CN102128133A - 兆瓦级风力发电机组变桨控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种兆瓦级风力发电机组变桨控制装置，解决了现有技术存在的影响机组的运行寿命和安全运行等问题，包括机舱控制器及变桨控制系统，其技术要点是：变桨控制系统中以包含通过信号电缆连接的变桨控制器和独立监测装置的变桨主控柜作为变桨主控单元，并由变桨电池柜、伺服控制柜、变桨电机组成三个桨叶的变桨执行单元；机舱控制器将统一的桨角给定值发送到变桨控制器；变桨主控柜与三个桨叶的变桨执行单元连接，并发送独立变桨信号给相应的伺服控制柜。其结构设计合理，变桨控制准确，实时监测桨距角调节，消除风电机组风轮运行的轴向振动，增加机组安全链的保护环节，有效地提升风电机组超速保护能力，使风电机组的运行更加可靠、稳定。

Description

兆瓦级风力发电机组变桨控制装置
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组桨叶方位角调节器，特别是一种兆瓦级风力发电机组变桨控制装置，属于风力发电控制技术领域。
背景技术
随着风电产业的飞速发展，兆瓦级风力发电机组已成为行业的主力机型，其普遍采用变桨系统对风电机组实施变桨距控制。兆瓦级风力发电机组变桨系统在相关专利文献中已有报导，如专利号为CN200820233826.2的“风力发电机组变桨系统控制装置”公开了一种风力发电机组变桨系统控制装置，但该装置在使用中存在以下问题：风机运行过程中，桨叶的空间方位角在不断变化，对桨叶调节采用统一的桨角给定，将导致风机的风轮产生轴向振荡，轴向振荡直接影响机组的载荷受力，从而影响到机组的运行寿命；机组对变桨的控制依赖于机舱主控，一旦机舱主控与变桨系统通讯故障，没能将超速信号发送到变桨系统，机舱超速继电器没能及时断开机组安全链，风机无法正常刹车停机，将对风电机组造成超速飞车的灾难性事故。
本发明的目的是提供一种兆瓦级风力发电机组变桨控制装置，解决了现有技术存在的影响机组的运行寿命和安全运行等问题，其结构设计合理，变桨控制准确，实时监测桨距角调节，在保证风机稳定输出功率的同时，消除风电机组风轮运行的轴向振动，增加机组安全链的保护环节，有效地提升风电机组超速保护能力，使风电机组的运行更加可靠、稳定。
本发明所采用的技术方案是：该兆瓦级风力发电机组变桨控制装置包括机舱控制器及其通过总线通讯的由变桨主控柜、变桨伺服控制柜、变桨电池柜、变桨电机、动力电缆和信号电缆组成的变桨控制系统，其技术要点是：所述变桨控制系统中以包含通过信号电缆连接的变桨控制器和独立监测装置的变桨主控柜作为变桨主控单元，并由第一变桨电池柜、第一伺服控制柜、第一变桨电机组成第一个桨叶的变桨执行单元；第二变桨电池柜、第二伺服控制柜、第二变桨电机组成第二个桨叶的变桨执行单元，第三变桨电池柜、第三伺服控制柜、第三变桨电机组成第三个桨叶的变桨执行单元；所述机舱控制器通过总线通讯将统一的桨角给定值发送到变桨控制器；所述变桨主控柜通过动力电缆和信号电缆分别与三个桨叶的所述变桨执行单元连接，并发送独立变桨信号给相应的所述第一、第二和第三伺服控制柜。
所述变桨主控柜内的独立监测装置通过模拟量输出通道将三个浆叶的方位角信号和风轮的转速信号发送给所述变桨控制器，通过基于桨叶方位角信号的变桨控制算法对统一的桨角给定值进行独立变桨运算，对统一的桨角给定值进行调整后，通过模拟量输出通道，同步发送到所述第一、第二和第三伺服控制柜，分别驱动所述第一、第二和第三变桨电机完成桨角调节动作。
所述变桨主控柜内的变桨控制器和独立监测装置分别与所述第一、第二和第三伺服控制柜组成机组安全链。
所述变桨主控柜内的独立监测装置的供电，由不间断供电的所述第一变桨电池柜提供。
本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明的变桨控制系统中以包含变桨控制器和独立监测装置的变桨主控柜作为变桨主控单元，并由三个变桨电池柜、三个伺服控制柜、三个变桨电机组成三个桨叶的变桨执行单元，机舱控制器通过总线通讯将统一的桨角给定值发送到变桨控制器，变桨主控柜分别与三个桨叶的变桨执行单元连接，并发送独立变桨信号给相应的三个伺服控制柜，所以其结构设计合理，变桨控制准确，能够实现实时监测桨距角调节。特别是在变桨主控柜中加入了独立监测装置，一方面可以实现风机独立变桨的参数整定，使风机实现独立变桨功能，在保证风机稳定输出功率的同时，消除了风电机组风轮运行的轴向振动，；另一方面利用能够实现不间断供电的电池柜向独立监测装置供电，增加了机组安全链的保护环节，有效地提升了风机的超速保护能力，使风电机组的运行更加可靠、稳定。因此，本发明解决了现有技术存在的影响机组的运行寿命和安全运行等问题。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的一种结构框图。
图2是本发明的控制算法原理示意图。
具体实施方式
根据图1～2详细说明本发明的具体结构。该兆瓦级风力发电机组变桨控制装置包括机舱控制器及其通过总线通讯的由变桨主控柜、变桨伺服控制柜、变桨电池柜、变桨电机、动力电缆和信号电缆组成的变桨控制系统。其中变桨控制系统以包含通过信号电缆连接的变桨控制器和独立监测装置的变桨主控柜为核心，作为变桨主控单元。并由第一变桨电池柜、第一伺服控制柜、第一变桨电机组成第一个桨叶的变桨执行单元；第二变桨电池柜、第二伺服控制柜、第二变桨电机组成第二个桨叶的变桨执行单元；第三变桨电池柜、第三伺服控制柜、第三变桨电机组成第三个桨叶的变桨执行单元。变桨主控柜通过动力电缆和信号电缆分别与三个桨叶的变桨执行单元相连，并发送独立变桨信号给相应的第一伺服控制柜、第二伺服控制柜和第三伺服控制柜。
变桨主控柜内的独立监测装置通过模拟量输出通道将风轮的转速信号和三个桨叶方位角信号发送到变桨控制器中。独立监测装置的供电，由第一变桨电池柜提供，实现不间断供电，以提高变桨控制装置的可靠性。
机舱控制器通过总线通讯将统一的桨角给定值发送到变桨控制器，独立监测装置通过模拟量通道将桨叶方位角信号发送到变桨控制器，变桨控制器通过基于桨叶方位角信号的变桨控制算法对统一的桨角给定值进行独立变桨运算，对统一的桨角给定值进行调整后，通过模拟量输出通道，同步发送到第一伺服控制柜，第二伺服控制柜，第三伺服控制柜，分别驱动第一变桨电机，第二变桨电机，第三变桨电机，完成桨角调节动作。
为了让风机在超速的情况下，使变桨控制系统能独立切断机组安全链，风机安全停机，将变桨主控柜内的变桨控制器和独立监测装置分别与第一伺服控制柜、第二伺服控制柜、第三伺服控制柜组成机组安全链。当机舱控制器总线信号发生故障时，无法将风轮转速信号发送到变桨控制器，机组安全链没有及时断开，此时变桨控制器会根据独立监测装置通过模拟量通道提供的风轮转速信号，完成故障处理中的桨角调节工作。如果判断到风轮转速已经超过设定值，独立监测装置将输出继电器节点，断开机组安全链，使机舱控制器及时获得安全链切断信号；同时变桨控制器将起动故障处理模式，对桨叶实施顺桨操作，完成机组的收桨刹车动作，使风机安全停机。
处于不同空间位置的桨叶所承受的风的大小是不同的。当桨叶位于机舱水平面垂直正上方时，所受的风最大，此时桨距角正向调整量应为最大，当桨叶位于机舱水平面垂直正下方时，所受的风最小，此时桨距角负向调整量应为最大，基于此，提出基于桨叶方位角信号的桨距角调整算法，在保证风机稳定输出功率的同时消除风轮的轴向振荡，提升风电机组整体性能。如图2所示，机舱控制器通过总线信号将统一的桨角给定值β发送到变桨控制器，独立监测装置将三个桨叶方位角α1，α2，α3实时发送到变桨控制器，通过基于桨叶方位角信号的变桨控制算法后，三个桨叶的桨角给定值分别加入了调整量参数Δβ1，Δβ2，Δβ3，调整后的参数为β1＝β+Δβ1，β2＝β+Δβ2，β3＝β+Δβ3，分别发送给第一伺服控制柜、第二伺服控制柜、第三伺服控制柜，驱动第一变桨电机，第二变桨电机，第三变桨电机，执行变桨动作。当桨距角正向调节时Δβ为正，桨距角增大，桨叶载荷减小；当桨距角负向调节时Δβ为正，桨距角减小，桨叶载荷增大；从而平衡风轮受力，使风轮在运行过程中消除了轴向振荡。

Claims (4)

1.一种兆瓦级风力发电机组变桨控制装置，包括机舱控制器及其通过总线通讯的由变桨主控柜、变桨伺服控制柜、变桨电池柜、变桨电机、动力电缆和信号电缆组成的变桨控制系统，其特征在于：所述变桨控制系统中以包含通过信号电缆连接的变桨控制器和独立监测装置的变桨主控柜作为变桨主控单元，并由第一变桨电池柜、第一伺服控制柜、第一变桨电机组成第一个桨叶的变桨执行单元；第二变桨电池柜、第二伺服控制柜、第二变桨电机组成第二个桨叶的变桨执行单元，第三变桨电池柜、第三伺服控制柜、第三变桨电机组成第三个桨叶的变桨执行单元；所述机舱控制器通过总线通讯将统一的桨角给定值发送到变桨控制器；所述变桨主控柜通过动力电缆和信号电缆分别与三个桨叶的所述变桨执行单元连接，并发送独立变桨信号给相应的所述第一、第二和第三伺服控制柜。
2.根据权利要求1所述兆瓦级风力发电机组变桨控制装置，其特征在于：所述变桨主控柜内的独立监测装置通过模拟量输出通道将三个浆叶的方位角信号和风轮的转速信号发送给所述变桨控制器，通过基于桨叶方位角信号的变桨控制算法对统一的桨角给定值进行独立变桨运算，对统一的桨角给定值进行调整后，通过模拟量输出通道，同步发送到所述第一、第二和第三伺服控制柜，分别驱动所述第一、第二和第三变桨电机完成桨角调节动作。
3.根据权利要求1所述兆瓦级风力发电机组变桨控制装置，其特征在于：所述变桨主控柜内的变桨控制器和独立监测装置分别与所述第一、第二和第三伺服控制柜组成机组安全链。
4.根据权利要求1所述兆瓦级风力发电机组变桨控制装置，其特征在于：所述变桨主控柜内的独立监测装置的供电，由不间断供电的所述第一变桨电池柜提供。
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