CN103437954B - 一种风电变桨控制系统与风电变桨系统 - Google Patents

一种风电变桨控制系统与风电变桨系统 Download PDF

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本发明涉及一种风电变桨控制系统与风电变桨系统,变桨系统包括三个变桨电机,还包括三个变桨驱动柜、三个变桨驱动柜相对应的三个备用电源柜,每一个所述的变桨驱动柜内安装对应桨叶的变桨驱动器,变桨驱动器通过通信线、信号线、电源线连接用于将所述通信线、信号线、电源线转接到风电机组主控系统的滑环,所述变桨驱动器驱动连接各自对应的所述变桨电机。本发明的有益效果是:利用风电机组主控系统实现传统七柜式变桨系统的中控柜的大部分功能,节省了中控柜占据的空间,降低了变桨系统的成本,提高厂家的竞争力。

Description

一种风电变桨控制系统与风电变桨系统
技术领域
本发明涉及一种风电变桨控制系统与风电变桨系统。
背景技术
近几年,在世界范围内尤其是在中国,风电机组的装机容量持续快速提升,随之而来,风电行业竞争日趋加剧,风力发电机组单位千瓦的成本也持续走低。因此,在不影响系统功能及可靠性的前提下降低成本,成为风电企业所共同追求的一个目标。变桨系统作为风电机组的核心部件之一,如何简化其结构、降低其成本、提高其可靠性和可维护性,也成为一个十分有意义的课题。
目前的变桨系统,一般包括一个中控柜、三个轴控柜和三个后备电源柜。中控柜为控制柜,内有变桨控制PLC;轴控柜又称为驱动柜,内部装设有驱动器及外围器件;后备电源柜内有超级电容或蓄电池,在突然失电时保证变桨系统能够使用后备电源。中控柜分别与三个轴控柜相连,在风机运行中实时控制桨叶的转动。这种采用变桨控制PLC作为控制核心的变桨系统,还需要通过CAN通讯接口以及I/O模块端口来实时监控变桨系统的运行状态,一方面,其成本较高,另一方面,也增加了系统的故障点;同时,中控柜的存在,也减少了操作空间,给风机的运行维护带来诸多不便。
随着变频技术的发展,驱动器的功能越来越强大。驱动器除了具有丰富的数字输入输出端口、模拟输入输出端口之外,也具有以太网、CANopen、TTL、解码器等接口。
申请号为2012102415255的中国专利公开了一种风电变桨控制系统,该专利中主要采用了三个轴控柜、三个对应的后备电源柜,将常规的中控柜取消,而将变桨控制PLC装设于三个轴控柜中的一个,通过这种方式减少了系统内的连线,精简系统的结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种风电变桨控制系统与风电变桨系统,用以解决现有的七柜式变桨控制系统成本高、体积大的问题。
为实现上述目的,本发明的方案包括:
一种风电变桨控制系统,包括三个变桨驱动柜、三个变桨驱动柜相对应的三个备用电源柜,每一个所述的变桨驱动柜内安装对应桨叶的变桨驱动器,变桨驱动器通过通信线、信号线、电源线连接用于将所述通信线、信号线、电源线转接到风电机组主控系统的滑环。
该风电变桨控制系统中,所述通信线、信号线、电源线上装设有防雷模块,防雷模块设置于过压保护柜。
该风电变桨控制系统中,所述的过压保护柜设置于轮毂法兰内部端面上的,所述轮毂法兰为齿轮箱与轮毂之间的轮毂法兰。
该风电变桨控制系统中,所述备用电源柜装设有超级电容与充放电电阻;所述超级电容供电连接对应变桨驱动柜的变桨驱动器与变桨电机。
该风电变桨控制系统中,所述超级电容向所述变桨驱动器与所述变桨电机供电的线路上装设有一个防反二极管。
一种风电变桨系统,包括三个变桨电机,还包括三个变桨驱动柜、三个变桨驱动柜相对应的三个备用电源柜,每一个所述的变桨驱动柜内安装对应桨叶的变桨驱动器,变桨驱动器通过通信线、信号线、电源线连接用于将所述通信线、信号线、电源线转接到风电机组主控系统的滑环,所述变桨驱动器驱动连接各自对应的所述变桨电机。
该风电变桨系统中,所述通信线、信号线、电源线上装设有防雷模块,防雷模块设置于过压保护柜。
该风电变桨系统中,所述的过压保护柜设置于轮毂法兰内部端面上的,所述轮毂法兰为齿轮箱与轮毂之间的轮毂法兰。
该风电变桨系统中,所述备用电源柜装设有超级电容与充放电电阻;所述超级电容供电连接对应变桨驱动柜的变桨驱动器与变桨电机。
该风电变桨系统中,所述超级电容向所述变桨驱动器与所述变桨电机供电的线路上装设有一个防反二极管。
本发明的有益效果是:现在常用的七柜式变桨系统,采用变桨控制PLC作为核心控制部件装设于风轮轮毂内部,使得原本空间不足的轮毂内部空间更加紧凑,这就导致后期的维护和检修都很困难,投入成本也相应较大,本发明采用风电主控系统代替传统的变桨控制PLC,令变桨系统中变桨驱动器成为结构上的主要部件,省去了原来的变桨控制PLC,大幅降低了成本;本发明的变桨系统仅作为执行机构响应来自风电机组主控侧的控制命令,简化了变桨系统的工作任务,节省了中控柜占据的空间,降低了变桨系统的成本,提高厂家的竞争力。
进一步的,在主控系统与变桨驱动柜的连接线路上装设防雷模块,提高系统安全运行的能力。
附图说明
图1是七柜式变桨系统的柜体连接框图;
图2是七柜式变桨系统具体结构示意图;
图3是过压保护柜进出线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示为本发明的柜体关系示意,核心柜体有六个,分别为三个变桨驱动柜及其相应的三个备用电源柜,这些柜体中都安装有温度检测装置与加温、降温装置,变桨驱动柜中除了外围设备外主要安装有变桨驱动器,变桨驱动器用于控制变桨电机,三个变桨驱动柜中变桨驱动器的电源线、通信线、信号线汇集至过压保护柜后经过防雷模块传输至风机主控系统,将采集到的各种信号上传至风机主控系统,风机主控系统为以PLC为控制核心的控制系统,风机主控系统将采集的数据进行运算处理后下发控制信号控制变桨驱动器控制变桨电机。每个变桨驱动柜均设有一个独立的超级电容柜(即备用电源柜),该备用电源柜与变桨驱动柜的常规供电系统(变桨驱动柜的常规供电来自于连接滑环的电源线)是相互独立的。柜内主要安装有超级电容模块及充放电电阻。驱动器实时监测超级电容的电压,通过一个DO(输出端子)直接控制充电继电器的吸合与断开,来保证超级电容的电压维持在一个合理的水平。变桨驱动器设有直流母线,超级电容与变桨驱动器的直流母线之间存在着一个反向二极管,该二极管集成于变桨驱动器内部。当主电源正常供电时,母线电压高于超级电容电压,二极管截止,超级电容不向变桨驱动器的直流母线供电;当变桨驱动器的直流母线供电缺失时,二极管导通,超级电容直接向变桨驱动器的直流母线供电,驱动器控制变桨电机将叶片收桨至顺桨位置,超级电容通过该防反二极管连接在变桨驱动器的直流母线上。备用电源柜还装有充放电电阻。充放电电阻直接安装于备用电源柜内壁上,用于减小充电时的冲击电流以及变桨系统维护时电容能量的消耗,实现快速放电。与之相关的充电接触器位于变桨驱动柜内,变桨驱动器及主控系统控制其闭合与断开。各柜的超级电容供电连接对应的变桨驱动器与变桨电机。
如图2是变桨控制系统的具体示意图,变桨齿圈和变桨轴承均采用集中润滑装置,其供电及故障反馈直接经滑环与风机主控系统相连,无需变桨驱动器参与控制。变桨驱动器采样连接温度传感器,根据采集到的温度传感器控制连接加热板、轮毂风扇;变桨驱动器采样连接接近开关与叶片转度编码器等信号,控制接触器通断变桨电机的电源。
三个变桨驱动柜安装于对应变桨驱动电机旁的叶片法兰上,每个变桨驱动器作为一个子站,通过通讯线与风机主控PLC的通讯模块相连,通过控制字、状态字与主控系统进行信息交互。本变桨驱动器作为执行机构,无需进行复杂的变桨控制计算,只需响应主控侧所发送的速度命令和控制字命令,实时控制调桨。同时,变桨驱动器会采集变桨系统的状态,如转矩值、叶片角度、实际速度、母线电压、电容电压、电机温度、传感器状态等,并将这些参数实时反馈给风电机组主控系统。利用风机主控PLC实现了传统七柜式变桨控制系统中变桨PLC的大部分作用,通过这种方法删除了中控柜,解决了由于传统七柜式变桨控制系统中的中控柜安装于三个驱动柜之间,占用空间很大的弊端,同时节约了成本;原先变桨PLC的另一小部分功能由变桨驱动器实现,例如对采集的温度数据进行分析,由于变桨驱动器功能日益强大,这部分简单的逻辑运算已经可以实现。因为风电机组主控系统与变桨驱动柜一般处于两个地点,空间上距离较远,所以连接线需要装设防雷保护模块,防雷保护模块集中装设于过压保护柜,过压保护柜安装于轮毂法兰的内部端面上,轮毂法兰位于齿轮箱与轮毂之间,过压保护柜占用空间很小。
在运行过程中,如果变桨驱动器收到主控紧急收桨命令、检测到风机的安全链断开或者检测到与主控的通信出现故障时,其能够自行按照规划好的速度-位置曲线,自主控制变桨电机将叶片转动到顺桨位置,保证风机安全。当变桨驱动器检测到致命性故障时,可以通过DO断开相应继电器线圈的供电。限位开关安装于-2°工作位置,其常闭触点串入风机安全链系统。当叶片位置过小,触发该限位开关后,安全链会断开,变桨系统执行紧急收桨,保证风机的安全。
如图3所示,主控系统经滑环与变桨系统连接的400V供电线缆、230V供电线缆、24V信号线缆及通讯线缆的防雷保护均置于过压保护柜内。集成化的设计,简化了调试及维护工作。

Claims (10)

1.一种风电变桨控制系统,其特征在于,包括三个变桨驱动柜、与三个变桨驱动柜相对应的三个备用电源柜,每一个所述的变桨驱动柜内安装对应桨叶的变桨驱动器,变桨驱动器通过通信线、信号线、电源线连接用于将所述通信线、信号线、电源线转接到风电机组主控系统的滑环;所述变桨驱动器收到主控紧急收桨命令、检测到风机的安全链断开或者检测到与主控的通信出现故障时,能够自主控制变桨电机将叶片转动到顺桨位置。
2.根据权利要求1所述的一种风电变桨控制系统,其特征在于,所述通信线、信号线、电源线上装设有防雷模块,防雷模块设置于过压保护柜。
3.根据权利要求2所述的一种风电变桨控制系统,其特征在于,所述的过压保护柜设置于轮毂法兰内部端面上,所述轮毂法兰为齿轮箱与轮毂之间的轮毂法兰。
4.根据权利要求1所述的一种风电变桨控制系统,其特征在于,所述备用电源柜装设有超级电容与充放电电阻;所述超级电容供电连接对应变桨驱动柜的变桨驱动器与变桨电机。
5.根据权利要求4所述的一种风电变桨控制系统,其特征在于,所述超级电容向所述变桨驱动器与所述变桨电机供电的线路上装设有一个防反二极管。
6.一种风电变桨系统,包括三个变桨电机,其特征在于,包括三个变桨驱动柜、与三个变桨驱动柜相对应的三个备用电源柜,每一个所述的变桨驱动柜内安装对应桨叶的变桨驱动器,变桨驱动器通过通信线、信号线、电源线连接用于将所述通信线、信号线、电源线转接到风电机组主控系统的滑环,所述变桨驱动器驱动连接各自对应的所述变桨电机;所述变桨驱动器收到主控紧急收桨命令、检测到风机的安全链断开或者检测到与主控的通信出现故障时,能够自主控制变桨电机将叶片转动到顺桨位置。
7.根据权利要求6所述的一种风电变桨系统,其特征在于,所述通信线、信号线、电源线上装设有防雷模块,防雷模块设置于过压保护柜。
8.根据权利要求7所述的一种风电变桨系统,其特征在于,所述的过压保护柜设置于轮毂法兰内部端面上,所述轮毂法兰为齿轮箱与轮毂之间的轮毂法兰。
9.根据权利要求6所述的一种风电变桨系统,其特征在于,所述备用电源柜装设有超级电容与充放电电阻;所述超级电容供电连接对应变桨驱动柜的变桨驱动器与变桨电机。
10.根据权利要求9所述的一种风电变桨系统,其特征在于,所述超级电容向所述变桨驱动器与所述变桨电机供电的线路上装设有一个防反二极管。
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