CN107612020A - 一种风电变桨控制系统 - Google Patents

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邬昌明
袁爱进
颜焱
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Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种风电控制系统，应用于控制桨叶的桨距角；包括：三相整流器的输入端与一外部交流电源连接；三相逆变器，三相逆变器的输入端与三相整流器的输出端连接；三相电动机，与三相逆变器的输出端连接，用于控制桨距角；超级电容，与三相整流器的输出端连接；其中，三相整流器的每一相上具有至少一个晶闸管；风电变桨控制系统启动时，将三相整流器的三相上的晶闸管按递增的导通角导通，实现对超级电容的平滑充电；能够在不需要添加其他辅助启动的结构的情况下实现对超级电容的平滑充电，同时利用超级电容的高电荷储量抑制电压的泵升，不需要增加额外的卸放回路，成本低廉，维护方便。

Description

一种风电变桨控制系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种风电变桨控制系统。
背景技术
风力发电机中的变桨系统通过控制技术改变叶片的桨距角，从而达到最大的风能利用率，同时还为整个发电机提供急停顺桨的功能。
目前通用高压变桨驱动技术是通过不可控整流器，将通过滑环的交流电网电压整流成高压直流，经过母线电容的滤波，然后通过三相逆变器，连接变桨电机工作。
但是现有系统存在的问题是，当变桨电机出现发电状态时，或者出现电网高电压故障时，由于驱动器母线上并联的电容容量较小，容易引起驱动器母线电压的泵升，必须通过斩波电路，利用卸能电阻把泵升的能量卸放掉，但是斩波电路往往成本高，控制复杂，充电器故障率高，电阻损耗大，安装维护不方便。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种风电变桨控制系统，应用于控制桨叶的桨距角；其中，包括：
三相整流器，所述三相整流器的输入端与一外部交流电源连接；
三相逆变器，所述三相逆变器的输入端与所述三相整流器的输出端连接；
三相电动机，与所述三相逆变器的输出端连接，用于控制所述桨叶的桨距角；
超级电容，与所述三相整流器的输出端连接；
其中，所述三相整流器的每一相上具有至少一个晶闸管；所述风电变桨控制系统启动时，将所述三相整流器的三相上的晶闸管按递增的导通角导通，实现对所述超级电容的平滑充电。
上述的风电变桨控制系统，其中，还包括：
调制电路，包括一第一采样端，一第二采样端和多个控制输出端；
所述第一采样端与所述外部交流电源连接，用于采样所述外部交流电源；
所述第二采样端与所述三相整流器的输出端连接，用于采样所述三相整流器输出的电源；
所述控制输出端分别连接对应的所述三相整流器的晶闸管的控制端；
所述调制电路根据所述第一采样端和所述第二采样端采样得到的电源，输出导通所述三相整流器的各个晶闸管的控制信号至对应的晶闸管。
上述的风电变桨控制系统，其中，所述超级电容与所述三相整流器的输出端之间连接有断路器，用于将所述超级电容与所述三相整流器的连接断开。
上述的风电变桨控制系统，其中，所述三相整流器的每一相上具有串联的一个晶闸管和一个二极管，形成三相半控整流器。
上述的风电变桨控制系统，其中，所述三相整流器的每一相上具有串联的两个晶闸管，形成三相全控整流器。
上述的风电变桨控制系统，其中，所述三相整流器的输出端包括一正输出端和一负输出端；所述三相逆变器的输入端包括一正输入端和一负输入端；所述超级电容包括一正极板和一负极板；
所述正输出端分别与所述正输入端和所述正极板连接；所述负输出端分别与所述负输入端和所述负极板连接。
上述的风电变桨控制系统，其中，所述三相逆变器的每一相由串联的两个晶闸管组成。
上述的风电变桨控制系统，其中，每个所述晶闸管反向并联有二极管，用于释放所述三相电动机产生的感应电流。
上述的风电变桨控制系统，其中，所述风电变桨控制系统完成启动后，所述导通角随着所述外部交流电源上电压的波动进行调节，以实现所述三相整流器的输出端的电压恒定；
调节的具体方式为：所述导通角随着所述外部交流电源的电压的上升而减小，随着外部交流电源的电压的下降而增大。
上述的风电变桨控制系统，其中，所述风电变桨控制系统完成启动后，于所述外部交流电源上的电压超过一第一预设值或低于一第二预设值时，将所述导通角设为0。
有益效果：本发明提出的一种风电变桨控制系统，能够在不需要添加其他辅助启动的结构的情况下实现对超级电容的平滑充电，同时利用超级电容的高电荷储量抑制电压的泵升，不需要增加额外的卸放回路，成本低廉，维护方便。
附图说明
图1为本发明一实施例中风电变桨控制系统的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
在一个较佳的实施例中，如图1所示，提出了一种风电变桨控制系统，应用于控制桨叶的桨距角；其中，可以包括：
三相整流器2，三相整流器2的输入端与一外部交流电源1连接；
三相逆变器3，三相逆变器3的输入端与三相整流器2的输出端连接；
三相电动机4，与三相逆变器3的输出端连接，用于控制桨叶的桨距角；
超级电容5，与三相整流器2的输出端连接；
其中，三相整流器2的每一相上具有至少一个晶闸管；风电变桨控制系统启动时，将三相整流器2的三相上的晶闸管按递增的导通角导通，实现对超级电容5的平滑充电。
上述技术方案中，外部交流电源1可以是一电网电源；由于超级电容5的充电过程需要是平滑的，将超级电容5连接在三相整流器2的输出端，并通过控制三相整流器2中的晶闸管的导通角逐渐递增，能够实现对超级电容5的平滑充电；也因为超级电容5直接连接在三相整流器2的输出端，当三相整流器2的输出端处出现掉电等情况时，超级电容5能够在一定时间内维持电压。
在一个较佳的实施例中，还可以包括：
调制电路(附图中未显示)，包括一第一采样端，一第二采样端和多个控制输出端；
第一采样端与外部交流电源1连接，用于采样外部交流电源1，具体可以是采样外部交流电源1上的电压和/或电流；
第二采样端与三相整流器2的输出端连接，用于采样三相整流器2输出的电源；
控制输出端分别连接对应的三相整流器2的晶闸管的控制端；
调制电路根据第一采样端和第二采样端采样得到的电源，输出导通三相整流器2的各个晶闸管的控制信号至对应的晶闸管。
上述技术方案中，第一采样端采样三相整流器2输出的电源可以用作一种同步信号，由于电机启动一般具有一加速过程，外部交流电源1输出的电源的频率相应具有一上升过程，此时三相整流器2的晶闸管的导通频率也是变化的，晶闸管的控制信号的频率也需要是变化的，上述技术方案可以采用外部交流电源1输出的电源作为同步的参照；调制电路中可以包括一比例积分调节器，该比例积分调节器用于控制脉冲控制信号的宽度，即控制晶闸管的导通角。
在一个较佳的实施例中，超级电容5与三相整流器2的输出端之间可以连接有断路器6，用于将超级电容5与三相整流器2的连接断开，便于超级电容5的维护。
在一个较佳的实施例中，三相整流器2的每一相上具有串联的一个晶闸管和一个二极管，形成三相半控整流器。
在一个较佳的实施例中，三相整流器2的每一相上具有串联的两个晶闸管，形成三相全控整流器。
在一个较佳的实施例中，三相整流器2的输出端包括一正输出端和一负输出端；三相逆变器3的输入端包括一正输入端和一负输入端；超级电容5包括一正极板和一负极板；
正输出端分别与正输入端和正极板连接；负输出端分别与负输入端和负极板连接。
在一个较佳的实施例中，三相逆变器3的每一相由串联的两个晶闸管组成。
上述实施例中，优选地，每个晶闸管可以反向并联有二极管，用于释放三相电动机4产生的感应电流，以对晶闸管进行保护。
在一个较佳的实施例中，风电变桨控制系统完成启动后，导通角随着外部交流电源上电压的波动进行调节，以实现三相整流器2的输出端的电压恒定；
调节的具体方式为：导通角随着外部交流电源1的电压的上升而减小，随着外部交流电源1的电压的下降而增大。
在一个较佳的实施例中，风电变桨控制系统完成启动后，于外部交流电源1上的电压超过一第一预设值或低于一第二预设值时，将导通角设为0。
上述技术方案中，第一预设值和第二预设值均可以是具体数值或比率值，例如第一预设值为外部交流电源1的额定电压的130％，第二预设值为外部交流电源1的额定电压的70％等，从而实现过压欠压保护，这里的数值仅为一种优选的情况，不应视为是对本发明的限制。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
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)

1.一种风电变桨控制系统，应用于控制桨叶的桨距角；其特征在于，包括：
三相整流器，所述三相整流器的输入端与一外部交流电源连接；
三相逆变器，所述三相逆变器的输入端与所述三相整流器的输出端连接；
三相电动机，与所述三相逆变器的输出端连接，用于控制所述桨叶的桨距角；
超级电容，与所述三相整流器的输出端连接；
其中，所述三相整流器的每一相上具有至少一个晶闸管；所述风电变桨控制系统启动时，将所述三相整流器的三相上的晶闸管按递增的导通角导通，实现对所述超级电容的平滑充电。
2.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统，其特征在于，还包括：
调制电路，包括一第一采样端，一第二采样端和多个控制输出端；
所述第一采样端与所述外部交流电源连接，用于采样所述外部交流电源；
所述第二采样端与所述三相整流器的输出端连接，用于采样所述三相整流器输出的电源；
所述控制输出端分别连接对应的所述三相整流器的晶闸管的控制端；
所述调制电路根据所述第一采样端和所述第二采样端采样得到的电源，输出导通所述三相整流器的各个晶闸管的控制信号至对应的晶闸管。
3.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统，其特征在于，所述超级电容与所述三相整流器的输出端之间连接有断路器，用于将所述超级电容与所述三相整流器的连接断开。
4.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统，其特征在于，所述三相整流器的每一相上具有串联的一个晶闸管和一个二极管，形成三相半控整流器。
5.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统，其特征在于，所述三相整流器的每一相上具有串联的两个晶闸管，形成三相全控整流器。
6.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统，其特征在于，所述三相整流器的输出端包括一正输出端和一负输出端；所述三相逆变器的输入端包括一正输入端和一负输入端；所述超级电容包括一正极板和一负极板；
所述正输出端分别与所述正输入端和所述正极板连接；所述负输出端分别与所述负输入端和所述负极板连接。
7.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统，其特征在于，所述三相逆变器的每一相由串联的两个晶闸管组成。
8.根据权利要求7所述的风电变桨控制系统，其特征在于，每个所述晶闸管反向并联有二极管，用于释放所述三相电动机产生的感应电流。
9.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统，其特征在于，所述风电变桨控制系统完成启动后，所述导通角随着所述外部交流电源上电压的波动进行调节，以实现所述三相整流器的输出端的电压恒定；
调节的具体方式为：所述导通角随着所述外部交流电源的电压的上升而减小，随着外部交流电源的电压的下降而增大。
10.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统，其特征在于，所述风电变桨控制系统完成启动后，于所述外部交流电源上的电压超过一第一预设值或低于一第二预设值时，将所述导通角设为0。
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