在风力发电领域，设备的核心构成主要分为两大系统：主控系统与变桨系统。主控系统负责调节整个设备的运行，而变桨系统则专注于对桨叶的精确操控，确保其在各种工况下稳定运行并能在紧急情况下迅速回收。一个完整的变桨系统通常由驱动器、控制器、变桨电机以及备用电源等关键部件构成。鉴于不同变桨系统在结构设计上各有特点，深入了解其组成结构对于掌握变桨系统技术至关重要。
以安徽皖南电机为例，其丹控变桨系统在结构设计上颇具特色。自1933年成立以来，丹麦的丹控公司在风电领域深耕不辍，其变桨系统设计已处于世界领先地位，特别是在变桨控制器和驱动器的研究上表现出色。
丹控变桨系统的结构设计如图1所示，采用三柜体设计，将主控制器安装在轴控柜一内，作为变桨系统的核心控制柜。该系统对三个桨叶的控制方式一致，均采用伺服驱动器控制交流电机驱动桨叶转动，从而实现对桨叶速度和位置的精确控制。在400V外部供电中断的情况下，超级电容作为备用电源为伺服驱动器供电，确保风机在紧急情况下能够安全收桨。
图1 丹控变桨控制系统构成图
轴柜一内的变桨主控制器采用丹控先进的AWC控制器。控制器在变桨系统中主要负责与主控系统及驱动器的通讯。此外，驱动器中的看门狗继电器还串联在变桨安全链中。一旦出现软件线程超时、控制器供电掉电、下载程序或控制器硬件故障等情况，变桨安全链会立即断开，使三个叶片同时紧急收桨，直至达到91度限位开关。
变桨驱动器采用集成电机驱动（IMD）技术。由于变桨控制器主要负责与主控和驱动器的连接，因此变桨驱动器的集成度较高。驱动器中集成了电机编码器信号、冗余编码器信号、电机温度信号、电机制动信号、变桨安全链信号、制动电阻信号和充电机信号等，以确保控制系统安全稳定运行。当系统产生报警或故障信号时，驱动器能迅速、准确地发出相应指令，控制相关器件，确保风机安全收桨或停机。整个变桨系统使用三个变桨柜，每个控制柜中有一台驱动器，它们之间互不影响，能独立控制一个桨叶完成相应动作，展现出良好的独立性。
当系统外部400V供电中断时，变桨系统需要备用电源提供能量以完成紧急收桨。丹控变桨系统采用超级电容组作为备用电源。超级电容组由两组五个9.6F90V的电容串联，再将两组串联电容并联，从而显著提高超级电容组的存储能量，确保其有充足的能量完成变桨系统的紧急收桨。
变桨系统的主要目的是控制桨叶的速度和位置，在风速适宜时发电，在风速过大时安全收桨。目前，普遍采用变桨电机驱动桨叶运动。丹控变桨系统采用同步电机，与感应电机一样，都是目前应用广泛的交流电机。同步电机在稳态运行时，转子的转速与电网频率之间保持不变。当系统需要桨叶转动时，驱动器发出指令控制变桨电机，使桨叶达到预定位置，完成主控指令或紧急状态下的正常响应。
丹控变桨控制系统的安全链是其一大特色。变桨安全链通过滑环与主控系统的安全链串联，成为主控安全链的一部分，在变桨位置处起到安全限制作用。变桨安全链独立于变桨系统的软件系统，由变桨控制器故障输出、变桨系统硬件故障、三个轴的急停按钮、三个轴的维护开关、三个轴的变频器故障信号等十一项常闭触点串联而成，并通过滑环接入主控系统。其*大特点是采用安全继电器将以上信号串联在一起。安全继电器并非从不发生故障的继电器，而是在发生故障时能做出有效动作的继电器，具有强制导向接电结构，即使发生接点熔结现象也能确保系统安全。当紧急停止解除时，防止系统突然再启动；万一系统的安全电路发生故障，可促使桨叶安全收桨，确保风机安全。
冗余技术的应用是丹控变桨控制系统的另一大特色。冗余技术旨在提高系统可靠性，通过两套或两套以上相同、相对独立配置的设计连接组成的系统，达到容错能力的系统或系统结构。在丹控变桨系统中，电机编码器和冗余编码器、PT100温度传感器和KTY温度传感器、外部400V供电和超级电容组等许多结构都应用了冗余技术，有效降低了系统故障率，提高了系统稳定性。
3、总结
本文深入解析了丹控变桨控制系统的结构组成，并对其中几个关键组成部分进行了重点阐述。同时，还详细介绍了丹控变桨控制系统的两大特色：安全链和冗余技术的应用。希望这些内容能为读者在学习和研究变桨系统过程中提供有益的参考。
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