IS200AEPAH1A (Alternatif Enerji Pitch Ekseni), General Electric (GE) tarafından 1,5 MW rüzgar türbinlerinin Pitch Kontrol Sistemi (PCS) için tasarlanmış özel bir I/O kontrol modülüdür. Bu modül Pitch Axis Controller'ın (AEPA) bir versiyonudur ve BPPB işlemci kartıyla uyumludur. Birincil işlevi, bireysel rüzgar türbini kanatlarının hassas açısal kontrolüdür. AEPAH1A modülü, her bir blade'e ayrılmış bir AEPA modülü ile birlikte hub'ın içindeki Eksen Kutusuna kurulur ve üç blade'in tamamının bağımsız kontrolünü sağlamak üzere birlikte çalışır.
Pitch sisteminin temel yürütme birimi olan IS200AEPAH1A modülü, merkezi ana kontrolör olan AEPC'den (Alternatif Enerji Pitch Merkezi) konum komutlarını almaktan sorumludur. Bu komutları DC hatveli motoru çalıştıran bir motor tork sinyaline dönüştürür, böylece türbinin rotor hızı ve torkunun hassas kontrolünü sağlamak için kanat açısını ayarlar.
Sistem Mimarisi ve Entegrasyonu
1. Sistem Bileşimi
Pitch Kontrol Sistemi (PCS) aşağıdaki ana bileşenlerden oluşur:
Merkez Kutu: Güç dağıtımından, sinyal toplamadan ve ana türbin kontrol cihazıyla iletişimden sorumlu olan AEPC modülünü içerir.
Eksen Kutusu: Kanat başına bir adet, AEPA modülünü (örn. AEPAH1A), 3 fazlı transformatörü, doğrultucuyu, güç dönüştürücüyü ve DC kontaktörlerini barındırır.
Pil Kutusu: Acil durum geçiş yumuşatma için yedek güç sağlar.
Hatve Motoru: Entegre frenli ve artımlı kodlayıcılı bir DC motor.
Eksen Kutusunda bulunan IS200AEPAH1A modülü, kontrol komutları ile motor uygulaması arasındaki kritik bağlantıdır.
2. Ağ İletişim Yapısı
IS200AEPAH1A, AEPC modülüyle Ethernet üzerinden iletişim kurarak bir yıldız ağ topolojisi oluşturur:
AEPC, kanat açısı komutlarını RS-422 seri bağlantısı aracılığıyla Bachmann® PLC'den alır.
AEPC, bu komutları Ethernet üzerinden üç AEPA modülüne (AEPAH1A dahil) dağıtır.
AEPA modülleri, mevcut kanat açısını, motor durumunu, arıza bilgilerini vb. AEPC'ye geri bildirir ve bunlar daha sonra ana türbin kontrolörüne iletilir.
Bu yapı, kontrol komutlarının düşük gecikme süresiyle iletilmesini ve sistem durumunun etkin bir şekilde izlenmesini sağlar.
IS200AEPAH1A'nın Temel İşlevleri
1. Bıçak Konumu Kontrolü
IS200AEPAH1A, AEPC'den bir konum ayar noktası alır. Dahili kademeli bir kontrol döngüsü (konum-hız-tork) aracılığıyla, bıçağı hedef açıya döndürmek için hatve motorunu çalıştırır. Yüksek kontrol hassasiyeti ve hızlı yanıt sunarak türbinin değişen rüzgar koşullarında optimum performansı sürdürmesini sağlar.
2. Hız ve Tork Düzenlemesi
Modül yerleşik bir Hız Regülatörü ve tork sınırlama fonksiyonları içerir. Motorun aşırı yüklenmesini veya kontrol kaybını önlemek için yük değişikliklerine göre çıkışını otomatik olarak ayarlayabilir. Tork referans sinyali, motor güç dönüştürücüsüne 4-20 mA analog sinyal olarak gönderilir.
3. Motor Koruması ve Durum İzleme
IS200AEPAH1A, akım, voltaj ve sıcaklık gibi motor parametrelerini sürekli olarak izler. Aşırı akıma, aşırı sıcaklığa ve bayılmaya karşı koruma fonksiyonlarını içerir. Bir anormallik tespit edildiğinde, ekipmanın hasar görmesini önlemek için derhal bir alarmı veya kapatmayı tetikler.
4. Kodlayıcı Geri Bildirim İşleme
Adım motorunda yerleşik bir artımlı kodlayıcı bulunur. IS200AEPAH1A, motor hızını ve gerçek bıçak konumunu gerçek zamanlı olarak hesaplamak için enkoder sinyallerini alır ve konum doğruluğunu sağlayan kapalı döngü bir kontrol sistemi oluşturur.
5. Fren Kontrolü
Modül, çok aşamalı bir voltaj stratejisi kullanarak pitch motorunun elektromanyetik frenini kontrol eder: hızlı başlatma için 150 ms için 60 Vdc uygular, 5 saniye boyunca 40 Vdc'ye düşürür ve ardından çalışma sırasında freni serbest tutmak için 20 Vdc'lik bir tutma voltajını korur.
6. Acil Durum Geçiş Yumuşatma Fonksiyonu
Şebeke gücü kaybı veya güvenlik döngüsünün kopması durumunda IS200AEPAH1A otomatik olarak akü gücüne geçer ve kanadı 90° yatay konuma getirerek türbinin güvenli bir şekilde kapatılmasını sağlar.
7. Pil Yönetimi ve Otomatik Test
IS200AEPAH1A, akü voltajını, akımını ve şarj durumunu izlemek için akü şarj cihazlarıyla RS-485 arayüzü aracılığıyla iletişim kurar. Ayrıca yedek güç kaynağının güvenilirliğini doğrulamak için her 30 dakikada bir otomatik pil kendi kendine testini başlatır.
Detaylı Çalışma Prensipleri
1. Kontrol Döngüsü Yapısı
IS200AEPAH1A içindeki kontrol mantığı üç kademeli katman halinde yapılandırılmıştır:
Konum Döngüsü: Ayar noktası ile geri besleme değeri arasındaki hataya göre gerekli hızı hesaplar.
Hız Döngüsü: Konum döngüsünden gelen hız komutuna göre gerekli torku hesaplar.
Tork Döngüsü: Motor torkunu kontrol etmek için güç dönüştürücüye bir PWM sinyali veya analog akım sinyali gönderir.
Bu kademeli yapı, sistem kararlılığını ve dinamik tepkiyi sağlar.
2. Güç Dönüşümü ve Motor Sürücüsü
Ana güç girişi 400 Vac, 3 fazlıdır. Bu, bir transformatör tarafından yaklaşık 63 Vac'ye düşürülür ve ardından 80 Vdc bağlantı voltajı oluşturacak şekilde düzeltilir. IS200AEPAH1A tarafından komut verilen hatve güç dönüştürücüsü, hassas tork kontrolü elde etmek için Darbe Genişlik Modülasyonu (PWM) tekniklerini kullanarak motor voltajını ve akımını düzenler.
3. İletişim Protokolü ve Veri Alışverişi
IS200AEPAH1A, AEPC ile iletişim kurmak için GE'nin tescilli Ethernet Küresel Veri (EGD) protokolünü kullanır. Açı, hız, tork ve hata kodları dahil olmak üzere çeşitli sinyaller iletir. ToolboxST yazılımı kullanılarak tüm sinyaller gerçek zamanlı olarak izlenebilir ve kaydedilebilir.
4. Parametreleştirme ve Kalibrasyon
Her IS200AEPAH1A modülünün aşağıdakiler dahil olmak üzere benzersiz bir parametre seti vardır:
Dişli Oranı
Motorun Maksimum Hızı
Pozisyon/Hız Regülatörü Kazanımları
Hızlanma/Yavaşlama Oranı Limitleri
Fren Kontrol Parametreleri
Parametreler, El Tipi HMI veya ToolboxST aracı aracılığıyla çevrimiçi olarak değiştirilebilir. Bıçak konumu kalibrasyonu da (0° ve 90° limit anahtarlarını referans alarak) bu arayüzler aracılığıyla gerçekleştirilir.
Donanım Özellikleri ve Uyumluluk
Model: IS200AEPAH1A (BPPB işlemci kartıyla tek bir ünite olarak gönderilir).
Uyumlu Sürüm: IS200AEPAH1C (BPPC1 kartıyla uyumludur, ControlST yazılım paketi V04.06 veya üstünü gerektirir).
Çalışma Sıcaklığı: -30°C ila +50°C (göbek içindeki ortam).
Güç Gereksinimleri: 24 Vdc kontrol gücü; 80 Vdc maksimum motor gücü.
İletişim Arayüzleri: Ethernet (EGD), RS-485 (şarj cihazı/dönüştürücü iletişimi için).
Kurulum: Anti-statik kullanım önlemleri gerektiren eklenti modülü.
Yapılandırma ve Bakım Araçları
1. ToolboxST Yazılımı
GE'nin ToolboxST uygulaması, IS200AEPAH1A modülünü yapılandırmak, izlemek ve teşhis etmek için birincil araçtır. Temel özellikler şunları içerir:
Değişkenlerin (pozisyon, hız, akım, gerilim vb.) çevrimiçi izlenmesi
Arıza analizi için trend kaydı (Trender)
Etkinlik verilerini yakalamak için Dinamik Veri Kaydedici (DDR)
Parametre modifikasyonu ve kontrolör programı indirme
Arıza alarmlarını ve teşhislerini görüntüleme
2. El Tipi HMI (Exor ePALM10)
Yerel manuel çalıştırma için kullanılır ve aşağıdaki işlevleri destekler:
Bıçağın çalıştırılması
Dişli oranı parametresinin ayarlanması
Bıçak konumu kalibrasyonunun yürütülmesi
IP adreslerini görüntüleme ve ayarlama
Tipik Uygulama Senaryoları
1. Normal Çalışma Modu
Otomatik modda IS200AEPAH1A, optimum rüzgar enerjisi yakalama için kanat açısını sürekli olarak ayarlamak üzere ana türbin kontrol cihazından komutlar alır.
2. Bakım Modu
Manuel modda teknisyenler kurulum, devreye alma veya bakım amacıyla bıçak hareketini doğrudan kontrol etmek için Elde Taşınabilir HMI'yı kullanır.
3. Acil Durum Geçiş Yumuşatma Modu
Bir güvenlik döngüsü kopması veya şebeke elektriği kesintisi algılandığında IS200AEPAH1A, bıçağı güvenli 90° tüy konumuna getirmek için otomatik olarak pil gücüne geçer.
