CN106704098B - 一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统藉由采用常规的通用型的伺服驱动器作为风机变桨控制系统，故而不仅可以有效地降低整个风机变桨控制系统的成本，而且在确保风机变桨控制系统平稳安全运行的状况下，为风机变桨控制系统提供了新的解决方案，拓宽了通用伺服驱动器的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电叶片变桨控制领域，尤其涉及一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统。
背景技术
随着风力发电技术发展，风电变桨控制技术飞速发展，虽然目前市场上有针对水平轴风力发电机组的专用型驱动控制器，该类驱动器技术仅仅掌握在少数几家国内外公司，采购成本极高，且技术由于受到垄断，后期的维护成本也极高，而由于通用型的驱动器无论在成本、机型、技术壁垒、品牌上均具有很大的选择空间和余地，故而基于通用型驱动器的变桨控制技术是一个有效且可行的技术方案，该方案如可行可同时拓展不同类型驱动器应用于风电变桨控制技术领域的范围。
有鉴于此，如何开发针对通用型驱动器的变桨控制系统技术，是一个经济合理、有效且必要选择。
发明内容
本发明的目的是针对上述背景技术存在的缺陷，提供一种低成本，基于通用型伺服驱动器的风机变桨控制系统。
为实现上述目的，本发明之一在于提供一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其由3*400V交流供电端供应电能，且可通过滑环与风机主控制系统实现相互的通讯和数据传输，应用于对风力发电机叶片桨角的控制，该基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统包括三轴控系统、每一轴控系统配备一后备电源系统及一连接在滑环上的主接触器、每一轴控系统均包括一主电源开关及一双备份电源，每一轴控系统进一步包括一通用伺服驱动器；该基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统进一步包括一变桨PLC、一连接在双备份电源上的变桨安全链回路、一连接在主控制系统与通用伺服驱动器的一DI点之间的旁路信号控制回路及一通过滑环与主控制系统相连的紧急停机控制回路；变桨安全链回路上的任意一个安全故障信号均会触发旁路信号控制回路和紧急停机控制回路的连锁动作；该风机变桨安全链回路上依次连接一轮毂超速安全控制触点、一PLC看门狗控制触点、一集成在通用伺服驱动器上的驱动器故障控制触点、一第二驱动器故障控制触点、一第三驱动器故障控制触点及一风机变桨安全链触发紧急停机用继电器；紧急停机控制回路进一步包括一风机变桨安全链触发紧急停机控制回路触点及一触发紧急停机用继电器，风机变桨安全链触发紧急停机控制回路触点为风机变桨安全链触发紧急停机用继电器的其中一触点；风机变桨安全链回路上的任意一个控制触点信号的触发均会引起风机变桨安全链触发紧急停机用继电器的风机变桨安全链触发紧急停机控制回路触点的触发。
进一步地，每一后备电源系统进一步包括一超级电容充电器、一超级电容模组、一超级电容监视器、一电容维护开关、一第一熔断器及一第二熔断器。
进一步地，一第一熔断器连接在超级电容充电器与一超级电容模组之间。
进一步地，超级电容模组输出端通过一第二熔断器及一电容维护开关连接在一直流母线上，且第二熔断器设置在靠近超级电容模组一侧。
进一步地，双备份电源由一AC\DC开关电源、一DC\DC开关电源、一第一二极管及一第二二极管组成。
进一步地，AC\DC开关电源输入端连接在主电源开关上，AC\DC开关电源输出端连接在第一二极管的正极，DC\DC开关电源输入端通过直流母线连接在电容维护开关，DC\DC开关电源输出端连接在第二二极管的正极。
进一步地，旁路信号控制回路通过滑环连接在主控制系统与通用伺服驱动器的一DI点之间，该旁路信号控制回路进一步包括一风机变桨安全链触发旁路信号控制回路触点，该风机变桨安全链触发旁路信号控制回路触点为风机变桨安全链触发紧急停机用继电器内的一触点。
进一步地，风机变桨安全链回路连接在第一、第二二极管的负极上。
进一步地，92°限位开关一并连接在通用伺服驱动器一DI点上，该DI点上同时接入有旁路信号控制回路。
进一步地，触发紧急停机用继电器进一步包括一紧急停机控制触点，风机变桨安全链触发紧急停机控制回路触点为风机变桨安全链触发紧急停机用继电器内的另一触点，触发紧急停机用继电器中的紧急停机控制触点连接在第一、第二二极管的负极与通用伺服驱动器的紧急停机输入端之间，该紧急停机控制触点由主控系统给出紧急停机信号、风机变桨安全链给出紧急停机信号两种中的任意一种触发，正常状况下，该紧急停机控制触点处于常开状态。
进一步地，直流母线与通用伺服驱动器之间连接有一第三二极管，且该第三二极管的正极连接在直流母线上，第三二极管的负极连接通用伺服驱动器备用电源供电端上。
进一步地，通用伺服驱动器的三相电源供电端连接在主电源开关上，通用伺服驱动器的主电源输出端与变桨用交流电机相互连接，通用伺服驱动器的负极通过一第四二极管连接在超级电容模组的负极上，且连接在通用伺服驱动器负极与超级电容模组负极之间的第四二极管的正极与通用伺服驱动器的负极相连，第四二极管的负极与超级电容模组的负极相互连接。
进一步地，主电源开关连接在主接触器下端，主电源开关正常使用状态处于常闭状态，维护通用伺服驱动器或超级电容模组状态下处于断开状态。
综上所述，本发明一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统藉由采用常规的通用型的伺服驱动器作为风机变桨控制系统，故而不仅可以有效地降低整个风机变桨控制系统的成本，而且在确保风机变桨控制系统平稳安全运行的状况下，为风机变桨控制系统提供了新的解决方案，拓宽了通用伺服驱动器的应用范围。
附图说明
图1为本发明一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统系统架构示意图。
图2为本发明一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统的主控制回路架构示意图。
图3为应用于本发明一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统的主回路架构示意图。
图4为应用于本发明一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统的通讯架构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及效果，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1至图4，本发明一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其由3*400V交流供电端供应电能，且可通过滑环与风机主控制系统实现相互的通讯和数据传输，应用于对风机叶片桨角的控制，该基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统包括三轴控系统、每一轴控系统配备一后备电源系统及一连接在滑环上的主接触器，每一轴控系统均包括一主电源开关。
每一轴控系统进一步包括一通用伺服驱动器及一双备份电源。
该基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统进一步包括一变桨PLC、一连接在双备份电源上的变桨安全链回路、一接在主控制系统与通用伺服驱动器的一DI点之间的旁路信号控制回路(BYPASS回路)及一通过滑环与主控制系统相连的紧急停机控制回路(EFC回路)。
每一后备电源系统进一步包括一超级电容充电器、一超级电容模组、一超级电容监视器、一电容维护开关、一第一熔断器及一第二熔断器。
一第一熔断器连接在超级电容充电器与一超级电容模组之间，电容维护开关正常使用状态处于常闭状态，维护通用伺服驱动器或超级电容模组状态下处于断开状态。
超级电容模组输出端通过一第二熔断器及一电容维护开关连接在一直流母线上，且第二熔断器设置在靠近超级电容模组一侧。藉由第二熔断器设置在靠近超级电容模组，故而可有效的保护第二熔断器与超级电容模组之间的线路。
主电源开关连接在主接触器与超级电容充电器之间，主电源开关正常使用状态处于常闭状态，维护通用伺服驱动器或超级电容模组状态下处于断开状态。
通用伺服驱动器的三相电源供电端连接在主电源开关上，通用伺服驱动器的主电源输出端与变桨用交流电机相互连接以实现向变桨交流电机供应动力用电，通用伺服驱动器的负极通过一第四二极管连接在超级电容模组的负极上，且连接在通用伺服驱动器负极与超级电容模组负极之间的第四二极管的正极与通用伺服驱动器的负极相连，第四二极管的负极与超级电容模组的负极相互连接。
主接触器可控制主电源开关的通断以实现通过通用伺服驱动器向变桨用交流电机供应电能，同时在超级电容模组未完成充电的情况下，可通过超级电容充电器向超级电容模组充电。
双备份电源由一AC\DC开关电源、DC\DC开关电源、一第一二极管及一第二二极管组成。
AC\DC开关电源输入端连接在主电源开关上，AC\DC开关电源输出端连接在第一二极管的正极，DC\DC开关电源输入端通过直流母线与电容维护开关相连接，DC\DC开关电源输出端连接在第二二极管的正极。
正常情况下，轴控系统通过AC\DC开关电源端向通用伺服驱动器提供24V控制用电，异常情况下，即双备份电源可在3*400V交流供电端掉电或轴控系统与3*400V交流供电端脱离的情况下，轴控系统通过DC\DC开关电源向通用伺服驱动器提供24V控制用电。
风机变桨安全链连回路连接在接在第一、第二二极管的负极上，该风机变桨安全链回路上依次连接一轮毂超速安全控制触点、一PLC看门狗控制触点、一集成在通用伺服驱动器上的驱动器故障控制触点、一第二驱动器故障控制触点、一第三驱动器故障控制触点及一风机变桨安全链触发紧急停机用继电器，该风机变桨安全链紧触发急停机用继电器的负端接地。
旁路信号控制回路通过滑环连接在主控制系统与通用伺服驱动器的一DI点之间，该旁路信号控制回路进一步包括一风机变桨安全链触发旁路信号控制回路触点，该风机变桨安全链触发旁路信号控制回路触点为风机变桨安全链触发紧急停机用继电器内的一触点。
92°限位开关一并连接在通用伺服驱动器一DI点上，该DI点上同时接入有旁路信号控制回路。
当风机运行过程中，触发92°限位开关后，出于安全因素考量，风机会触发停机，待下一次主控制系统根据获取的风机各组成部分状态量信号而判定风机可平稳安全时，主控制系统在92°为恢复的情况下，可通过旁路信号控制回路重新将风机恢复至正常运行状态，且92°限位开关恢复至未触发状态。
一通过滑环与主控制系统相连的紧急停机控制回路(EFC回路)，该紧急停机控制回路进一步包括一风机变桨安全链触发紧急停机控制回路触点及一触发紧急停机用继电器，触发紧急停机用继电器进一步包括一由紧急停机控制触点(EFC控制触点)，风机变桨安全链触发紧急停机控制回路触点为风机变桨安全链触发紧急停机用继电器内的另一触点，触发紧急停机用继电器中的紧急停机控制触点连接在第一、第二二极管的负极与通用伺服驱动器的紧急停机输入端之间，该紧急停机控制触点由主控系统给出紧急停机信号、风机变桨安全链给出紧急停机信号两种中的任意一种触发，正常状况下，该紧急停机控制触点处于常开状态。
直流母线与通用伺服驱动器之间连接有一第三二极管，且该第三二极管的正极连接在直流母线上，第三二极管的负极连接通用伺服驱动器备用电源供电端上。
三后备电源系统的每一超级电容监视器均与变桨PLC的RS485端口相连接，用于采集并向变桨PLC反馈超级电容模组的状态量信号，该状态量信号至少包括超级电容模组的温度、电压、电容极性、充电器状态量四类信号，超级电容监视器通过RS485协议实现向变桨PLC实时上传。
B编码器与通用伺服驱动器的SSI端口相互连接，用于采集风机轮毂的转速、位置信号。
A编码器与通用伺服驱动器的RESEVIOR端口相互连接，用于采集电机的转速、位置信号。
变桨用交流电机的刹车信号输出端与通用伺服驱动器的DO端口相互连接，用于获取变桨用交流电机的刹车信号。
主控制系统通过滑环与变桨PLC实现相互的通讯和数据传输，且主控制系统与变桨PLC之间通过CANOPEN实现相互的通讯和数据传输，进一步地，主控制系统接入变桨PLC的一CANOPEN通讯端口。
三轴控系统中的每一通用伺服驱动器的CANOPEN通讯端口均连接在变桨PLC上的另一CANOPEN通讯端口上。
95°限位开关连接在通用伺服驱动器的第三个DI端口上。
本发明一种基于用伺服驱动器的风机变桨控制系统进一步包括一轮毂超速监视器、一轴控柜柜内温度监视器、一轮毂温度监视器及一三相电压监视器。
轮毂超速监视器用于采集轮毂的速度信号，并向变桨PLC反馈，同时在轮毂超速的情况下，可触发风机变桨安全链连回路上的轮毂超速安全控制触点的动作。
轴控柜柜内温度监视器用于采集轴控柜内的温度并实时向变桨PLC反馈轴控柜柜内温度信号。
轮毂温度监视器用于采集轮毂温度数据并实时向变桨PLC反馈轮毂温度数据。
三相电压监视器用于采集3*400V交流供电端三相交流电的电压变化情况，当3*400V交流供电端三相交流电的电压高于设定值N倍且持续时间超过T时，即向主控制系统反馈三相交流电的电压信号并控制主接触器与3*400V交流供电端三相交流电断开，在具体实施例中，三相交流电压高于设定值N倍及持续时间可以有多种组合关系。该等组合情况均可引起主接触器与3*400V交流供电端三相交流电断开。
综上所述，本发明一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统藉由采用常规的通用型的伺服驱动器作为风机变桨控制系统，故而不仅可以有效地降低整个风机变桨控制系统的成本，而且在确保风机变桨控制系统平稳安全运行的状况下，为风机变桨控制系统提供了新的解决方案，拓宽了通用伺服驱动器的应用范围。
以上所述的技术方案仅为一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统的较佳实施例，任何在本发明一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统基础上所作的等效变换或替换都包含在本专利的权利要求的范围之内。
Claims (13)
1.一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其由3*400V交流供电端供应电能，且可通过滑环与风机主控制系统实现相互的通讯和数据传输，应用于对风力发电机叶片桨角的控制，该基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统包括三轴控系统、每一轴控系统配备一后备电源系统及一连接在滑环上的主接触器，每一轴控系统均包括一主电源开关及一双备份电源，其特征在于：
每一轴控系统进一步包括一通用伺服驱动器；
该基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统进一步包括一变桨PLC、一连接在双备份电源上的变桨安全链回路、一连接在主控制系统与通用伺服驱动器的一DI点之间的旁路信号控制回路及一通过滑环与主控制系统相连的紧急停机控制回路；
变桨安全链回路上的任意一个安全故障信号均会触发旁路信号控制回路和紧急停机控制回路的连锁动作；
风机变桨安全链回路上依次连接一轮毂超速安全控制触点、一PLC看门狗控制触点、一集成在通用伺服驱动器上的驱动器故障控制触点、一第二驱动器故障控制触点、一第三驱动器故障控制触点及一风机变桨安全链触发紧急停机用继电器；
紧急停机控制回路进一步包括一风机变桨安全链触发紧急停机控制回路触点及一触发紧急停机用继电器，风机变桨安全链触发紧急停机控制回路触点为风机变桨安全链触发紧急停机用继电器的其中一触点；
风机变桨安全链回路上的任意一个控制触点信号的触发均会引起风机变桨安全链触发紧急停机用继电器的风机变桨安全链触发紧急停机控制回路触点的触发。
2.根据权利要求1所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：每一后备电源系统进一步包括一超级电容充电器、一超级电容模组、一超级电容监视器、一电容维护开关、一第一熔断器及一第二熔断器。
3.根据权利要求2所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：一第一熔断器连接在超级电容充电器与一超级电容模组之间。
4.根据权利要求3所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：超级电容模组输出端通过一第二熔断器及一电容维护开关连接在一直流母线上，且第二熔断器设置在靠近超级电容模组一侧。
5.根据权利要求4所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：双备份电源由一AC\DC开关电源、一DC\DC开关电源、一第一二极管及一第二二极管组成。
6.根据权利要求5所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：AC\DC开关电源输入端连接在主电源开关上，AC\DC开关电源输出端连接在第一二极管的正极，DC\DC开关电源输入端通过直流母线连接在电容维护开关，DC\DC开关电源输出端连接在第二二极管的正极。
7.根据权利要求6所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：旁路信号控制回路通过滑环连接在主控制系统与通用伺服驱动器的一DI点之间，该旁路信号控制回路进一步包括一风机变桨安全链触发旁路信号控制回路触点，该风机变桨安全链触发旁路信号控制回路触点为风机变桨安全链触发紧急停机用继电器内的一触点。
8.根据权利要求7所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：风机变桨安全链回路连接在第一、第二二极管的负极上。
9.根据权利要求1或7所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：92°限位开关一并连接在通用伺服驱动器一DI点上，该DI点上同时接入有旁路信号控制回路。
10.根据权利要求5、6、7、8任意一项所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：触发紧急停机用继电器进一步包括一紧急停机控制触点，风机变桨安全链触发紧急停机控制回路触点为风机变桨安全链触发紧急停机用继电器内的另一触点，触发紧急停机用继电器中的紧急停机控制触点连接在第一、第二二极管的负极与通用伺服驱动器的紧急停机输入端之间，该紧急停机控制触点由主控系统给出紧急停机信号、风机变桨安全链给出紧急停机信号两种中的任意一种触发，正常状况下，该紧急停机控制触点处于常开状态。
11.根据权利要求7所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：直流母线与通用伺服驱动器之间连接有一第三二极管，且该第三二极管的正极连接在直流母线上，第三二极管的负极连接通用伺服驱动器备用电源供电端上。
12.根据权利要求5所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：通用伺服驱动器的三相电源供电端连接在主电源开关上，通用伺服驱动器的主电源输出端与变桨用交流电机相互连接，通用伺服驱动器的负极通过一第四二极管连接在超级电容模组的负极上，且连接在通用伺服驱动器负极与超级电容模组负极之间的第四二极管的正极与通用伺服驱动器的负极相连，第四二极管的负极与超级电容模组的负极相互连接。
13.根据权利要求4所述的一种基于通用伺服驱动器的风机变桨控制系统，其特征在于：主电源开关连接在主接触器下端，主电源开关正常使用状态处于常闭状态，维护通用伺服驱动器或超级电容模组状态下处于断开状态。
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