CN102518554B - 风力发电机组变桨控制系统 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机组变桨控制系统，包括供电装置和线性电源，供电装置设有开关电源，开关电源的输入端接三相交流电源，输出端接变频驱动器的输入端，变频驱动器的输出端串联继电器的常闭开关后接三相交流电机，开关电源的输出正端和输出负端之间跨接有储能电源，线性电源的输入端接三相交流电源，输出端串联继电器常开开关后接三相交流电机，线性电源的输出端还连接有整流桥的输入端，该整流桥的输出正端与开关电源的输出正端连接，整流桥的输出负端与开关电源的输出负端连接；本发明采用开关电源、线性电源、储能电源组合供电，任何一路电源甚至两路电源出现故障都不影响供电，保证变桨系统供电安全，从而保证整个风电机组在紧急情况下的安全。

Description

风力发电机组变桨控制系统

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其是一种风力发电机组变桨控制系统。

背景技术

风能作为一种发展迅猛的清洁能源，具有广阔的发展前景。近年来，风力发电机组经历了定桨距失速型、全桨叶变距型、基于变速恒频技术的变速型以及智能型的飞速发展，在此发展过程中，风力发电机组控制技术的发展起了决定作用，桨叶驱动控制技术的发展对整体技术的发展发挥了重要的推动作用。桨叶控制关系到整个风电机组的安全，因此桨叶控制装置的可靠性显得尤为重要，在桨叶回到安全位置前，必须保证驱动桨叶的能量供给万无一失，即使是在外电源不能提供的情况下。

目前我国乃至全球的风力发电设备中的变桨控制装置主要有两种主流产品：一种是传统的采用直流电机作为执行部件、蓄电池作为后备电源的直流伺服驱动控制装置，采用直流伺服驱动技术，在系统发生故障时，自动切换到蓄电池供电，驱动桨叶回到安全位置。但蓄电池使用寿命短及维护周期短和耐低温性能差成为了阻碍其发展的致命缺陷。第二种是采用交流电机作为执行部件、超级电容作为后备电源的交流伺服驱动控制装置。采用超级电容作为后备电源，较好地解决了使用寿命和低温性能问题，但这种产品的运行控制、系统故障处理结果的执行、手动和自动都完全依赖于伺服驱动器，而一旦伺服驱动器本身发生故障，则桨叶将不能回到零功率角位置，从而使整个风电机组处于不安全状态。在风电场曾多次出现因备用电源故障导致桨叶无法回到安全位置而使风机倒塔的毁灭性事件。另外，这两种产品在风电场对叶片进行安装时都需要额外制作一套对蓄电池或超级电容进行充电的辅助电源或直接带动执行电机的电源设备，这增加了产品的操作繁琐程度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种电源组合供电使用安全的风力发电机组变桨控制系统，该系统的供电适应能力强，在满足需要的前提下无需额外增加辅助供电装置，功能完善。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组变桨控制系统，包括供电装置，该供电装置设置有开关电源，所述开关电源的输入端接三相交流电源，输出端接变频驱动器的输入端，该变频驱动器的输出端串联继电器的常闭开关后接三相交流电机，所述开关电源的输出正端和输出负端之间跨接有储能电源，所述变频驱动器的变频信号确认端还与所述继电器的绕线圈的一端连接，该绕线圈的另一端接正电压，其特征在于，还包括线性电源，该线性电源的输入端接三相交流电源，该线性电源的输出端串联所述继电器常开开关后接三相交流电机，所述线性电源的输出端还连接有整流桥的输入端，该整流桥的输出正端与所述开关电源的输出正端连接，该整流桥的输出负端与所述开关电源的输出负端连接。

进一步技术特征，所述线性电源与三相交流电源之间的电路上还串联有相序切换开关。

进一步技术特征，所述开关电源、储能电源、线性电源以及变频驱动器还分别连接有控制器。

本发明的积极效果是：

1、采用开关电源、线性电源、储能电源组合供电，任何一路电源甚至两路电源出现故障都不影响供电，保证变桨系统供电安全，从而保证整个风电机组在紧急情况下的安全，风机的可靠性和安全性高。

2、采用组合供电方式，可以极大地提高供电装置的适应能力。风力发电机组在极端负荷的时候往往也是最危险地的时候，要求变桨系统的供电装置提供足够大的能量以满足需求，组合供电方式是单一供电方式的三倍甚至更高，最大限度地满足需求，提高了风机的环境适应能力。

3、风力发电机组变桨控制装置除了满足机组运行时对桨叶控制的需要以外，还需要满足其他如轴承、叶片安装等方面的需要，本装置可以直接使用而不需额外增加一套辅助供电装置，从而使系统功能更加完善。

附图说明  

图1为本发明的原理框图；

图2为供电装置的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，一种风力发电机组变桨控制系统，包括供电装置，该供电装置设置有开关电源和线性电源，其中开关电源的输入端接三相交流电源，输出端接变频驱动器的输入端，该变频驱动器的输出端串联继电器2的常闭开关后接三相交流电机，开关电源的输出正端和输出负端之间跨接有储能电源，变频驱动器的变频信号确认端还与继电器2的绕线圈的一端连接，该绕线圈的另一端接正电压，所述线性电源的输入端接三相交流电源，该线性电源的输出端串联继电器2常开开关后接三相交流电机，线性电源的输出端还连接有整流桥1的输入端，该整流桥1的输出正端与开关电源的输出正端连接，该整流桥1的输出负端与开关电源的输出负端连接，开关电源、储能电源、线性电源以及变频驱动器还分别连接有控制器。

400V的交流电源分别输入开关电源和线性电源，开关电源输出一路标准的直流电源，其幅值与变桨系统要求的一致，当储能电源能量不够时，开关电源首先为其充电，当储能电源充满后，开关电源的输出可以满足变桨系统的正常用电需求。线性电源的输出分两路，一路直接输出连接交流伺服电机，另外一路经整流后与开关电源的输出和储能电源两端相连。设计中需考虑线性电源的输出幅值经整流后应低于开关电源，因为本供电装置开关电源为主电源，线性电源为辅助电源，而储能电源为备用电源，由于线性电源的输出幅值受AC400V输入电源的波动影响较大，如果输出幅值过高，超过了备用电源的耐受值，将对备用电源的安全构成威胁，因此必须限制在AC400V输入电源最大时，线性电源的输出不能超过备用电源的耐受值，可以考虑在储能电源两端增加一个过压保护功能块以保护储能电源的安全。当储能电源能量较低时，线性电源和开关电源一起为储能电源充电，当储能电源端电压达到和超过线性电源输出电压时，线性电源停止为储能电源充电，由开关电源继续充电直到电压平衡，整个供电装置处于准备好状态，采用开关电源、线性电源、储能电源组合供电方式，其中任何一路电源甚至两路电源出现故障都不影响供电，基本可以保证变桨系统供电的万无一失，从而保证整个风电机组在紧急情况下的安全。

电源装置输入三相交流电源，输出一路为变频驱动器供电的直流电源和一路可以直接为三相交流电机供电的交流电源。其自身运行状态、故障信息通过通讯端口发送给控制器。当变桨控制系统无故障正常运行时，由内置的开关电源直接输出一路直流电源向伺服驱动器供电；当变频驱动器发生故障时，输出故障信号，继电器2通电工作，常开开关闭合切换到供电装置的交流输出端，由内置的线性电源输出一路交流电源直接向交流伺服电机供电，驱动电机带动桨叶回到安全位置。在外电源切断的情况下，由内置的储能装置（超级电容）向变频驱动器供电；当风电机组长时间处于超负荷运行状态、仅依靠三路电源中的一路供电无法满足需求时，可以两路甚至三路电源同时供电。供电装置的这些功能，弥补了某些变桨系统对变桨电机的驱动控制完全依赖变频驱动器的不足，可以提高变桨系统乃至整个机组的安全性，提高风机的环境适应能力。

线性电源与三相交流电源之间的电路上还串联有相序切换开关，利用相序切换开关，可以实现对变桨电机的转向控制，因而在风场进行叶片安装、校对时可以直接使用而不需要额外的辅助电源。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (1)

1.一种风力发电机组变桨控制系统，包括供电装置，该供电装置设置有开关电源，所述开关电源的输入端接三相交流电源，输出端接变频驱动器的输入端，该变频驱动器的输出端串联继电器（2）的常闭开关后接三相交流电机，所述开关电源的输出正端和输出负端之间跨接有储能电源，所述变频驱动器的变频信号确认端还与所述继电器（2）的绕线圈的一端连接，该绕线圈的另一端接正电压，其特征在于，还包括线性电源，该线性电源的输入端接三相交流电源，该线性电源的输出端串联所述继电器（2）常开开关后接三相交流电机，所述线性电源的输出端还连接有整流桥（1）的输入端，该整流桥（1）的输出正端与所述开关电源的输出正端连接，该整流桥（1）的输出负端与所述开关电源的输出负端连接；线性电源的输出幅值经整流后应低于开关电源；在储能电源两端增加一个过压保护功能块以保护储能电源的安全；

所述线性电源与三相交流电源之间的电路上还串联有相序切换开关；

所述开关电源、储能电源、线性电源以及变频驱动器还分别连接有控制器。

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