CN101832229A - 一种基于运动控制器的风力发电变桨伺服控制系统 - Google Patents

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郑恩让
李凤婷
高飞
张玲
胡适中
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Abstract

一种基于运动控制器的风力发电变桨伺服控制系统，包括运动控制器，运动控制器的模拟量输入部分与传感器模块的模拟量输出部分相连，伺服电机的驱动电路的逆变模块的输入控制端与运动控制器的输出控制端相连，伺服电机组的三相输入接于驱动电路的整流模块输出端，伺服电机组的编码器与驱动电路的逆变模块的输出控制端相连，伺服电机组带动桨叶组，伺服电机组的转速及桨叶的旋转状况再通过传感器模块反馈给运动控制器，实现闭环控制；运动控制器的控制输入端再与风力发电控制系统的模拟量输出端相连接，通过风力发电控制系统的监控画面监测运行状况，具有灵活性强，可靠性高，控制精确，自动化程度高等特点。

Description

一种基于运动控制器的风力发电变桨伺服控制系统
技术领域
本发明涉及一种变桨距风力发电系统的桨距控制，特别涉及一种基于运动控制器的风力发电变桨伺服控制系统。
背景技术
现代风力发电兴起于20世纪70年代，是近年来发展最快的绿色能源之一。2008年全国风电装机容量就突破了1000万KW，预计2020年可达8000万KW甚至更高。
目前国际上风电机组正朝着大型化、变桨距和变速恒频的方向不断发展，兆瓦级风力机已经成为了国际风力发电市场的主流产品。目前的风力发电变桨距控制系统大都是液压控制或用CPU作为主控制器，由传感器测量风速，当风速变化时，通过液压系统或是CPU控制桨叶的转动，调节桨叶之间的节距角。由于风力机具有非线性空气动力特征、工作风速范围宽、加之能量传递链的柔性结构和转速变化的机械阻尼的影响，以及主控制器编程麻烦，使风力发电系统的变桨距控制成为一个难题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种基于运动控制器的风力发电变桨伺服控制系统，从控制策略上着手对变桨距风力发电机组进行分析研究，采用运动控制器对作为变桨控制系统的控制核心，具有灵活性强，可靠性高，控制精确，自动化程度高的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于运动控制器的风力发电变桨伺服控制系统，包括运动控制器2，运动控制器2的模拟量输入部分与传感器模块1的模拟量输出部分相连，伺服电机的驱动电路3的逆变模块的输入控制端与运动控制器2的输出控制端相连，伺服电机组4的三相输入接于驱动电路3的整流模块输出端，伺服电机组4的编码器与驱动电路3的逆变模块的输出控制端相连，伺服电机组4带动桨叶组5，运动控制器2的控制输入端再与风力发电控制系统6的模拟量输出端相连接，通过风力发电控制系统6的监控画面监测运行状况。
本发明通过传感器模块1测量风速，并将信号传送给运动控制器2，运动控制器2控制与桨叶组5对应的伺服电机组4的转子转速，通过减速装置，带动桨叶旋转，控制桨叶的节距角，具有灵活性强，可靠性高，控制精确，自动化程度高等特点。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图。
图2为本发明的控制系统连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1，一种基于运动控制器的风力发电变桨伺服控制系统，包括运动控制器2，运动控制器2的模拟量输入部分与传感器模块1的模拟量输出部分相连，伺服电机的驱动电路3的逆变模块的输入控制端与运动控制器2的输出控制端相连，伺服电机组4的三相输入接于驱动电路3的整流模块输出端，伺服电机组4的编码器与驱动电路3的逆变模块的输出控制端相连，伺服电机组4带动桨叶组5，伺服电机组4的转速及桨叶的旋转状况再通过传感器模块1反馈给运动控制器2，实现闭环控制。运动控制器2的控制输入端再与风力发电控制系统6的模拟量输出端相连接，通过风力发电控制系统的监控画面监测运行状况。
其中传感器模块1所采集的数据分为两部分，一部分为风速和风向的数据，主要来自机舱外部的风速仪，这部分数据送往控制系统6，控制系统6根据这些参数向运动控制器2发送变桨指令；另一部分为伺服电机的转速和旋转角度，数据主要来自于伺服电机的编码器和角度传感器，这部分数据同时送往运动控制器2和控制系统6，运动控制器2根据这些数据来校正电机的转速和旋转角度，同时控制系统6将数据处理后显示在控制台上，以便对其进行监控。运动控制器2综合控制系统6的指令和伺服电机的转速、角度反馈信号，来控制电机，调节桨叶的角度，从而调整风力机的转速，控制发电机的转速，与发电机励磁系统共同稳定机组的输出功率。这种控制方式灵活，且可靠性高，控制精确，与发电机励磁系统共同调节输出功率，提高了机组的效率。
参照图2，风力发电控制系统6包括一个微控制器PLC7，微控制器PLC7的模拟量输入端连接有传感器模块1，微控制器PLC7的控制输出端连接有运动控制器2，数字量输出端连接控制台8。风力发电系统6的控制输出端向运动控制器2发送动作指令，指挥运动控制器2进行动作；同时处理后的数据通过数字量输出端发送给控制台8，可用于控制台8上的数据显示，对数据进行实时监控，以便操作人员根据具体情况通过控制台8的数字量输出端对微控制器PLC7的参数进行校正，本系统中的所有参数均可在微控制器PLC7中进行设置，并可通过控制台8进行监测，本系统中的传感器模块包括风速仪、电机旋转角度传感器及电机转速编码器。
本发明的具体原理是：自然风的风速通过传感器模块1的风速仪传送到运动控制器2，驱动运动控制器2与预先设计好的最佳风能利用率的额定输出功率进行比较，控制器再将控制信号传送到伺服电机驱动电路3中，驱动电路3将控制信号转换成控制伺服电机转子转速的信号，传送给伺服电机组4，带动桨叶组5旋转，来控制桨叶之间的节距角。每一个桨叶都需要一套独立的伺服电动机，减速器和齿轮副驱动。在风速低于额定风速(风力机的风速利用范围一般为3m/s-25m/s)时，发电机输出功率未达到额定功率，应尽可能将风能转化为输出的电能。运动控制器2根据输入的风速变化，通过驱动电路3控制伺服电机组4的转子转速，使桨叶的节距角保持最优捕风位置，吸收尽可能多的风能，此时发电机的输出功率随风速变化而变化；当风速高于额定风速时，运动控制器2通过驱动电路3控制伺服电机组4的转子转速，增大桨叶节距角，减少吸收的风能，降低发电机的输出功率，最终使得输出功率稳定在额定功率附近。风速在额定风速左右时，发电机输出功率稳定。在整个控制过程中，桨叶的节距角通过传感器模块1中的角度传感器实时反馈给运动控制器2，进而达到实时最优控制，使风能的利用率为最佳。并且发电机的运行状况可以通过风力发电控制系统6监测。

Claims (1)

1.一种基于运动控制器的风力发电变桨伺服控制系统，包括运动控制器(2)，其特征在于，运动控制器(2)的模拟量输入部分与传感器模块(1)的模拟量输出部分相连，伺服电机的驱动电路(3)的逆变模块的输入控制端与运动控制器(2)的输出控制端相连，伺服电机组(4)的三相输入接于驱动电路(3)的整流模块输出端，伺服电机组(4)的编码器与驱动电路(3)的逆变模块的输出控制端相连，伺服电机组(4)带动桨叶组(5)，运动控制器(2)的控制输入端再与风力发电控制系统(6)的模拟量输出端相连接。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

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