CN107246357A - 一种桨叶位置自检风力发电变桨系统 - Google Patents

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Abstract

一种桨叶位置自检风力发电变桨系统，包括直流母线、充电器、变桨驱动器、后备电源、DC/DC电源、中央控制器、变桨电机、减速器、编码器、位置传感器、感应滑块、桨叶和轮毂，所述充电器、变桨驱动器、后备电源和DC/DC电源并联连接在直流母线上，所述DC/DC电源、变桨驱动器、编码器和位置传感器均与所述中央控制器通信连接，所述变桨驱动器传信于所述变桨电机，所述编码器与所述变桨电机传动连接，所述减速器与所述变桨电机传动连接，所述轮毂与所述减速器传动连接，所述桨叶安装在所述轮毂上，所述位置传感器安装在所述轮毂上，通过编码器确认桨叶角度，利用位置传感器来验证桨叶角度，能够降低成本，提高变桨系统稳定性。

Description

一种桨叶位置自检风力发电变桨系统
技术领域
本发明属于风力发电变桨领域，尤其涉及一种桨叶位置自检风力发电变桨系统。
背景技术
风力发电机组向着大型化的方向飞速发展，全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机 均采用了变桨距技术。变桨距控制与变频技术相配合，提高了风力发电机的发电效率和电能 质量，使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能，减少风力对风机的冲击。变桨距 技术逐渐成为了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术之一。
传统的变桨方式通常通过电机编码器和桨距角编码器两个编码器分别测量桨叶角度并相 互比较验证来保证所测量桨叶角度的正确，方式比较复杂且成本较高。
有鉴于上述的缺陷，本申请积极加以研究创新，以期创设一种带自检风力发电变桨系统， 使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种桨叶位置自检风力发电变桨系统，能够 自动检测桨叶角度，保证所测量桨叶角度的正确性，降低了变桨系统的成本。
本发明具体采用以下技术方案。
一种桨叶位置自检风力发电变桨系统，包括直流母线1、变桨驱动器3、DC/DC电源5、 中央控制器6、变桨电机7、减速器8、编码器9、位置传感器10、桨叶11和轮毂12；其特 征在于：
所述DC/DC电源5与中央控制器6相连，为中央控制器6提供直流电源；
所述编码器9安装于变桨电机7内部并记录所述桨叶11的变桨角度，所述位置传感器 10安装在所述轮毂12上当感应滑块15进入传感器感应区间后，传递信号给中央处理器6；
所述感应滑块15安装于桨叶底部；感应滑块的材质是能够被传感器10感应的，感应滑 块的安装位置位于桨叶根部的0度位置，且要求在并网调试时调整感应滑块的安装位置使桨 叶每次运行至0度或者90度位置时，能够进入位置传感器10的感应区间。
在变桨系统并网调试中要将桨叶从-2度位置到92度位置运行一次，当感应滑块15进入 传感器10的感应区间时，传感器10传递感应信号给所述中央处理器6，当得到传感器10的 信号时，中央处理器6记录此时的桨叶位置。中央处理器6中储存着0度传感器和90度传感 器两个位置值。
所述编码器9将变桨电机7的桨叶角度信号传送给中央控制器6；
系统在桨叶每次运行至0度时，感应滑块15进入传感器10的感应区间，传感器10传递 感应信号给中央处理器6，中央处理器6得到感应信号时，将此时编码器9传递给中央处理6 的位置信号和已经保存的0度传感器位置值相互比较进行校验，由于轮毂相对于桨叶是固定 不变的，此时的位置和已经保存的0度传感器位置是同一个位置值。若此时位置校验不一致 报传感器位置故障。说明系统中传感器10或编码器9有故障存在。
所述桨叶位置自检风力发电变桨系统还包括变桨轴箱13，所述直流母线1、充电器2、 变桨驱动器3、后备电源4、DC/DC电源5和中央控制器6均安装在所述变桨轴箱13中。
所述桨叶位置自检风力发电变桨系统还包括限位开关14，所述限位开关14安装在轮毂 95度位置，并与中央控制器6通信，将桨叶11的动作信号传递给中央控制器。当桨叶运转 至95度时，限位开关动作，中央控制器接受动作信号立即停止风力发电变桨系统运行。
所述中央控制器6通过变桨驱动器3对变桨电机7进行驱动控制，所述变桨电机7通过 减速器8与风机的轮毂12传动连接，所述桨叶11安装在所述轮毂12上。
本发明进一步包括以下优选方案：
所述桨叶位置自检风力发电变桨系统还包括充电器2，所述直流母线1通过充电器2连 接到400V交流电源。
所述桨叶位置自检风力发电变桨系统还包括后备电源4，所述后备电源4和DC/DC电源 5并联连接在直流母线1上。
所述中央控制器6的控制信号输出端连接变桨驱动器3的输入端；中央控制器6输启停、 速度、正反转、位置指令到变桨驱动器3；变桨驱动器3反馈变桨电机7的温度、电流、电 压信号到中央控制器。
所述桨叶位置自检风力发电变桨系统还包括变桨轴箱13，所述直流母线1、充电器2、 变桨驱动器3、后备电源4、DC/DC电源5和中央控制器6均安装在所述变桨轴箱13中。
所述桨叶位置自检风力发电变桨系统还包括限位开关14，所述限位开关14安装在轮毂 95度位置，并与中央控制器6通信，将桨叶11的动作信号传递给中央控制器。当桨叶运转 至95度时，限位开关动作，中央控制器接受动作信号立即停止风力发电变桨系统运行。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明提供桨叶位置自检风力发电变桨系统， 利用安装在变桨电机内部的编码器信号来测量桨叶角度，利用安装在轮毂上的位置传感器来 校验桨叶角度。保证了编码器测量角度的正确性，同时相比于传统的利用桨距角编码器进行 冗余校验的变桨系统结构更加简单，成本降低、便于安装，能够提高变桨系统稳定性，保证 风电机组的发电量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依 照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明一种风力发电变桨系统的信号传递框架图；
图2是本发明一种风力发电变桨系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于 说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如附图2所示为本发明公开一种桨叶位置自检风力发电变桨系统，包括直流母线1、充 电器2、变桨驱动器3、后备电源4、DC/DC电源5、中央控制器6、变桨电机7、减速器8、 编码器9、位置传感器10、桨叶11和轮毂12、轴箱13、限位开关14、感应滑块15，所述充 电器2、变桨驱动器3、后备电源4和DC/DC电源5并联连接在直流母线1上，所述DC/DC 电源5、变桨驱动器3、编码器9和位置传感器10均与所述中央控制器6通信连接，所述变 桨驱动器3传信于所述变桨电机7，所述编码器9与所述变桨电机7传动连接，所述减速器8 与所述变桨电机7传动连接，所述轮毂12与所述减速器8传动连接，所述桨叶11安装在所 述轮毂12上，所述位置传感器10安装在所述轮毂12上。
所述编码器9安装于变桨电机7内部并记录所述桨叶11的变桨角度。
所述位置传感器10为两个且分别安装在所述轮毂的0度角位置和90度角位置。
还包括变桨轴箱13，所述直流母线1、充电器2、变桨驱动器3、后备电源4、DC/DC电源5和中央控制器6均安装在所述变桨轴箱13中。
还包括限位开关14，所述限位开关安装在所述轮毂12上，所述限位开关14与所述中央 控制器6通信连接。
所述桨叶11的根部安装有感应滑块15。
结合图1显示了本发明一种风力发电变桨系统的信号传递框架图，该桨叶位置自检风力 发电变桨系统的原理是：风电机组中桨叶11安装在风机轮毂12上，在风机运行过程中桨叶 11运行于0度到90度之间，轮毂12相对于桨叶位置是静止的，位置传感器10安装在风机 轮毂12上，在风机进行变桨操作时，传感器10的位置固定不变。感应滑块15安装在桨叶 10根部，每次感应滑块15接近位置传感器10时，位置传感器将感应信号反馈给所述中央处 理器。
利用安装在变桨电机7内部的编码器9信号来测量桨叶角度，利用安装在轮毂12上的位 置传感器10来校验桨叶角度。保证了编码器9测量角度的正确性，同时相比于传统的利用桨 距角编码器进行冗余校验的变桨系统结构更加简单，成本降低、便于安装。
该桨叶位置自检风力发电变桨系统在风机并网前要进行位置传感器10的调校，将桨叶从 小于0度到90度区间内进行一次变桨操作，当感应滑块15处在位置传感器10感应区间之内 时，记录此时桨叶的准确位置并记录到中央控制器6中保存。
中央控制器6内部编写有校验程序，变桨系统经过并网前调试完成且正常运行后，每次 感应滑块运行至位置传感器10的感应区间时，央控制器都要读取此时刻电机编码器9的桨叶 位置数据与并网前调校感应滑块位于位置传感器10感应区间时保存的位置数据进行比较，若 两个桨叶角度是一致的则说明此时变桨系统工作正常；若不一致则说明变桨系统的位置与并 网调试时的位置不一致，此时要报系统故障。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型， 这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种桨叶位置自检风力发电变桨系统，包括直流母线(1)、变桨驱动器(3)、DC/DC电源(5)、中央控制器(6)、变桨电机(7)、减速器(8)、编码器(9)、位置传感器(10)、桨叶(11)、轮毂(12)、感应滑块(15)；其特征在于：
所述DC/DC电源(5)一端直流母线(1)，另一端连接与中央控制器(6)，为中央控制器(6)提供直流电源；
所述编码器(9)安装于变桨电机(7)内部用于记录所述桨叶(11)的变桨角度，所述位置传感器(10)安装在所述轮毂(12)上，感应滑块(15)安装于桨叶(11)的底部；当感应滑块(15)进入位置传感器(10)的感应区间后，传递信号给中央处理器(6)；
所述中央控制器(6)接收编码器(9)上传的桨叶(11)的变桨角度值和位置传感器(10)上传的感应信号；
所述中央控制器(6)通过变桨驱动器(3)对变桨电机(7)进行驱动控制，所述变桨电机(7)通过减速器(8)与风机的轮毂(12)传动连接，所述桨叶(11)安装在所述轮毂(12)上。
2.根据权利要求1所述的桨叶位置自检风力发电变桨系统，其特征在于：
所述桨叶位置自检风力发电变桨系统还包括充电器(2)，所述直流母线(1)通过充电器(2)连接到400V交流电源。
3.根据权利要求1或2所述的桨叶位置自检风力发电变桨系统，其特征在于：
所述桨叶位置自检风力发电变桨系统还包括后备电源(4)，所述后备电源(4)和DC/DC电源(5)并联连接在直流母线(1)上。
4.根据权利要求1所述的桨叶位置自检风力发电变桨系统，其特征在于：
所述中央控制器(6)的控制信号输出端连接变桨驱动器(3)的输入端；中央控制器(6)输出启停、速度、正反转、位置指令到变桨驱动器(3)；变桨驱动器(3)反馈变桨电机(7)的温度、电流、电压信号到中央控制器(6)。
5.根据权利要求1所述的桨叶位置自检风力发电变桨系统，其特征在于：
所述变桨电机(7)输出轴通过减速器(8)与风机轮毂(12)传动连接，所述桨叶(11)安装在所述轮毂(12)上，所述位置传感器(10)安装在所述轮毂(12)上；其中位置传感器(10)包括两个，且分别安装在所述轮毂(12)的0度角位置和90度角位置。所述传感器(10)能够在感应滑块进入其感应区间后传递感应信号给中央处理器(6)。
6.根据权利要求5所述的桨叶位置自检风力发电变桨系统，其特征在于：
所述桨叶的根部安装有感应滑块(15)，感应滑块的材质是能够被位置传感器(10)感应的，感应滑块(15)的安装位置位于桨叶根部的0度位置，且要求在并网调试时调整感应滑块的安装位置使桨叶每次运行至0度或者90度位置时，能够进入位置传感器(10)的感应区间。
7.根据权利要求6所述的桨叶位置自检风力发电变桨系统，其特征在于：
在变桨系统并网调试中要将桨叶从-2度位置到92度位置运行一次，当感应滑块(15)进入位置传感器(10)的感应区间时，位置传感器(10)传递感应信号给所述中央处理器(6)，当得到传感器信号时，中央处理器(6)记录此时的桨叶位置，中央处理器(6)中储存着0度传感器和90度传感器两个位置值；
所述编码器9将变桨电机(7)的桨叶角度信号传送给中央控制器(6)；
在桨叶每次运行至0度或90度位置时，感应滑块(15)进入传感器(10)的感应区间，传感器(10)传递感应信号给中央处理器(6)，中央处理器(6)得到感应信号时，将此时编码器(9)传递给中央处理(6)的位置信号和已经保存的0度90度传感器位置值相互比较进行校验。
8.根据权利要求3所述的桨叶位置自检风力发电变桨系统，其特征在于：
所述桨叶位置自检风力发电变桨系统还包括变桨轴箱(13)，所述直流母线(1)、充电器(2)、变桨驱动器(3)、后备电源(4)、DC/DC电源(5)和中央控制器(6)均安装在所述变桨轴箱(13)中。
9.根据权利要求1所述的桨叶位置自检风力发电变桨系统，其特征在于：
所述桨叶位置自检风力发电变桨系统还包括限位开关(14)，所述限位开关(14)安装在轮毂95度位置，并与中央控制器(6)通信，将桨叶(11)的动作信号传递给中央控制器。当桨叶运转至95度时，限位开关动作，中央控制器接受动作信号立即停止风力发电变桨系统运行。
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