一、趨勢判斷和需求分析在2007年前后，我國風電設備的關鍵零部件產能嚴重不足，一些關鍵零部件存在較大的供需矛盾，嚴重依賴進口。而且進口關鍵零部件的訂貨周期長、價格高，關鍵零部件掣肘我國風電產業的發展。隨著整機制造企業的迅速增加，更加激化了關鍵零部件與整機生產不相匹配的矛盾。在這種現狀下，能否控制成本將成為企業在激烈競爭中能否勝出的關鍵。而控制成本的關鍵在于外購率，而那些只做系統整合，不能夠自己生產風機主要零部件的企業，很難將成本降低。而那些可以制造發電機、葉片、齒輪箱、控制系統的企業，無疑在成本整合上更具優勢。風機制造企業需要不斷的提高自己的零部件自制率。下表按照風機零部件構成比例列出了目前的現狀。圖表風機零部件構成比例零部件成本占比國產自制狀態性能描述塔架26.30%已自制通常為卷鋼制成風輪葉片22.20%未自制采用復合材料，經特殊設計的模具制造加工齒輪箱12.91%已自制提高峰輪軸的低轉速發電機所需的高轉速變頻器5.01%已自制將發電機的直流電轉變為交流電變壓器3.59%已自制將來自單機的電力轉變為電網所需的高電壓發電機3.44%已自制將機械能轉換為電能。偏航環2.80%已自制采用剛材制成，以支撐整個動力傳動系統變槳距系統2?66%未自制調整葉片角度，使風能利用最大化主軸1.91%已自制將風輪轉向力傳遞到齒輪箱輪轂1.37%已自制采用鑄鐵制造，提供插放葉片的位置機艙殼1.35%已自制質輕的玻璃鋼箱體覆蓋于機組系統之外

制動系統1.32%已自制根據需要采用碟剎令機組停止運行偏航系統1.25%已自制使機艙旋轉至迎風方向的結構風輪軸承1.22%未自制用來抵抗風力所產生的負載螺釘1.04%已自制將各個主要部件固定，須適應于極限負載電纜0.96%已自制在風電場中將單機相連至子電站2、知識產權狀況和技術標準狀況由上表可以看出變槳距控制系統是確保風機能量捕獲，合理抵抗載荷的基本設備。由于其在風機整機中至關重要的作用，吏得目前能獨立提供產品的只有SEG和LUST兩家國外公司。國內規模化的企業約有近10家，但均為組裝廠家，沒有核心技術，無法在同一水平線上競爭。3、經濟建設和社會發展需求能源和環境是21世紀所關注的最重要的兩個主題。隨著經濟不斷發展,必然引起石油、煤炭等自然資源枯竭、環境污染及地球溫室效應的加重。人們必須把握經濟增長、環境保護和能源供給這三位一體的“3E”之間的平衡關系。風電市場競爭激烈，已經是不爭的事實，在此時，能否控制成本將成為企業在激烈競爭中能否勝出的關鍵。而控制成本的關鍵在于外購率，那些只做系統整合，而那些不能夠自己生產風機主要零部件的企業，很難將成本降低。而那些可以制造發電機、葉片、齒輪箱、控制系統的企業，無疑在成本整合上更具優勢。風機制造企業需要不斷的提高自己的零部件自制率。科學技術價值、特色聯合研發國產大功率風機新型變槳控制器的科學價值在于：掌握大功率風機變槳控制器的設計技術。掌握大載荷動態位置換的控制算法。掌握大功率風機變槳控制器的制造工藝。二、研究內容和技術關鍵1、 項目總目標項目研究的總體目標是研制一套適合工程應用的產品化的大功率風機變槳控制器系統。具有如下優點：★精度高、響應快速性能優越。★同步齊、一致性好性能穩定。★結構合理接口標準便于產業化★性價比合理便于商業化運作。^CF'eOV/tFZ^OHz電池LL^88V/13UftH—電秋密測DC2-12、 項目關鍵技術⑴、驅動器動態載荷的算法在經典的算法中增加了加速度擾動量，按照日本安川公司提供的大動態載荷模型來完善算法，算法的基本流程如下圖所示:⑵、電池狀態的實時監控電池狀態的實時監控關鍵在于將三個槳葉的電池充放電控制系統獨立，改變LUST的三個槳葉的電池充放電控制有一套系統分時完成的狀況，提高了緊急狀態下的安全系數。因為終歸有一個系統能讓槳葉回到順槳位置，使風機回到安全狀態。充放電控制分為三種模式：主控命令、自動監控和手動應急。其功能框圖如下，狀態監控的信號包括：電流、電壓、電池溫度、柜體溫度、主控命令要求、電池柜狀態、手動應急要求、充放電動作、安全鏈信號等。⑶、安全鏈邏輯的控制流程安全鏈設計的原則有以下四條：★硬件主安全鏈有安全繼電器和PLC邏輯構成。★電池狀態監控器提供第二個獨立的安全回路（DC24V）★交流電源故障時，電池狀態監控器提供直流電源。（DC24V）

★盡量少用電池能量，延長電池壽命。安全鏈邏輯框圖如下：▽▽⑷、組合安裝的工藝流程★防止任意旋轉時松動緊固件。★模塊可以方便地整體拆卸。★所有部件安裝必須考慮風機特殊工況。★所有接線按排必須與原使用系統保持一致。★安裝尺寸必須與原使用系統保持一致。3、 項目技術路線技術路線為以現有成熟技術為基礎，結合國際交流合作的成果，通過聯合開發

形成樣機。最終獨立掌握關鍵技術。在上述的國際交流合作總則中，日本安川公司由于其驅動技術特別是大動態載荷模型算法在日本國內及國際上的領先地位和大量國內外應用實例（如寶鋼等）成為國際交流合作的首選對象。項目具體合作的技術路線如下：⑴、通過與日本安川國際交流合作，聯合開發變槳距控制的驅動器核心技術——動態載荷的模型算法。掌握算法模型的建立過程、運算分析思路，動態大載荷大慣量的處理方法。最終形成完整的算法和參數體系。⑵、通過與日本安川國際交流合作，由日本安川提供驅動器的功率模塊，控制模塊自主設計，形成性價比極高的驅動器系統。⑶、電池組狀態的實時監控采用成熟的磷酸鋰鐵電池，功率密度大，輸出瞬時功率強，形成可靠的后備電池系統。⑷、安全鏈控制采用成熟的PLC技術，主要由硬件來進行安全鏈保護，以此作為確保系統安全的基本條件。⑸、組合安裝的工藝流程盡量參考成熟的國外產品，以嚴格的工藝和質量控制來達到近乎苛刻的可靠性保證。項目創新點項目創新點⑴、伺服驅動器的動態載荷算法,提高位置定位精度和響應時間.在經典的算法中增加了加速度擾動量，按照日本安川公司提供的大動態載荷模型來完善算法，算法實施的效果示意如下圖所示，左邊為實施前效果，右邊為實施后效果。⑵）、增加電池監控的硬件保護體系,保護功能齊全、安全鏈冗余度大。電池狀態的實時監控關鍵在于將三個槳葉的電池充放電控制系統獨立，改變LUST的三個槳葉的電池充放電控制有一套系統分時完成的狀況，提高了緊急狀態下的安全系數。因為終歸有一個系統能讓槳葉回到順槳位置，使風機回到安全狀態。電池監控功能包括：獨立充放電控制，24V冗余控制，直流電路轉換，獨立安全鏈回路。充放電回路互為冗余，互為監控自動切換主回路，安全可靠性強。電池監控控制功能框圖如下（⑶、增加兩種總線結構,提高通訊的可靠性。采用雙總線(CAN/ProfiBus)冗余設計如下圖所示，避免了原先LUST的單總線(ProfiBus)不穩定。1"CAN1CAN/Pro?CANIGAW/Pro1~~rCAN1控制器1#控制鑑2#控制器3#ttCAN4canIcani葩池監控i#電池監控2#OYN/Pio聲動器1#驅動器■<#霍動器3#GAN/l^iu5、項目主要技術內容(1)、驅動器動態載荷的算法在經典的算法中增加了加速度擾動量，按照日本安川公司提供的大動態載荷模型來完善算法，算法的基本流程如下圖所示:也置廩槪速度反幘也置廩槪速度反幘⑵)、電池狀態的實時監控電池監控功能包括：獨立充放電控制，24V冗余控制，直流電路轉換，獨立安全鏈回路。充放電回路互為冗余，互為監控自動切換主回路，安全可靠性強。充放電控制分為三種模式：主控命令、自動監控和手動應急。其功能框圖如

下，狀態監控的信號包括：電流、電壓、電池溫度、柜體溫度、主控命令要求、電池柜狀態、手動應急要求、充放電動作、安全鏈信號等。電池端子面必須確保任意旋轉時始終朝上。電池模塊可以方便地整體拆卸。所有部件安裝必須考慮風機特殊工況。（⑶、安全鏈邏輯的控制流程安全鏈設計的原則有以下四條：★硬件主安全鏈有安全繼電器和PLC邏輯構成。★電池狀態監控器提供第二個獨立的安全回路。★交流電源故障時，電池狀態監控器提供直流電源。★盡量少用電池能量，延長電池壽命。安全鏈邏輯框圖如下：▽▽⑷、組合安裝的工藝流程★防止任意旋轉時松動緊固件。★模塊可以方便地整體拆卸。所有部件安裝必須考慮風機特殊工況。所有接線按排必須與原使用系統保持一致。★安裝尺寸必須與原使用系統保持一致。⑸、帶載測試平臺模擬主控應能滿足如下功能：完成與變槳系統的通訊，要同時考慮Profibus和CANopen兩種通訊接口方式。給變槳系統發送變槳的位置，變槳速度等指令顯示變槳系統的各種狀態。加載驅動控制器的功能：接收加載信號。把加載信號轉換成扭矩，并送給加載電機。接收扭矩傳感器的值，并顯示此值。接收加載電機的各種狀態值。葉片角度模擬和限位開關觸發裝置。為了使變槳帶載測試平臺更加真實，更能貼近實際的變槳運行狀態。在此系統中增加了變槳限位開關觸發裝置和槳葉編碼器旋轉裝置。本裝置主要伺服驅動器從控制器或