CN102338030A - 一种用于前端调速型风电机组的调速控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于前端调速型风电机组的调速控制装置，包括调速控制器、变频器、两个调速电机、过载保护机构、调速驱动传动机构、输出轴、变压器及电缆；调速控制器通过电缆与变频器连接，变频器通过电缆与两个调速电机分别连接，两个调速电机同轴并联并通过过载保护机构与调速驱动传动机构连接，调速驱动传动机构与输出轴连接；变频器通过变压器与电网连接。通过变频器控制一对并联的调速电机，配以调速驱动传动机构，为可变速比齿箱提供按要求连续速比变化的驱动力，适于前端调速型同步风电机组的调速控制要求。该装置具有效率高、结构简单、控制方便、安全可靠、能够承载较大负荷和实现大的调速范围及良好的动态特性和稳态性能等优点。

Description

一种用于前端调速型风电机组的调速控制装置
技术领域
本发明涉及前端采用可变速比齿箱调速的风电机组领域，具体地，涉及一种调速控制装置，用于为风力发电机组的前端可变速比齿箱提供调速驱动力。
背景技术
常规风力发电机组大部分采用变桨双馈异步机型和直驱机型。变速变桨双馈异步机型采用双馈异步发电机，双馈异步发电机转子发出的电能需要1/3额定容量的变频器才可转换成与电网同步的电能。变速变桨直驱机型采用永磁同步发电机，发出的电能需要与发电机同功率容量的变流器才可转换成与电网同步的电能。
而前端调速型同步风力发电机组，通过发电机前端调速达到同步转速输出直接连同步发电机，不需要功率变频器就可以得到与电网同步的电能。
目前的前端调速型同步风力发电机组采用的有液力变速调速方式、电磁耦合调速方式、变量泵调速方式及可变速比齿箱调速方式，其中，可变速比齿箱是在传统风电机组固定速比的增速齿轮箱输出端增加一级行星差动调速机构构成的机械调速机构，通过调速电机对差动调速机构进行连续调速控制，可实现可变速比齿轮箱的连续无级调速和机组安全稳定运行控制。但目前一般采用单个调速电机直接对可变速比齿轮箱调速，此种结构的调速装置存在的缺陷是：调速电机尺寸大、安装不便、效率不高、不能够承载较大负荷以及实现较大的调速范围。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种效率高、能够承受较大负荷和实现较大调速范围的用于前端调速型风电机组的调速控制装置。
实现上述目的的技术方案如下：
一种用于前端调速型风电机组的调速控制装置，包括调速控制器、变频器、两个调速电机、过载保护机构、调速驱动传动机构、输出轴、变压器及电缆；所述调速控制器通过电缆与变频器连接，变频器通过电缆与两个调速电机分别连接，两个调速电机同轴并联并通过过载保护机构与调速驱动传动机构连接，调速驱动传动机构与输出轴连接；所述变频器通过变压器与电网连接。
进一步地，所述调速驱动传动机构包括主动齿轮、惰轮、从动齿轮及壳体，主动齿轮、惰轮及从动齿轮依次啮合并置于壳体内，主动齿轮与所述过载保护机构连接，从动齿轮与所述输出轴连接。
进一步地，所述过载保护机构为制动器、安全联轴器或离合器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用两个调速电机并联型式的调速控制装置，通过变频器控制调速电机，再配以一组调速驱动传动机构(如传动齿轮)，为可变速比齿箱提供按要求连续速比变化的驱动动力。可驱动控制可变速比齿箱实现变转速输入、恒定转速输出的齿箱连续可变速比的增速功能，以达到风轮变速条件下后接同步发电机输出频率恒定的电能，适应于前端调速型同步风力风电机组的调速控制要求，具有调速电机尺寸小、安装方便、效率高、控制简单、安全可靠、能够承载较大负荷和实现大的调速范围及良好的动态特性和稳态性能等优点。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的调速控制装置原理图；
图2为采用本发明调速控制装置的前端调速型同步风力发电机组结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的一种用于前端调速型风电机组的调速控制装置，包括调速控制器6、变频器7、两个调速电机(2、5)、过载保护机构4、调速驱动传动机构、输出轴11、变压器8及电缆10；调速控制器6通过电缆10(控制电缆)与变频器7连接，变频器7通过电缆10(电力电缆)与两个调速电机(2、5)分别连接，两个调速电机(2、5)同轴并联并通过过载保护机构4与调速驱动传动机构连接，调速驱动传动机构与输出轴11连接；变频器7通过变压器8与电网9连接。
其中，调速驱动传动机构包括主动齿轮3(Z1)、惰轮12(Z2)、从动齿轮13(Z3)及壳体1，主动齿轮3、惰轮12、从动齿轮13依次啮合并置于壳体1内，主动齿轮3与过载保护机构4连接，从动齿轮13与输出轴11连接。
其中，过载保护机构4可采用制动器、安全联轴器或离合器。
本发明的工作原理是：
如图1所示，其中箭头表示电力传递/控制方向。通过调速控制器6，依照前端调速型同步风力发电机组的调速控制要求，发出控制指令，通过变频器7以一拖二的方式控制一对并联的调速电机2和5，同步输出转速nd和扭矩Td。通过过载保护机构4将两个同轴并联一起的调速电机2、5与调速驱动传动机构中的主动齿轮3连接，过载保护机构4提供了在过载等非常工况下对调速电机2、5的安全保护装置。壳体1、主动齿轮3、惰轮12、从动齿轮13构成调速驱动传动机构，调速驱动传动比为it＝Z3/Z1，通过调节Z1、Z3齿数匹配传动比it来根据调速特性要求确定选择合适输出特性的调速电机，以此获得调速驱动转速nt＝nd/it，调速驱动扭矩Tt＝2Td*it，作为可变速比齿箱的调速驱动力来控制其速比变化，进而完成前端调速型同步风力风电机组的调速控制功能。
调速控制器6通过变频器7控制的调速电机2、5，为可输出连续变转速nd的动力设备，并经调速驱动传动机构获得所需要的调速驱动转速nt；根据所需可变速比的要求控制获得对应的调速驱动转速nt输出，就实现整个可变速比齿箱在调速范围内依照前端调速型风电机组动力特性要求的连续的可变速比传动。
本发明中的调速电机的控制方式为：
调速电机2、5作为刚性并联的一对主从调速电机，调速电机2(主电机)采用矢量控制，调速电机5(从电机)用直接转矩控制。主电机控制输出转速nd，充分发挥变频器7矢量控制的良好调速性能和在低速时的高转矩输出特性，转速、转矩双闭环，为保证两电机输出功率平衡，从电机跟踪主电机的转矩，使其输出功率与主电机保持一致，从而防止单个电机做功致使电机被烧坏。
调速电机类型包括永磁同步电机、开关磁阻电机等可进行并联工作和变频调速控制的电动机，并联后可使所需调速电机输出扭矩降低1/2，从而减小调速电机结构尺寸和机座号，方便调速装置的安装布置。
如图2所示，为采用本发明调速控制装置的前端可变速比齿箱调速型同步风力发电机组示意图，将调速装置的输出轴作为调速驱动轴与可变速比齿箱连接，为可变速比齿箱提供按前端调速型风电机组调速要求连续速比变化的驱动动力，以达到风轮变速条件下后接同步发电机输出频率恒定的电能，适应于前端调速型同步风力风电机组的调速控制要求。此调速控制装置具有效率高、结构简单、控制方便、安全可靠、能够承载较大负荷和实现大的调速范围及良好的动态特性和稳态性能等优点。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于前端调速型风电机组的调速控制装置，其特征在于，包括调速控制器、变频器、两个调速电机、过载保护机构、调速驱动传动机构、输出轴、变压器及电缆；
所述调速控制器通过电缆与变频器连接，变频器通过电缆与两个调速电机分别连接，两个调速电机同轴并联并通过过载保护机构与调速驱动传动机构连接，调速驱动传动机构与输出轴连接；
所述变频器通过变压器与电网连接。
2.根据权利要求1所述的调速控制装置，其特征在于，所述调速驱动传动机构包括主动齿轮、惰轮、从动齿轮及壳体，主动齿轮、惰轮及从动齿轮依次啮合并置于壳体内，主动齿轮与所述过载保护机构连接，从动齿轮与所述输出轴连接。
3.根据权利要求1或2所述的调速控制装置，其特征在于，所述过载保护机构为制动器、安全联轴器或离合器。
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