CN106050562A - 一种风力发电变桨控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电控制系统领域，尤其涉及一种风力发电变桨控制系统，包括若干台变桨柜、若干台变桨电机、若干个冗余编码器、若干个接近开关和若干个限位开关，其中，每台所述变桨柜安装有一集成驱动控制单元，所述集成驱动控制单元内集成有安全链继电器，所述若干台变桨柜通过各自的所述安全链继电器串联，并通过一滑环接入主控；每台所述变桨柜通过所述集成驱动控制单元与一台所述变桨电机、一个所述冗余编码器、一个所述接近开关和一个所述位置开关相连；每台所述变桨电机内置有旋转变压器和刹车器，且每台所述变桨电机通过一减速箱与一桨叶相连，所述集成驱动控制单元接收所述主控的控制命令，驱动所述变桨电机对所述桨叶执行变桨操作。

Description

一种风力发电变桨控制系统
技术领域
本发明涉及风力发电控制系统领域，尤其涉及一种风力发电变桨控制系统。
背景技术
现有的风力发电变桨控制系统，通常包含三个变桨电气柜（也可以是四柜、六柜、七柜系统），分立的每个电气柜内都设置PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）、驱动单元、通讯单元、电源储能单元等分立单元，这种分立设置的独立单元不能很好地驱动风力发电机组工作，影响风力发电机组效率，同时加工、安装和维护非常困难。
发明内容
鉴于上述技术问题，本发明提供一种高集成度的风力发电变桨控制系统，不仅减少了单元数量，使得控制柜结构紧凑，而且提高了生产和维护的效率。
本发明解决上述技术问题的主要技术方案为：
一种风力发电变桨控制系统，其特征在于，包括若干台变桨柜、若干台变桨电机、若干个冗余编码器、若干个接近开关和若干个限位开关，其中，
每台所述变桨柜安装有一集成驱动控制单元，所述集成驱动控制单元内集成有安全链继电器，所述若干台变桨柜通过各自的所述安全链继电器串联，并通过一滑环接入主控；
每台所述变桨柜通过所述集成驱动控制单元与一台所述变桨电机、一个所述冗余编码器、一个所述接近开关和一个所述位置开关相连；
每台所述变桨电机内置有旋转变压器和刹车器，且每台所述变桨电机通过一减速箱与一桨叶相连，所述集成驱动控制单元接收所述主控的控制命令，驱动所述变桨电机对所述桨叶执行变桨操作。
优选的，上述的风力发电变桨控制系统，其中，所述集成驱动控制单元内集成有PLC模块，以对数字量和模拟量进行采集，并输出至所述主控；
其中，采集的数字量包括接近开关信号、限位开关信号、旋钮信号、辅助触点信号；输出的数字量包括继电器开关信号和接触器开关信号；模拟量包括变桨电机温度、环境温度、后备电源温度、柜内温度以及驱动器件温度。
优选的，上述的风力发电变桨控制系统，其中，所述集成驱动控制单元内集成有通讯模块，每个所述集成驱动控制单元的所述通讯模块串联并与所述主控连接，以实现所述若干个变桨柜之间，所述变桨柜与所述主控之间，以及所述桨叶与所述主控之间的通信联络。
优选的，上述的风力发电变桨控制系统，其中，所述集成驱动控制单元内集成有开关电源模块，与所述接近开关和所述限位开关相连，以提供所述接近开关和所述限位开关工作所需电源。
优选的，上述的风力发电变桨控制系统，其中，所述开关电源模块为24V开关电源。
优选的，上述的风力发电变桨控制系统，其中，所述集成驱动控制单元内集成有刹车电源，与所述变桨电机的所述刹车器连接，以在故障状态下提供所述刹车器工作所需电源，控制所述变桨电机对所述桨叶执行顺桨操作。
优选的，上述的风力发电变桨控制系统，其中，所述集成驱动控制单元内集成有位置反馈模块，与所述旋转变压器和所述冗余编码器连接，以接收所述旋转变压器发送的桨叶角度反馈信号和所述冗余编码器发送的编码器反馈信号；
其中，所述桨叶角度反馈信号和所述编码器反馈信号互为冗余。
优选的，上述的风力发电变桨控制系统，其中，每台所述变桨柜还安装有后备电源，与所述集成驱动控制单元相连，且所述集成驱动控制单元还与位于所述变桨柜外部的交流电源相连，所述后备电源于所述交流电源故障时为所述集成驱动控制单元提供电能。
优选的，上述的风力发电变桨控制系统，其中，所述后备电源为超级电容或蓄电池。
优选的，上述的风力发电变桨控制系统，其中，所述集成驱动控制单元内集成有后备电源充放电模块，与所述后备电源连接，以对所述后备电源执行充电操作或放电操作。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明设计高集成度的控制驱动单元，将PLC、充电机、驱动器、开关电源、刹车电源等单元集成在一起，用于信号采集、变桨柜之间的信息交换、变桨柜与主控的信息交换、后备电源的充放电管理，提供开关所需的交流-直流、直流-直流的24V电源，以及刹车所需的电源。该高集成度的控制驱动单元接受主控指令驱动变桨电机朝所需位置运动，用于改变桨叶角度。三个变桨电气柜组成一个整体，同时驱动三台变桨电机，改变三个桨叶的变桨角度，并可保证在变桨故障的情况下实施顺桨，最大程度保证风力发电机组的安全。并且本发明的高集成度的变桨控制系统元器件少、接线少、安装方便、成柜容易、可靠性高。
附图说明
参考所附附图，以更加充分地描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1是本发明的风力发电变桨控制系统的结构框图；
图2是本发明的风力发电变桨控制系统的变桨柜A的结构框图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。当然除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明的目的是为了克服分立器件变桨柜存在的不足，提供一种应用高集成度控制驱动单元的风力发电变桨控制系统，该高集成度控制驱动单元取代常规的PLC、通讯单元、驱动单元、充电机、开元电源、刹车电源等分立单元，根据主控指令可靠地驱动变桨电机，改变桨叶的角度，保证桨叶最大限度地捕获风能；其次是在故障状态下，保证变桨控制系统能安全顺桨，即将桨叶顺至安全位置。
下面结合具体的实施例以及附图详细阐述本发明的风力发电变桨控制系统。
参考图1所示，本发明的风力发电变桨控制系统，包括三个变桨柜（图中标示为A，B，C）、三个内置旋转变压器和刹车的变桨电机（图中标示为M1，M2，M3)、三个冗余编码器（图中标示为SS1，SS2，SS3）、三个接近开关（图中标示为PX1，PX2，PX3）、三个限位开关（图中标示为LS1，LS2，LS3）。需要注意的是，本发明的风力发电变桨控制系统可为主流的3柜、4柜、6柜和7柜系统，图1仅作为一个实施例示出本发明的一种3柜风力发电变桨控制系统的结构框图，其不应该理解为对本发明的限制。
变桨柜A、变桨柜B和变桨柜C之间采用串联的方式连接，具体的，变桨柜A、B和C内均安装有一集成驱动控制单元（图1中未示出），该集成驱动控制单元内集成有安全链继电器，变桨柜A、B和C通过各自的安全链继电器连接在一起后，再通过一滑环10接入主控（图1中未示出）。
进一步，每台变桨柜通过其内部设置的集成驱动控制单元与一台变桨电机、一个冗余编码器、一个接近开关和一个位置开关相连；并且每台变桨电机内置有旋转变压器和刹车器（图1中未示出），均与集成驱动控制单元连接。如图1所示，变桨柜A（通过其内部设置的集成驱动控制单元）与接近开关PX1、限位开关LS1、冗余编码器SS1以及变桨电机M1连接，并且变桨电机M1通过电机动力线缆11、旋转变压器通过线缆12、刹车器通过线缆13分别与变桨柜A连接。变桨柜B（通过其内部设置的集成驱动控制单元）与接近开关PX2、限位开关LS2、冗余编码器SS2以及变桨电机M2连接，并且变桨电机M2通过电机动力线缆21、旋转变压器通过线缆22、刹车器通过线缆23分别与变桨柜B连接。变桨柜C（通过其内部设置的集成驱动控制单元）与接近开关PX3、限位开关LS3、冗余编码器SS3以及变桨电机M3连接，并且变桨电机M3通过电机动力线缆31、旋转变压器通过线缆32、刹车器通过线缆33分别与变桨柜C连接。优选的，变桨电机既可以是交流电机也可以是直流电机。
另外，每台变桨电机均通过一减速箱与一桨叶（图1中未示出）相连，也即桨叶通过减速箱连接至变桨电机，再通过变桨电机连接至变桨柜的集成驱动控制单元，从而实现与主控的连接；该集成驱动控制单元接收主控的控制命令，驱动变桨电机对桨叶执行变桨操作，以及在检测出故障时，控制变桨电机对桨叶执行顺桨操作。
参考图2所示，在图1所示的一种本发明的风力发电变桨控制系统中，每个变桨柜的结构框图。图2以变桨柜A为例进行展示，实际上变桨柜A、B和C是完全相同的，其可以互换使用。在变桨柜A中，安装有一台高集成度驱动控制单元（图中标示为A1）、后备电源（图中标示为A2）、输入电抗器（图中标示为A3）以及少量的低压元器件（图2中未示出）。
在集成驱动控制单元A1内，集成有PLC模块A10，通讯模块A11，开关电源模块A12，刹车电源模块A13，位置反馈模块A14和后备电源充放电模块A15。
其中，PLC模块A10与主控连接，用以实现PLC功能，具体为所有的数字量和模拟量输入采集和输出控制功能。数字量输入信号包括接近开关信号、限位开关信号、旋钮信号、辅助触点信号等；数字量输出信号包括各种继电器和接触器的开关信号；模拟量包括各种温度信号，温度信号包括变桨电机温度、环境温度、后备电源温度、柜内温度以及驱动器件温度，这些温度信号由与集成驱动控制单元A1连接的一温度传感器R测定。PLC模块A10采集这些信号，并输送至主控，主控根据这些信号可以分析出风力发电变桨控制系统目前的状态，从而发送相应的指令控制桨叶的角度和转动速度。
通讯模块A11也与主控相连，用以实现通信功能，并且每个集成驱动控制单元内的通讯模块串联在一起，以实现三个变桨柜之间，三个变桨柜与主控之间，三个桨叶之间以及桨叶与主控之间的通信联络。其中，通讯模块A11与主控的通信接口之间支持CANopen通信协议和Profibus通信协议。
开关电源模块A12与接近开关和限位开关相连，以提供接近开关和限位开关工作所需电源，优选的该开关电源模块为24V开关电源，以提供外围信号所需的24V电源。
刹车电源模块A13与内置于变桨电机M1内的刹车器M13（内置于变桨电机M1内，图2为方便展示将其单独绘制）连接，以在故障状态下提供刹车器M13工作所需电源，控制变桨电机M1对桨叶执行顺桨操作。
位置反馈模块A14与旋转变压器M12（内置于变桨电机M1内，图2为方便展示将其单独绘制）和冗余编码器SS1连接，以接收旋转变压器M12发送的桨叶角度反馈信号和冗余编码器SS1发送的编码器反馈信号；其中，桨叶角度反馈信号和编码器反馈信号互为冗余。并且优选的，冗余编码器SS1既可以安装在变桨电机M1的尾端，也即内置于变桨电机M1，也可以外置于变桨电机M1。并且变桨电机M1通过一减速箱20与一桨叶相连。
后备电源充放电模块A15与后备电源A2连接，以对后备电源A2执行充电操作或放电操。其中，变桨柜A的集成驱动控制单元A1外部与交流电源相连，内部与该后备电源A2相连，后备电源A2可以是超级电容也可以是常规的蓄电池。该后备电源A2在电网故障时为集成驱动控制单元A1提供电源，以实现变桨电机M1的紧急顺桨操作。
本发明的风力发电变桨控制系统将分立器件集成为高集成度的器件，高集成度的变桨控制系统元器件少、接线少、安装方便、成柜容易、可靠性高。
综上所述，本发明提供的高集成度的变桨控制系统，通过高集成度的控制驱动单元，将PLC功能、通讯功能、开关功能、刹车功能、反馈功能、后备电源管理功能等功能模块集成在一起，用于信号采集、变桨柜之间的信息交换、变桨柜与主控的信息交换、后备电源的充放电管理，提供开关所需的交流-直流、直流-直流的电源，以及刹车所需的电源。该高集成度的控制驱动单元接受主控指令驱动变桨电机朝所需位置运动，用于改变桨叶角度。三个变桨电气柜组成一个整体，同时驱动三台变桨电机，改变三个桨叶的变桨角度，并可保证在变桨故障的情况下实施顺桨，最大程度保证风力发电机组的安全。并且本发明的高集成度的变桨控制系统元器件少、接线少、安装方便、成柜容易、可靠性高。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种风力发电变桨控制系统，其特征在于，包括若干台变桨柜、若干台变桨电机、若干个冗余编码器、若干个接近开关和若干个限位开关，其中，
每台所述变桨柜安装有一集成驱动控制单元，所述集成驱动控制单元内集成有安全链继电器，所述若干台变桨柜通过各自的所述安全链继电器串联，并通过一滑环接入主控；
每台所述变桨柜通过所述集成驱动控制单元与一台所述变桨电机、一个所述冗余编码器、一个所述接近开关和一个所述位置开关相连；
每台所述变桨电机内置有旋转变压器和刹车器，且每台所述变桨电机通过一减速箱与一桨叶相连，所述集成驱动控制单元接收所述主控的控制命令，驱动所述变桨电机对所述桨叶执行变桨操作。
2.如权利要求1所述的风力发电变桨控制系统，其特征在于，所述集成驱动控制单元内集成有PLC模块，以对数字量和模拟量进行采集，并输出至所述主控；
其中，采集的数字量包括接近开关信号、限位开关信号、旋钮信号、辅助触点信号；输出的数字量包括继电器开关信号和接触器开关信号；模拟量包括变桨电机温度、环境温度、后备电源温度、柜内温度以及驱动器件温度。
3.如权利要求1所述的风力发电变桨控制系统，其特征在于，所述集成驱动控制单元内集成有通讯模块，每个所述集成驱动控制单元的所述通讯模块串联并与所述主控连接，以实现所述若干个变桨柜之间，所述变桨柜与所述主控之间，以及所述桨叶与所述主控之间的通信联络。
4.如权利要求1所述的风力发电变桨控制系统，其特征在于，所述集成驱动控制单元内集成有开关电源模块，与所述接近开关和所述限位开关相连，以提供所述接近开关和所述限位开关工作所需电源。
5.如权利要求4所述的风力发电变桨控制系统，其特征在于，所述开关电源模块为24V开关电源。
6.如权利要求1所述的风力发电变桨控制系统，其特征在于，所述集成驱动控制单元内集成有刹车电源模块，与所述变桨电机的所述刹车器连接，以在故障状态下提供所述刹车器工作所需电源，控制所述变桨电机对所述桨叶执行顺桨操作。
7.如权利要求1所述的风力发电变桨控制系统，其特征在于，所述集成驱动控制单元内集成有位置反馈模块，与所述旋转变压器和所述冗余编码器连接，以接收所述旋转变压器发送的桨叶角度反馈信号和所述冗余编码器发送的编码器反馈信号；
其中，所述桨叶角度反馈信号和所述编码器反馈信号互为冗余。
8.如权利要求1所述的风力发电变桨控制系统，其特征在于，每台所述变桨柜还安装有后备电源，与所述集成驱动控制单元相连，且所述集成驱动控制单元还与位于所述变桨柜外部的交流电源相连，所述后备电源于所述交流电源故障时为所述集成驱动控制单元提供电能。
9.如权利要求8所述的风力发电变桨控制系统，其特征在于，所述后备电源为超级电容或蓄电池。
10.如权利要求8所述的风力发电变桨控制系统，其特征在于，所述集成驱动控制单元内集成有后备电源充放电模块，与所述后备电源连接，以对所述后备电源执行充电操作或放电操作。
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