CN102619682B - 用于风力发电机组的变桨控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于风力发电机组的变桨控制系统，其包括：主控制器、从控制器、电动机和变桨减速机，其中，主控制器与多个从控制器通过通信总线相连接，每个叶片对应一个从控制器和至少两台电动机，每台电动机带动一台变桨减速机；主控制器用于根据风速、发电机功率和转速计算叶片的变桨期望值；从控制器根据变桨期望值驱动电动机带动变桨减速机，从而带动叶片变桨。

Description

用于风力发电机组的变桨控制系统
技术领域
本发明涉及风电领域，具体而言，涉及一种用于风力发电机组的变桨控制系统。
背景技术
在大型风力发电机组中，通过变桨控制系统调整轮毂上的叶片桨距角，依据风速的变化随时调节桨距角来控制风力发电机吸收的风能，从而提高整个机组的效率，保持机组的功率和速度稳定，并且能够有效减少风机载荷。
图1为相关技术中风力发电机变桨控制系统的结构示意图。变桨控制系统一般是由风机的主控制器计算出桨距角，然后发送指令给每个叶片对应的变桨变频器，由变桨变频器控制相应的电动机运动，从而带动变桨减速机转动，最后通过减速机小齿轮与变桨轴承大齿圈的刚性啮合使叶片转动。
随着风电机组单机容量的不断增大，叶片也不断增长，使得变桨驱动所需的功率也在不断增大，相应的对变桨电机和减速机的力矩要求和轴承大齿圈的硬度等要求也在不断提升，但是设计其相应的电气与机械部件来实现超大功率的风机变桨系统存在一定的困难。
发明内容
本发明提供一种用于风力发电机组的变桨控制系统，可以在不增加电气与机械负担的基础上解决超大功率风电机组的变桨驱动问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于风力发电机组的变桨控制系统，其包括：主控制器、从控制器、电动机和变桨减速机，其中，主控制器与多个从控制器通过通信总线相连接，每个叶片对应一个从控制器、至少两台电动机，每台电动机带动一台变桨减速机；主控制器用于根据风速、发电机功率和转速计算叶片的变桨期望值；从控制器根据变桨期望值驱动电动机带动变桨减速机，从而带动叶片变桨。
较佳的，上述通信总线为CAN总线。
较佳的，上述主控制器为PLC。
较佳的，上述从控制器为变频器。
较佳的，上述变频器根据至少两台电动机各自编码器的位置反馈值对速度进行闭环控制，具体包括：
当至少两台电动机各自的编码器的位置反馈值间的差值大于设定阈值时，上报故障并顺桨停机，否则，根据其平均值对速度进行闭环控制。
上述实施例中，大型风力发电机的每个叶片采用多台电机驱动，使用原有的较小功率的变桨电机与减速机就可以完成，使得变桨更为可靠稳定，实现了大功率风力发电机组对变桨驱动功率的需求，同时不增加减速机的机械负荷，对变桨轴承大齿圈的硬度要求也没有提升，可以在不增加电气与机械负担的基础上解决超大功率风电机组的变桨驱动问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为相关技术中风力发电机变桨控制系统的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的用于风力发电机组的变桨控制系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2为本发明一个实施例的用于风力发电机组的变桨控制系统示意图。如图2所示，其包括：主控制器、从控制器、伺服电机和变桨减速机(图中未示出)，其中
主控制器与多个从控制器通过通信总线相连接，每个叶片对应一个从控制器、至少两台电动机，每台电动机带动一台变桨减速机；
主控制器用于根据风速、发电机功率和转速计算叶片的变桨期望值；
从控制器根据变桨期望值驱动电动机带动变桨减速机，从而带动叶片变桨。
本实施例中主控制器(主站)根据风速、发电机功率和转速等信息计算出叶片的变桨期望值，然后将变桨期望值通过通信系统发送到轮毂中的从控制器(变桨系统从站)，每个叶片由一台从控制器同时驱动两台或多台电动机，每台电动机带动一台变桨减速机，实现变桨控制功能，并且变桨系统从站将当前变桨系统的运行状况反馈到主站。
上述实施例中，大型风力发电机的每个叶片采用多台电机驱动，每台电机带动一台变桨减速机，使用原有的较小功率的变桨电机与减速机就可以完成，使得变桨更为可靠稳定，实现了大功率风力发电机组对变桨驱动功率的需求，同时不增加减速机的机械负荷，对变桨轴承大齿圈的硬度要求也没有提升，可以在不增加电气与机械负担的基础上解决超大功率风电机组的变桨驱动问题。
上述变桨驱动系统可以保证驱动桨叶的功率是两台或多台变桨电机功率相加，而同时变桨减速机的单台功率却没有因此增加，轴承大齿圈与变桨减速机小齿轮啮合处所承受的载荷也没有任何增加。
如果每个叶片采用传统的一个变频器带一台电机的控制方案，此时由于变桨电机和变频器各自的特性存在差异，可能引起每台电机运行指标的差异而造成不同步，这将产生变桨电机瞬间或短期负荷过高、能量泄放过大、系统机械载荷增大等现象。
变桨系统与主站之间的数据传输包括期望给定、位置测量、温度测量、电压测量、开关量输入、开关量输出等信号。变桨系统中每个叶片对应的两台或多台含有位置反馈的电动机作为变桨电机来实现精确变桨目的。
风力发电机组变桨控制系统在运行时必须对叶片桨距角进行控制，并要实时监测变桨系统的运行状况和各项指标。
本实施例中的变桨控制系统属于分布式控制系统，位于机舱中的主控制器负责采集、处理数据并主动发送指令，从控制器只是被动地执行命令，而从控制器相互之间没有直接联系，当从控制器为3台时，可以同时设置主控制器和3个从控制器的通讯节点地址分别为1、2、3和4，从而方便地进行通信。
分布式控制系统按照预先的设计方案根据不同的控制任务分别控制不同的控制站，同时各个控制站之间通过通信网络连接，上层控制站则又通过通信网络连接下层控制站，实现对现场情况的控制和监测。
在此分布式控制系统中，可以采用PLC作为主控制器，变桨变频器作为从控制器，变桨变频器有与PLC的通讯接口，即CAN总线通信接口，CAN总线作为主控制器和各个从控制器之间的通信系统。
例如，变频器可以采用速度开环控制方式，然后通过编码器的反馈进行速度的闭环控制。由于是刚性连接，两台或多台变桨电机各自的编码器的位置反馈值应该极为接近，如果相差过大，则报故障顺桨停机；相差很小时可以取其平均值作为位置反馈，这样不仅准确，还增加了系统的安全性。另外，变桨变频器会检测输出电流进行过流保护等必要的保护功能。这样既保证了系统的协调性，即两台或多台电机同步出力运动，也保证了系统响应的快速性和精度，以及系统的可靠性。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于风力发电机组的变桨控制系统，其特征在于，包括：主控制器、从控制器、电动机和变桨减速机，其中
所述主控制器与多个所述从控制器通过通信总线相连接，每个叶片对应一个设置在轮毂中的所述从控制器和至少两台所述电动机，每台所述电动机带动一台所述变桨减速机；
所述主控制器用于根据风速、发电机功率和转速计算叶片的变桨期望值，
所述从控制器根据所述变桨期望值驱动所述电动机带动所述变桨减速机，从而带动所述叶片变桨。
2.根据权利要求1所述的变桨控制系统，其特征在于，所述通信总线为CAN总线。
3.根据权利要求1所述的变桨控制系统，其特征在于，所述主控制器为PLC。
4.根据权利要求1所述的变桨控制系统，其特征在于，所述从控制器为变频器。
5.根据权利要求4所述的变桨控制系统，其特征在于，所述从控制器根据至少两台所述电动机各自编码器的位置反馈值对速度进行闭环控制，具体包括：
当至少两台所述电动机各自的编码器的位置反馈值间的差值大于设定阈值时，上报故障并顺桨停机，否则，根据其平均值对速度进行闭环控制。
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