风电变桨系统模拟实验实训装置的制作方法

本发明涉及一种风力发电系统，具体的说是一种风电变桨系统模拟实验实训装置。

背景技术：

我国风电发展步入快车道逾十年，已成为推动全球风电装机量增长的主引擎。然而风机超速倒塌事故频发，多数因变桨系统故障引起，但是变桨控制系统公开资料较少，风电场运维人员对其认知相对其他风电大部件欠缺；随着风电机组国产化推进，风电变桨系统的控制策略仍处于继续完善过程中，风能利用率还可以进一步提高。

变桨系统在轮毂，作为有限空间，内部布局结构紧凑，空间狭小，光线不充足，日常检修作业难度大，多次进出轮毂检修，增加了安全隐患。风电场检修运维人员接触变桨实体设备机会较少，多数以图纸打交道，以浙江区域某运行8年的风电场为例，检修人员月平均进轮毂的时间不到3小时，需要一款贴近实际运行的变桨系统实训设备。

目前市面上有风电机组实训设备、变桨系统实训设备，但要么设备装置体型较大，不利于移动搬运，制作、采购和维修费用成本较大，或者仅作为风电主机厂实验仿真。面向对象较单一，无法同时照顾广大大专院校学生金工实习需求和风电场现场运维人员对变桨系统仿真模拟、排故培训，开展变桨系统的运行工况模拟需要，无法有效利用现有的scada数据进行分析。

中国专利局于2016年8月17日公开的，专利号为2016200066874的一种风电变桨控制系统模拟测试装置，它包括一个仿真控制器、一个变桨控制器、至少一个驱动器、交流变桨电机、编码器、直流供电单元、信号中继单元、继电控制单元、低压供电单元，以及监控变桨距系统运行的信号采集单元。信号中继单元分别与仿真控制器、变桨控制器、信号采集单元、继电控制单元、低压供电单元、编码器、驱动器连接。编码器安装在交流电机上，与驱动器连接。驱动器分别与直流供电单元和交流变桨电机连接。这种装置结构比较复杂，只是将变桨装置缩小，整体生产成本还是很高，另外这个装置只适于在实验室研究，无法针对员工进行排故检修等培训。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷和不足，为人们提供一种结构简单、成本低，能模拟风电变桨系统的实验实训装置，从而培养出合格的风电运维的精英人才。

为实现上述目的本发明所采取的技术方案是：该风电变桨系统模拟实验实训装置，它包括控制柜，所述的控制柜上设置有plc以及直流电机，所述的plc能接受scada数据的导入，plc的输入输出模块通过执行反馈模块与直流电机相连，在直流电机的输出端设置有模拟变桨装置，该模拟变桨装置能模拟桨叶角度的变化，在模拟变桨装置上设置有编码器，编码器将信号反馈至plc的输入输出模块；所述的控制柜上还安装有故障盒，在故障盒内安装有多个通断开关，该通断开关分别安装于电气回路的各个点，任一通断开关能控制电气回路上该点的通断。

所述的模拟变桨装置包括滑台，在滑台上安装有能由直流电机驱动的丝杆，所述的丝杆上套装有能左右移动的滑块，通过滑块在滑台上的移动，来模拟桨叶角度的变化。

所述的编码器设置于丝杆的一端，能读取丝杆的旋转角度，并反馈至plc的输入输出模块。

所述的滑台上设置有刻度尺，能读取滑块的位置所对应桨叶的角度。

所述的滑台两端设置有接近开关和限位开关，滑块与接近开关相抵时对应的桨叶为0度，滑块与限位开关相抵时对应的桨叶角度为95度。

所述的滑台上还设置有可移动开关，可移动开关能放置于接近开关与限位开关之间的任意位置。

所述的直流电机上设置有调速器和电磁刹车线圈。

所述的plc上还设置有模拟量扩展模块，能模拟现实环境中的变桨柜温度、环境温度、电机温度及风速风向的数值。

所述的故障盒设置于控制柜的背面。

所述的故障盒设置于控制柜的前侧，在故障盒上设置有带锁的盖子。

本发明模拟风电变桨系统，本发明针对大专院校，能开展结构原理学习和一般金工实习；针对风电场新员工开展结构认知，元器件识别和基本功能描述；针对检修人员开展电气回路排故培训，通过纽子开关串接到电气回路中，便于风电场检修人员排故和考核培训；通过模拟多种变桨系统布局，在故障处理前可以对照实物，针对性得开展研讨故障点，缩短故障处理时间，提高故障检修能力。具有结构简单，成本低，有利于快速培养出合格的风电运维的精英人才。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的原理框图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明为一种风电变桨系统模拟实验实训装置，它包括控制柜6，所述的控制柜6上设置有plc4以及直流电机18。所述的plc4和直流电机18通过外接电源供电，在外接电源的输入端设置有漏电保护装置1、防雷保护装置2和空气开关3，以提高使用的安全性。在外接电源的输入端还设置有ups后备电源7，以便于在外接电源无法接通时供电。

所述的plc4包括输入输出模块4.1、执行反馈模块4.2、模拟量扩展模块5、通迅模块等，在plc4上还自带触摸屏。风机后台存储的风速、桨叶角度、温度等scada数据通过rs232等通讯连接方式导入到plc4中。

模拟量扩展模块5采用廉价的模拟量发生器，模拟现实环境中的柜内温度、环境温度、电机温度及风速风向的数值，通过接收到的scada数据，将现实环境通过模拟量扩展模块5再现。

plc4的输入输出模块4.1通过执行反馈模块4.2与直流电机18相连，在直流电机18的输出端设置有模拟变桨装置，该模拟变桨装置能模拟桨叶角度的变化，在模拟变桨装置上设置有编码器12，编码器12将信号反馈至plc4的输入输出模块4.1。所述的模拟变桨装置包括滑台14，在滑台14上安装有能由直流电机18驱动的丝杆13，所述的丝杆13上套装有能左右移动的滑块16，通过滑块16在滑台14上的移动，来模拟桨叶角度的变化。所述的编码器12设置于丝杆13的一端，能读取丝杆13的旋转角度，并反馈至plc4的输入输出模块4.1，plc4能根据编码器12的反馈获知桨叶的实时角度。所述的滑台14上设置有刻度尺15，能读取滑块16的位置所对应桨叶的角度，以便于操作人员观察。所述的滑台14两端设置有接近开关24和限位开关22，滑块16与接近开关24相抵时对应的桨叶为0度，滑块16与限位开关22相抵时对应的桨叶角度为95度。所述的滑台14上还设置有可移动开关23，可移动开关23能放置于接近开关24与限位开关22之间的任意位置。通过接近开关24、可移动开关23、限位开关22能限定滑块16在一定的范围内移动。

所述的直流电机18上设置有调速器17和电磁刹车线圈21，通过调速器17和电磁刹车线圈21来调节直流电机18的转速，使滑块16能以与桨叶转动的速度同步移动。在控制柜6上还设置有切换开关8、顺逆开关9、电磁刹车开关以及急停按钮11，通过切换开关8能自动或手动控制直流电机18，通过顺逆开关9能控制直流电机18运转方向，通过电磁刹车开关能控制电磁刹车线圈21，通过急停按钮11能使直流电机18停止运转，电磁刹车抱死。

所述的控制柜6上所有的元器件都是通过导线接的，在控制柜6上还安装有端子排10，以便于快速接线。在控制柜6上还设置有故障盒19，在故障盒19内安装有多个通断开关20，该通断开关20分别安装于电气回路的各个点，任一通断开关20能控制电气回路上该点的通断，这样能模拟故障点。为了便于考核，所述的故障盒19设置于控制柜6的背面，这样教师可以在背面操作通断开关20，由学员来判断是哪里接线出了问题。所述的故障盒19如果设置在控制柜6的前侧，在故障盒19上设置有带锁的盖子。

在实验实训时，将风机后台存储的风速、桨叶角度、温度等scada数据通过rs232等通讯连接方式导入到plc4中，plc4读取当时工况下的桨叶角度、风速、电机刹车动作、温度等关键数据，并根据这些关键数据，以桨叶角度为目标值，根据既定程序模拟当时风况下桨叶工作情况，实时观察电机刹车动作继电器、风速、限位开关22、接近开关24、温度、桨叶角等实际运行方式，同时通过触摸屏可以实时对比上述参数目标值和实际值，有效利用现有的scada数据进行分析，实时观察变桨传动系统和电气系统工作情况，反复推演变桨动作过程，开展变桨系统的仿真运动过程，实现情景再现功能，提早发现变桨设计盲区和隐患点，及时对变桨控制系统和传动系统提出优化或者技改，拓展风电模糊控制理论在变桨系统上应用，提高风能利用率。