CN105937481A - 变桨电机变桨控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种变桨电机变桨控制系统和方法，包括固定支架、PLC控制单元，所述PLC控制单元内设有内存卡，所述PLC控制单元与设置在所述固定支架上的功能模组信号连接，所述功能模组具有相应的功能接口，所述功能模组对应至少三个变桨驱动单元，各变桨驱动单元分别对应一个变桨电机；本发明技术方案的优点主要体现在：采用分离模块组成的变桨控制系统，避免了模块之间的相互干涉；软件控制方法上，将风电变桨控制分为若干相对独立状态，状态之间的切换通过限定条件触发，控制器的运行状态相对独立，控制逻辑明了清晰，避免因变桨控制的复杂逻辑处理而产生条件交错，降低了控制故障概率，提升了控制器的运行稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种变桨电机变桨控制系统及控制方法，属于风力发电技术领域。
背景技术
随着不可再生能源在世界范围内面临枯竭的窘境，为满足工业化生产和人类生活所需，人们对太阳能、风力、水力这些可再生能源的关注和利用已日渐提升。其中，风力发电作为一种已经发展相对成熟的新能源开发技术，受到各国的广泛重视。变桨控制系统是变桨电机组的核心部件之一，其主要功能是根据风力的大小来调节发电机组桨叶的角度，改变气流对桨叶的攻角，使变桨电机的输出功率能够根据风速的大小进行自动调节，保证变桨电机的输出效率最高，并且输出在额定功率以内。
变桨控制系统一般由一台控制器+3台变桨驱动器+3台变桨电机及相关附属设备组成，目前在运行的风电变桨系统控制器件有相当大比重采用德国LENORD+BAUER公司生产的控制器（简称“L+B控制器”）。该“L+B控制器”的印制电路板（简称PCB）上采用若干信号处理芯片，电路板上集成了数字信号处理、模拟信号处理、速度及位置检测处理、通讯处理、人机界面及其他处理功能等。风电变桨工况复杂，环境多变，变桨控制器容易受振动、电磁干扰等不利因素影响，加之如此多的软件功能集成在某个控制芯片，控制逻辑复杂，软件功能实现比较复杂，运行稳定性较差。由于L+B控制器所有外围功能集成在PCB上，当某一单元出故障时，需更换整个控制器，由于控制器外部接口众多，更换控制器需插拔所有接口；且由于软件固化在控制器内部升级优化困难，控制繁琐,难以适应中国风电场的环境应用，控制器故障率高，风机维护工作量大大增加，且更换过程对风机发电量影响很大。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种变桨电机变桨控制系统及控制方法，以便变桨电机的正常工作以及变桨驱动单元发生故障时仍能成功收桨。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种变桨电机变桨控制系统，包括固定支架，以及固定在所述固定支架上的PLC控制单元，所述PLC控制单元内设有内存卡，所述PLC控制单元与设置在所述固定支架上的功能模组信号连接，所述功能模组具有相应的功能接口，所述PLC控制单元与各个功能模组之间通过控制信号和反馈信号连接，所述功能模组对应至少三个变桨驱动单元，各变桨驱动单元分别对应一个变桨电机；所述PLC控制单元，根据风力发电主控系统下发的变桨控制命令向三个变桨驱动单元发起变桨电机开桨、变桨操作指令；在检测出本变桨电机变桨距控制系统发生设定故障时，分别控制三个变桨电机的工作状态以进行收桨操作，以及在检测出变桨电机变桨控制系统发生的故障为变桨驱动单元异常时，向工作正常的变桨驱动单元发起紧急收桨操作指令或正常停机、快速停机指令；所述变桨驱动单元，按照所收到的变桨电机变桨操作指令控制对应的变桨电机的工作状态以改变桨距角，以及在收到所述PLC单元下发的收桨操作指令时，控制对应的变桨电机的工作状态以进行收桨；在电网断电或所述变桨驱动单元工作异常时，自动切断输出。
优选的，所述固定支架上还设有散热装置，正对所述PLC控制单元。
优选的，所述散热装置为散热风扇，散热风扇安装于所述PLC控制单元侧面，利用PLC控制单元的另一侧面的空间形成散热风道，所述散热风扇通过其安装支架固定，与所述PLC控制单元相对独立间隔连接。
本发明还揭示了一种变桨电机变桨控制系统的控制方法，所述PLC控制单元根据风力发电主控系统下发的变桨控制命令向三个变桨驱动单元发起变桨电机开桨、变桨操作指令；
在检测出本变桨电机变桨距控制系统发生设定故障时，所述PLC控制单元分别控制三个变桨电机的工作状态以进行收桨操作；
在检测出变桨电机变桨控制系统发生的故障为变桨驱动单元异常时，所述PLC控制单元向工作正常的变桨驱动单元发起紧急收桨操作指令或正常停机、快速停机指令；
所述变桨驱动单元按照所收到的变桨电机变桨操作指令控制对应的变桨电机的工作状态以改变桨距角；
所述变桨驱动单元在收到所述PLC单元下发的收桨操作指令时，控制对应的变桨电机的工作状态以进行收桨；
所述变桨驱动单元在电网断电或所述变桨驱动单元工作异常时，自动切断输出。
优选的，在检测出变桨电机变桨控制系统发生的故障为变桨驱动单元异常时，所述PLC控制单元首先判断变桨驱动单元的异常程度，进而根据设定的异常程度等级向工作正常的变桨驱动单元发起紧急收桨操作指令或正常停机、快速停机指令。
优选的，所述紧急收桨操作指令包括驱动器紧急收桨操作指令或后备电源紧急收桨操作指令。
优选的，驱动器紧急收桨操作指令由所述PLC控制单元控制。
优选的，后备电源紧急收桨操作指令为由后备电源直接驱动直流电机迅速将桨叶收至限位开关位置停机。
优选的，所述正常停机、快速停机指令的收桨速度及停机位置由与所述PLC控制单元相连的主控系统控制。
本发明技术方案的优点主要体现在：采用分离模块组成的变桨控制系统，避免了模块之间的相互干涉，某一模块发生故障，无需更换整个控制器，同时避免所有接插件的重新插拔，降低工作量，降低因为操作机械连接件引起松动带来连接不畅风险；软件控制方法上，将风电变桨控制分为若干相对独立状态，状态之间的切换通过限定条件触发，控制器的运行状态相对独立，控制逻辑明了清晰，避免因变桨控制的复杂逻辑处理而产生条件交错，提升了控制故障，降低控制器的运行稳定性；另外由于模块逻辑清晰，状态分工明确，各模块和状态可独立封装测试，将复杂的变桨逻辑的软件实现变得简洁易行。
附图说明
图1 是本发明变桨电机变桨控制系统的结构示意图。
图2是本发明变桨电机变桨控制系统功能模组的结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
如图1和图2所示，本发明揭示了一种变桨电机变桨控制系统，包括固定支架1，以及固定在所述固定支架上的PLC控制单元2，所述PLC控制单元内设有内存卡，所述PLC控制单元2与设置在所述固定支架上的功能模组3信号连接，所述功能模组具有相应的功能接口4，所述PLC控制单元与各个功能模组之间通过控制信号和反馈信号连接，所述功能模组至少包括三个变桨驱动单元，各变桨驱动单元分别对应一个变桨电机。
所述固定支架上还设有散热装置5，正对所述PLC控制单元。优选的，所述散热装置为散热风扇。优选的，所述散热风扇安装于所述PLC控制单元侧面，利用PLC控制单元的另一侧面的空间形成散热风道。所述散热风扇通过其安装支架固定，与所述PLC控制单元相对独立，无直接机械连接。
本发明还揭示了一种变桨电机变桨控制系统的控制方法，所述PLC控制单元根据风力发电主控系统下发的变桨控制命令向三个变桨驱动单元发起变桨电机开桨、变桨操作指令；在检测出本变桨电机变桨距控制系统发生设定故障时，所述PLC控制单元分别控制三个变桨电机的工作状态以进行收桨操作；在检测出变桨电机变桨控制系统发生的故障为变桨驱动单元异常时，所述PLC控制单元向工作正常的变桨驱动单元发起紧急收桨操作指令或正常停机、快速停机指令；所述变桨驱动单元按照所收到的变桨电机变桨操作指令控制对应的变桨电机的工作状态以改变桨距角；所述变桨驱动单元在收到所述PLC单元下发的收桨操作指令时，控制对应的变桨电机的工作状态以进行收桨；所述变桨驱动单元在电网断电或所述变桨驱动单元工作异常时，自动切断输出。
优选的，在检测出变桨电机变桨控制系统发生的故障为变桨驱动单元异常时，所述PLC控制单元首先判断变桨驱动单元的异常程度，进而根据设定的异常程度等级向工作正常的变桨驱动单元发起紧急收桨操作指令或正常停机、快速停机指令。所述紧急收桨操作指令包括驱动器紧急收桨操作指令或后备电源紧急收桨操作指令。所述驱动器紧急收桨操作指令由所述PLC控制单元控制。所述后备电源紧急收桨操作指令为由后备电源直接驱动直流电机迅速将桨叶收至限位开关位置停机。所述正常停机、快速停机指令的收桨速度及停机位置由与所述PLC控制单元相连的主控系统控制。
具体的，变桨控制系统将变桨控制逻辑分为初始化、待机模式、运行模式、手动模式、电池收桨紧急模式、驱动器收桨紧急模式等六种状态。控制器初始化后，若发生紧急情况（根据紧急等级而定）则进入电池收桨模式中；否则进入待机模式。进入待机模式后，根据上位机指令，控制器可分别进入运行模式、手动模式、电池收桨模式以及驱动器收桨模式；在运行模式中，如撤销运行指令，则控制器回到待机模式；如发生紧急情况，根据紧急等级，可分别进入电池收桨或驱动器收桨模式中；在手动变桨模式中，若手动变桨指令撤销，则返回待机模式，若发生紧急情况，则进入电池紧急收桨模式；在驱动器紧急收桨模式中，若驱动器收桨完成，则返回待机状态，若发生故障等级更高的情况，则进入电池紧急收桨模式；电池紧急收桨模式是变桨控制最后一道防线，进入该模式，只有在电池收桨完成后，才能退该模式，返回到待机状态。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种变桨电机变桨控制系统，其特征在于：包括固定支架，以及固定在所述固定支架上的PLC控制单元，所述PLC控制单元内设有内存卡，所述PLC控制单元与设置在所述固定支架上的功能模组信号连接，所述功能模组具有相应的功能接口，所述PLC控制单元与各个功能模组之间通过控制及反馈信号连接，所述功能模组对应至少三个变桨驱动单元，各变桨驱动单元分别对应一个变桨电机，
所述PLC控制单元，根据风力发电主控系统下发的变桨控制命令向三个变桨驱动单元发起变桨电机开桨、变桨操作指令；在检测出本变桨电机变桨距控制系统发生设定故障时，分别控制三个变桨电机的工作状态以进行收桨操作，以及在检测出变桨电机变桨控制系统发生的故障为变桨驱动单元异常时，向工作正常的变桨驱动单元发起紧急收桨操作指令或正常停机、快速停机指令；
所述变桨驱动单元，按照所收到的变桨电机变桨操作指令控制对应的变桨电机的工作状态以改变桨距角，以及在收到所述PLC单元下发的收桨操作指令时，控制对应的变桨电机的工作状态以进行收桨；在电网断电或所述变桨驱动单元工作异常时，自动切断输出。
2.根据权利要求1所述的变桨电机变桨控制系统，其特征在于：所述固定支架上还设有散热装置，正对所述PLC控制单元。
3.根据权利要求1所述的变桨电机变桨控制系统，其特征在于：所述散热装置为散热风扇，散热风扇安装于所述PLC控制单元侧面，利用PLC控制单元的另一侧面的空间形成散热风道，所述散热风扇通过其安装支架固定，与所述PLC控制单元相对独立间隔连接。
4.一种如权利要求1所述的变桨电机变桨控制系统的控制方法，其特征在于：
所述PLC控制单元根据风力发电主控系统下发的变桨控制命令向三个变桨驱动单元发起变桨电机开桨、变桨操作指令；
在检测出本变桨电机变桨距控制系统发生设定故障时，所述PLC控制单元分别控制三个变桨电机的工作状态以进行收桨操作；
在检测出变桨电机变桨控制系统发生的故障为变桨驱动单元异常时，所述PLC控制单元向工作正常的变桨驱动单元发起紧急收桨操作指令或正常停机、快速停机指令；
所述变桨驱动单元按照所收到的变桨电机变桨操作指令控制对应的变桨电机的工作状态以改变桨距角；
所述变桨驱动单元在收到所述PLC单元下发的收桨操作指令时，控制对应的变桨电机的工作状态以进行收桨；
所述变桨驱动单元在电网断电或所述变桨驱动单元工作异常时，自动切断输出。
5.根据权利要求4所述的变桨电机变桨控制方法，其特征在于：在检测出变桨电机变桨控制系统发生的故障为变桨驱动单元异常时，所述PLC控制单元首先判断变桨驱动单元的异常程度，进而根据设定的异常程度等级向工作正常的变桨驱动单元发起紧急收桨操作指令或正常停机、快速停机指令。
6.根据权利要求5所述的变桨电机变桨控制方法，其特征在于：所述紧急收桨操作指令包括驱动器紧急收桨操作指令或后备电源紧急收桨操作指令。
7.根据权利要求6所述的变桨电机变桨控制方法，其特征在于：驱动器紧急收桨操作指令由所述PLC控制单元控制。
8.根据权利要求6所述的变桨电机变桨控制方法，其特征在于：后备电源紧急收桨操作指令为由后备电源直接驱动直流电机迅速将桨叶收至限位开关位置停机。
9.根据权利要求5所述的变桨电机变桨控制方法，其特征在于：所述正常停机、快速停机指令的收桨速度及停机位置由与所述PLC控制单元相连的主控系统控制。
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