CN102192084A - 风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统 - Google Patents

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本发明公开了一种风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统，与主控系统相互连接，用于控制风力发电机组的变桨用电机。该风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统包括一复杂可编程逻辑器件CPLD、一电流信号采集模块、一旋变解码电路、一模数转换器ADC、一处理器DSP、一驱动电路模块、一旋转变压器及一智能功率模块IPM。本发明风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统可根据风力发电机组的主控系统采集到的风况信息实现实时变桨，使风力发电机组的桨叶始终保持在最佳的功率输出状态。

Description

风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统
技术领域
本发明涉及风力发电控制技术领域，尤其涉及一种风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统。
背景技术
风力发电控制技术领域中风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统主要功能是根据实时的风况信息调整风力发电机组的桨叶，使桨叶始终保持在能够获得最大能量输出的角度、位置等。
然而，由于风况的实时可变性及气动效应的影响，变桨距控制系统已经成为多变量非线性的不确定系统。现有的变桨距控制系统主要通过PID控制来实现控制目的。这种方法首先往往需要建立有效的系统数学模型，而空气动力学的不确定性和系统的复杂性，使建立一个精确地系统模型非常困难，基于现有技术的这种缺陷与产品精确需求，需要开发一种根据风况信息实时调节桨叶的风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统。
发明内容
本发明的目的之一是针对上述背景技术存在的缺陷，提供一种可实现实时变桨的风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统。
为实现上述目的，本发明提供的风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统与主控系统相互连接，用于控制风力发电机组的变桨用电机。风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统包括一复杂可编程逻辑器件CPLD、一电流信号采集模块、一旋变解码电路、一模数转换器ADC、一处理器DSP、一驱动电路模块、一旋转变压器及一智能功率模块IPM，其中，电流信号采集模块用于采集输入变桨用电机的电流信号，旋转变换器用于接受旋变解码电路送来的激励信号，且该旋转变压器可根据激励信号感应输出两路正交的带有位置信息的调制信号给旋变解码电路，模数转换器ADC用于转换电流信号采集模块送来的电流信号，转换后的数据经由复杂可编程逻辑器件CPLD缓存，处理器DSP通过复杂可编程逻辑器件CPLD中的译码电路获取该数据，旋变解码电路用于解码旋转变压器送出的两路正交的信号并转换成相应的速度信号和位置信号，处理器DSP可通过复杂可编程逻辑器件CPLD来控制模数转换器ADC和旋变解码电路的工作、获取它们的数据、并可直接控制驱动电路模块的工作，驱动电路模块用于接收、处理来自处理器DSP送出的调整控制指令并将所述调整控制指令转换成驱动信号，智能功率模块IPM接受驱动电路模块送入的驱动信号并根据该驱动信号调整变桨用电机两端的电压。
综上所述，本发明风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统可根据风力发电机组的主控系统采集到的风况信息实现实时变桨，使风力发电机组的桨叶始终保持在最佳的功率输出状态。
附图说明
图1为本发明风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统的结构示意图。
图2为本发明风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统工作原理示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及效果，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1，本发明风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统100包括一复杂可编程逻辑器件CPLD10、一旋变解码电路20、一模数转换器ADC30、一处理器DSP40、一驱动电路模块50、一智能功率模块IPM60、一旋转变压器70及一信号调整电路模块80、一电流信号采集模块90。
电流信号采集模块90架设在向变桨用电机200输入电流的线路上，用于采集输入变桨用电机200的电流信号，所述电流信号为模拟信号。
信号调整电路模块80架设在模数转换器ADC30与电流信号采集模块90之间，用于调整电流信号采集模块90采集的电流信号，以提高电流信号采集模块90输向模数转换器ADC30的电流信号的线性度和精度。具体的，采集到的电流信号经信号调整电路模块80的滤波、放大等处理后由模数转换器ADC30接受。
模数转换器ADC30根据处理器DSP40的控制指令对相应的电流信号进行转换和传输。
旋转变换器70用于接受旋变解码电路20送来的激励信号，且该旋转变压器70可根据激励信号感应输出两路正交的带有位置信息的调制信号给旋变解码电路20。所述旋变解码电路20用于解码所述旋转变压器70送出的两路正交的信号并转换成相应的速度信号和位置信号，故而达成信号采集的目的。所述旋变解码电路20送出的速度信号和位置信号是数字信号。
处理器DSP40可通过复杂可编程逻辑器件CPLD10来控制模数转换器ADC30和旋变解码电路20的工作并可控制驱动电路模块50的工作。具体的，处理器DSP40可读取模数转换器ADC30送入复杂可编程逻辑器件CPLD10内暂存的电流信号；同时，处理器40可读取旋变解码电路20送入复杂可编程逻辑器件CPLD10内暂存的速度信号和位置信号。在本具体实施例中，处理器DSP40通过数据总线送出相应的控制指令给复杂可变程逻辑器件CPLD10。
处理器DSP40比较主控系统（图中未示）输出的驱动变桨用电机200的速度信号与旋变解码电路20送入的速度信号，求出两电流信号之间的误差，处理器DSP比较送出的电流指令所要求的电流信号与电流信号采集模块90采集到的电流信号，求出两电流信号的误差后作相应分析处理并输出调整控制指令给驱动电路模块50。
模数转换器ADC30用于转换电流信号采集模块送来的电流信号，转换后的数据暂存在复杂可编程逻辑器件CPLD10中，以供处理器DSP40读取。具体的，模数转换器ADC30可用于将经信号调整电路模块80处理后送入的电流信号转换成数字信号并送入复杂可变程序逻辑器件CPLD10。
请续参阅图1，复杂可编程逻辑器件CPLD10，具有译码、数据暂存及故障处理功能。具体的，所述复杂可编程逻辑器件CPLD10可用于将处理器DSP40输入的控制指令译码成模数转换器ADC30及旋变解码电路20可接受的控制信号并可通过上述控制信号来控制模数转换器ADC30及旋变解码电路20工作；可用于暂存旋变解码电路20及模数转换器ADC30送入的速度信号、位置信号及电流信号；可用于监测输向变桨用电机200的电压、电流及智能功率模块IPM60的温度，对过压、过流、欠压及过温进行处理，以保证变桨用电机的安全运行。
驱动电路模块50用于处理来自处理器DSP40送出的调整控制指令并将所述调整控制指令转换成驱动信号。
智能功率模块IPM60接受驱动电路模块50送入的驱动信号并根据驱动信号调整变桨用电机200两端的电压，进而达到根据实时的风况准确地调整变桨用电机200的速度、电流等。
请续参阅图1，本发明风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统100的复杂可编程逻辑器件CPLD10分别与模数转换器ADC30、处理器DSP40及旋变解码电路20以并行接口的方式实现各器件模块的电连接。采用并行接口的连接方式可有效地提高风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统100处理数据的速度，使处理器DSP负荷大大降低，易于置入复杂的控制算法，整体上提高风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统100处理数据的能力和效率。
请参阅图2，处理器DSP40内置有至少一速度调节器401、一电流调节器402及一PWM发生器403。
请续参阅图1及图2，本发明风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统100的工作原理如下：风力发电机组(图中未示)的主控系统(图中未示)根据采集到的风况信息给出相应的速度指令并驱动变桨用电机200动作以实现相应的变桨动作；旋变解码电路20将旋转变压器70将感应送入的带位置信息的调制模拟信号转换成相应的数字信号后送出；所述速度信号可由复杂可编程逻辑器件CPLD10输向所述处理器DSP40；所述处理器DSP40比较主控系统给出的速度指令与处理器DSP40读取的速度信号并根据比较后的速度误差信号控制速度调节器401给出相应的电流指令。该电流指令与采集到的电流值进行比较，处理器DSP40根据比较后的电流误差信号控制电流调节器402给出相应的电压指令；电流调节器402输出相应的电压调节指令给PWM发生器403，所述PWM发生器403将电压调节指令转换成相应的驱动信号并送给智能功率模块IPM80，所述智能功率模块IPM80接收并根据相应的驱动信号调整变桨用电机200两端的电压，于此同时，变桨用电机200根据加载在其两端的电压输出相应的功率，进而确保风力发电机组的桨叶能够调整到最佳的功率输出状态。
所述的变桨用电机200被调整后，风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统100各器件模块继续执行各自的功能，实时监测变桨用电机200的各项数据信息并进行相应的转换、比较、控制等动作后实现实时变桨。
综上所述，本发明风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统100可根据风力发电机组组的主控系统采集到的风况信息实现实时变桨，使风力发电机组的桨叶始终保持在最佳的功率输出状态。
以上所述的技术方案仅为本发明风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统100的较佳实施例，任何在本发明风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统100基础上所作的等效变换或替换都包含在本专利的权利要求的范围之内。

Claims (6)

1.一种风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统，与主控系统相互连接，用于控制风力发电机组的变桨用电机，其特征在于：包括一复杂可编程逻辑器件CPLD、一电流信号采集模块、一旋变解码电路、一模数转换器ADC、一处理器DSP、一驱动电路模块、一旋转变压器及一智能功率模块IPM，其中，电流信号采集模块用于采集输入变桨用电机的电流信号，旋转变换器用于接受旋变解码电路送来的激励信号，且该旋转变压器可根据激励信号感应输出两路正交的带有位置信息的调制信号给旋变解码电路，模数转换器ADC用于转换电流信号采集模块送来的电流信号，转换后的数据经由复杂可编程逻辑器件CPLD缓存，处理器DSP通过复杂可编程逻辑器件CPLD中的译码电路获取该数据，旋变解码电路用于解码旋转变压器送出的两路正交的信号并转换成相应的速度信号和位置信号，处理器DSP可通过复杂可编程逻辑器件CPLD来控制模数转换器ADC和旋变解码电路的工作、获取相关的数据、并可直接控制驱动电路模块的工作，驱动电路模块用于接收、处理来自处理器DSP送出的调整控制指令并将所述调整控制指令转换成驱动信号，智能功率模块IPM接受驱动电路模块送入的驱动信号并根据该驱动信号调整变桨用电机两端的电压。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统，其特征在于：所述复杂可编程逻辑器件CPLD分别与模数转换器ADC、处理器DSP及旋变解码电路以并行接口的方式实现各器件模块的电连接。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统，其特征在于：所述风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统还包括一信号调整电路模块，架设在模数转换器ADC与电流信号采集模块之间，用于调整电流信号采集模块采集的电流信号。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统，其特征在于：所述旋转变压器安装在变桨用电机上。
5.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统，其特征在于：所述电流信号采集模块架设在向变桨用电机输入电流的线路上。
6.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨用伺服驱动控制系统，其特征在于：所述处理器DSP内置有至少一速度调节器、一电流调节器及一PWM发生器。
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