1 变桨系统功能与分类‍

变桨系统是变速恒频风电机组的重要组成部分，其功能是在额定风速附近，依据风速的变化实时调节叶片角度，控制吸收的机械能，在保证获得最大能量（与额定功率对应）前提下，减少风力对风电机组的冲击；在停机时，变桨系统将桨叶调整到顺桨位置，实现空气动力学制动刹车，使风电机组安全停运。

目前，在变桨系统技术路线方面，国际上存在液压和电动两种技术体系。液压变桨系统是通过控制液压单元的液压缸驱动连杆装置来推动桨叶，以实现变桨。电动变桨系统则是通过减速机构和传动装置，由伺服电动机来推动桨叶以实现变桨。

2 电动变桨系统的构成‍

电动变桨系统一般包括伺服电动机、控制器、电动机驱动器、不间断电源、变桨减速机、传感器等，其中传感器主要分为限位开关、接近开关和冗余编码器。

电动变桨系统工作时，可编程逻辑控制器（pro- grammable logic controller, PLC）控制系统根据风电机组主控所给的位置或速度指令控制伺服驱动器进行输出，伺服驱动器将转矩和转速信号转化为电流和频率信号进一步控制伺服电动机运行，伺服电动机通过减速机实现高转速、低转矩向低转速、高转矩的转变。最终，变桨减速机齿轮通过与叶根轴承的啮合，控制叶片实现角度变化。

3 叶片角度校准的意义‍

变桨电动机通过减速机与叶根轴承相结合，形成一种可靠的机械连接方式，在风电机组服役过程中，叶片角度会频繁变换以适应实时变化的风速，同时伴随着机械连接的磨损。磨损后的减速机或轴承将引起三支叶片角度不一致，造成风电机组气动不平衡现象。

据现场应用发现，气动不平衡将会影响风电机组发电效率，也会产生风电机组额外问题，例如会对变桨系统、传动链、偏航系统等关键部件带来损伤。所以，准确的叶片角度校准技术对风电机组的安全运行有着至关重要的意义。

4 叶片角度校准技术简介‍

针对叶片角度校准，变桨厂商需要解决两方面的难题：①校准方案需要长期有效，即能够在设计寿命20年内准确地检测出预定的角度偏差；②校准方案需要考虑足够的设计裕量，确保变桨系统具备一定的容错机制，避免由于角度校准故障误报而导致风电机组停机。

当前，电动变桨系统采用的叶片角度校准技术主要有冗余编码器方案和接近开关方案。两种方案会在变桨系统电动机的末端安装绝对值编码器，并将该编码器的反馈值称为默认角度值。

此外，为校准叶片实际角度，在叶根轴承上安装传感器（冗余编码器或接近开关），该传感器反馈值称为校准角度值。当变桨系统中默认角度值与校准角度值偏差超过设计极限时，系统将报故障。

5 叶片角度校准技术现场应用及优化方案‍

风力发电技术在中国发展已近十余年，基于冗余编码器的叶片角度校准方案最早进入市场，并被业内所接受。但随着国内风电平价上网政策的逐步推进，冗余编码器物料成本高、现场维护难度大的问题被进一步放大。

根据固安华电天仁控制设备有限公司现有已并网的一万余套变桨系统，2016年前并网且变桨系统MTBF低于24个月的风场，总故障中有14.6%的故障为叶片角度校准故障误报导致。

因此，固安华电天仁控制设备有限公司的研究人员王振威、刘佳伟，在2021年第5期《电气技术》上撰文，提出了一种更为优化的基于接近开关的电动变桨系统叶片角度校准方案。该方案通过定位接近开关的安装位置，以接近开关的被触发角度范围来校准实际叶片的角度偏差。通过现场测试发现，本方案能保证校准的准确度，实现成本优化。

图1 接近开关与金属挡块实物安装图

根据测试结果，使用基于接近开关的叶片角度校准方案，在各工况下的被触发角度范围较为稳定，在测试和使用上具备可行性。其中，接近开关具体位置的安装需要结合设计载荷数据进行定位；接近开关被触发角度范围，在实际使用中需要获取最大被触发角度偏差量加以修正。