、劉佳偉，在2021年第5期《電氣技術》上撰文，提出了一種更為優化的基于接近開關的電動變槳系統葉片角度校準方案。該方案通過定位接近開關的安裝位置，以接近開關的被觸發角度范圍來校準實際葉片的角度偏差。通過現場測試發現，本方案能保證校準的準確度，實現成本優化。

圖1 接近開關與金屬擋塊實物安裝圖

根據測試結果，使用基于接近開關的葉片角度校準方案，在各工況下的被觸發角度范圍較為穩定，在測試和使用上具備可行性。其中，接近開關具體位置的安裝需要結合設計載荷數據進行定位；接近開關被觸發角度范圍，在實際使用中需要獲取最大被觸發角度偏差量加以修正。