CN108317037A - 一种集成化风力发电机组变桨系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力发电电气控制技术领域，具体的是一种基于集成化风力发电机组变桨系统，包括三个变桨控制柜、三个备用电源柜、滑环和集成化控制器；三个变桨控制柜依次相连，变桨控制柜通过滑环分别于集成化控制器和主控柜连接；每个变桨控制柜内部有一个智能IO设备，每个变桨控制柜与一个对应的备用电源柜相连，所述变桨控制柜内部的电机控制器连接相应的变桨电机，所述电机控制器通过控制变桨电机实现桨距角调节。变桨系统的控制在集成化控制器中进行，同时集成化控制器还负责主控和变流器的控制，集成化控制器能够全面掌握风电机组主控、变流和变桨系统的运行信息，能够全面、准确的判断机组的运行状况，有利于对变桨系统做出合理的控制。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电电气控制技术领域，具体的是一种基于集成化控制的风力发电机组变桨系统。
技术背景
风能是一种清洁的可再生资源，近年来风力发电技术飞速发展，风电装机容量迅速攀升。随着风电行业的不断发展和竞争的加剧，一方面要求风电机组成本不断下降，另一方面要求风电机组可靠性不断提高。变桨系统作为风电机组电控系统的重要子系统之一，其降本和可靠性要求越来越高。
风电机组电控系统主要包含主控、变桨和变流三个子系统。现行主流的控制方案中主控、变桨和变流器三大子系统都有独立的控制器，分别完成主控系统、变桨系统和变流系统各自的控制。其中主控系统通过现场总线（如CAN、PROFIBUS、RS485等）和变桨系统进行连接通信，实现主控系统和变桨系统的信号交互。
由于主控系统和变桨系统采用独立的控制器，主控系统只能通过现场总线获得变桨系统的部分信号，因此不能全面掌握变桨系统的运行状态，这会对主控系统的故障诊断功能带来局限性；主控系统与变桨系统通信需要有数据转换和解析等过程，占用各自控制器的总线周期，降低了系统的控制性能和可靠性；由于主控和变桨系统采用不同的控制器，如果两者基于不同的控制平台，对整机厂的后期维护带来了不便。
现有专利申请如：专利申请号为CN201610577603.7，申请日为2016.07.21，名称为“一种风力发电变桨控制系统”的发明专利，其技术方案如下：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。上述发明没有提出变桨系统与主控系统的具体方式，变桨系统控制单独在变桨系统中完成，变桨系统与主控系统只是通过通信方式进行信号交互，交互性信号的实时性与数据量受到限制。
发明内容
为了解决现行主控系统与变桨系统采用独立控制器带来的一系列问题，本发明提出了一种基于集成化控制的风力发电机组变桨系统。
为实现上述技术效果，本申请的技术方案如下：
一种集成化风力发电机组变桨系统，其特征在于：包括三个变桨控制柜、三个备用电源柜、滑环和集成化控制器；三个变桨控制柜依次相连，变桨控制柜通过滑环分别于集成化控制器和主控柜连接；每个变桨控制柜内部有一个智能IO设备，每个变桨控制柜与一个对应的备用电源柜相连，所述变桨控制柜内部的电机控制器连接相应的变桨电机，所述电机控制器通过控制变桨电机实现桨距角调节。
所述备用电源柜为变桨控制柜提供备用动力电源，当通过滑环传输的动力电源出现故障时，备用电源柜内储能单元将向变桨控制柜提供动力电源，确保变桨的正常运行。备用电源柜内采用蓄电池或超级电容作为储能元件。
所述滑环为静止设备和轮毂中旋转设备的接线接口，所述滑环中通过的信号包括实时工业以太网传输线、安全链连接线、三相400VAC动力电源和230V电源。
所述集成化控制器通过实时工业以太网与变桨控制柜内智能IO设备连接，各个控制柜内的智能IO设备作为集成化控制器的IO设备，智能IO设备属于IO设备的一种，同时智能IO设备也具备独立控制的功能。
所述集成化控制器通过实时工业以太网与三个变桨控制柜的智能IO设备进行连接。集成化控制器和各个智能IO都具备甄别通信网络是否中断的功能。
当集成化控制器与所有智能IO模块正常通信时，集成化控制器通过智能IO采集各个变桨控制柜的信号，集成化控制器再结合从主控、变流器采集的信息，经过计算和诊断，最后向智能IO设备发送相应的控制指令，智能IO根据集成化控制器发送过来的指令控制变桨系统的正常运行。
当集成化控制器与某个智能IO模块通信中断时，集成化控制器将控制主控系统和变流器做出相应的动作，同时集成化控制器还要向与之没有中断通信的其他IO模块发送控制指令。与集成化控制器中断通信的智能IO模块将不再受集成化控制器控制，直接对相应的变桨电机进行控制。
本发明的优点是：
变桨系统的控制在集成化控制器中进行，同时集成化控制器还负责主控和变流器的控制，集成化控制器能够全面掌握风电机组主控、变流和变桨系统的运行信息，能够全面、准确的判断机组的运行状况，有利于对变桨系统做出合理的控制。
本专利提出的是集成化变桨系统，变桨控制与主控控制均在集成化控制器中进行，主控能直接获取变桨系统的运行信息，不需要采用特别的通信方式。
变桨和主控、变流三个系统采用一个集成化控制器，不需要三个系统之间进行信号的交互，有利于提升整个风电机组电控系统的控制性能和可靠性。
集成化控制器与智能IO设备之间的通信具备中断甄别功能，当通信中断时，智能IO设备能接管对相应变桨电机的控制，有利于避免变桨系统通信中断导致的不受控现象，提升了系统的可靠性。
变桨控制器与主控控制器共用，变桨系统不再采用单独的PLC控制器，有利于降低系统的成本。
附图说明
图1是集成化风力发电机组变桨系统的框图。
图2是滑环的接线示意图。
图3是集成化风力发电机组变桨系统的控制架构图。
图4是集成化风力发电机组变桨系统中变桨控制柜的接线示意图。
具体实施方式
实施例1
一种集成化风力发电机组变桨系统包括三个变桨控制柜、三个备用电源柜、滑环和集成化控制器；三个变桨控制柜依次相连，变桨控制柜通过滑环分别于集成化控制器和主控柜连接；每个变桨控制柜内部有一个智能IO设备，每个变桨控制柜与一个对应的备用电源柜相连，所述变桨控制柜内部的电机控制器连接相应的变桨电机，所述电机控制器通过控制变桨电机实现桨距角调节。变桨系统的控制在集成化控制器中进行，同时集成化控制器还负责主控和变流器的控制，集成化控制器能够全面掌握风电机组主控、变流和变桨系统的运行信息，能够全面、准确的判断机组的运行状况，有利于对变桨系统做出合理的控制。
实施例2
一种集成化风力发电机组变桨系统包括三个变桨控制柜、三个备用电源柜、滑环和集成化控制器；三个变桨控制柜依次相连，变桨控制柜通过滑环分别于集成化控制器和主控柜连接；每个变桨控制柜内部有一个智能IO设备，每个变桨控制柜与一个对应的备用电源柜相连，所述变桨控制柜内部的电机控制器连接相应的变桨电机，所述电机控制器通过控制变桨电机实现桨距角调节。
所述备用电源柜为变桨控制柜提供备用动力电源，当通过滑环传输的动力电源出现故障时，备用电源柜内储能单元将向变桨控制柜提供动力电源，确保变桨的正常运行。备用电源柜内采用蓄电池或超级电容作为储能元件。
所述滑环为静止设备和轮毂中旋转设备的接线接口，所述滑环中通过的信号包括实时工业以太网传输线、安全链连接线、三相400VAC动力电源和230V电源。
所述集成化控制器通过实时工业以太网与变桨控制柜内智能IO设备连接，各个控制柜内的智能IO设备作为集成化控制器的IO设备，智能IO设备属于IO设备的一种，同时智能IO设备也具备独立控制的功能。
所述集成化控制器通过实时工业以太网与三个变桨控制柜的智能IO设备进行连接。集成化控制器和各个智能IO都具备甄别通信网络是否中断的功能。
当集成化控制器与所有智能IO模块正常通信时，集成化控制器通过智能IO采集各个变桨控制柜的信号，集成化控制器再结合从主控、变流器采集的信息，经过计算和诊断，最后向智能IO设备发送相应的控制指令，智能IO根据集成化控制器发送过来的指令控制变桨系统的正常运行。
当集成化控制器与某个智能IO模块通信中断时，集成化控制器将控制主控系统和变流器做出相应的动作，同时集成化控制器还要向与之没有中断通信的其他IO模块发送控制指令。与集成化控制器中断通信的智能IO模块将不再受集成化控制器控制，直接对相应的变桨电机进行控制。
变桨系统的控制在集成化控制器中进行，同时集成化控制器还负责主控和变流器的控制，集成化控制器能够全面掌握风电机组主控、变流和变桨系统的运行信息，能够全面、准确的判断机组的运行状况，有利于对变桨系统做出合理的控制。
本专利提出的是集成化变桨系统，变桨控制与主控控制均在集成化控制器中进行，主控能直接获取变桨系统的运行信息，不需要采用特别的通信方式。
变桨和主控、变流三个系统采用一个集成化控制器，不需要三个系统之间进行信号的交互，有利于提升整个风电机组电控系统的控制性能和可靠性。
集成化控制器与智能IO设备之间的通信具备中断甄别功能，当通信中断时，智能IO设备能接管对相应变桨电机的控制，有利于避免变桨系统通信中断导致的不受控现象，提升了系统的可靠性。
变桨控制器与主控控制器共用，变桨系统不再采用单独的PLC控制器，有利于降低系统的成本。
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1所示是本发明中集成化风力发电机组变桨系统的框图。集成化风电机组变桨系统包含一个滑环、三个变桨控制柜和三个逐一与变桨控制柜配套的备用电源柜。变桨系统通过滑环与集成化控制器和主控柜进行连接。
通过滑环的信号包括实时工业以太网通信线、三相交流400V动力电源线、230V电源线和安全链信号线，如图2所示。滑环上的400V动力电源线、230V电源线和安全链信号线来自主控柜，工业实时以太网用于集成化控制器与三个变桨控制柜内部的智能IO设备相连接。
当集成化控制器与三个智能IO设备正常通信工作时，集成化控制器通过智能IO设备对变桨系统进行信号采集，同时集成化控制器根据从变流器和主控系统采集的信号进行综合计算和诊断，然后向智能IO设备发出控制指令对变桨系统进行控制。变桨系统的控制架构图如图3所示。当集成化控制器与某个智能IO设备通信中断时，智能IO设备将接管对变桨系统的控制。
图4所示是实施例中集成化风力发电机组变桨系统中变桨控制柜的接线示意图。集成化风力发电机组变桨系统包含滑环、三个变桨控制柜和三个备用电源柜。每个变桨控制柜内部包含一个智能IO设备和一个变桨电机控制器。
三个变桨控制器的动力电源都来自滑环上的动力电源线，三个智能IO设备通过实时工业以太网连接，并连接到来自滑环的以太网网络。三个变桨控制柜还有一组安全链连接线，确保安全链断开时能被主控检测并进行保护，确保机组的安全。
备用电源柜向变桨控制柜内的电机控制器提供备用电源，当来自滑环的动力电源出现故障时，备用电源将向电机控制器提供动力，保证变桨机构的正确动作，确保机组的安全。
智能IO模块负责采集的信号主要包括浆叶的位置信号，具体有3~5°传感器信号、90°传感器信号和95°限位开关信号。电机控制器需要采集电机的温度信号，并通过检测电机转子位置控制变桨电机。电机控制器与智能IO设备之间通过现场总线进行通信，一方面智能IO设备从电机控制器获得反馈信息，另一方面向电机控制器发送变桨指令和其他控制指令。
Claims (7)
1.一种集成化风力发电机组变桨系统，其特征在于：包括三个变桨控制柜、三个备用电源柜、滑环和集成化控制器；三个变桨控制柜依次相连，变桨控制柜通过滑环分别于集成化控制器和主控柜连接；每个变桨控制柜内部有一个智能IO设备，每个变桨控制柜与一个对应的备用电源柜相连，所述变桨控制柜内部的电机控制器连接相应的变桨电机，所述电机控制器通过控制变桨电机实现桨距角调节。
2.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨系统，其特征在于：所述备用电源柜为变桨控制柜提供备用动力电源，当通过滑环传输的动力电源出现故障时，备用电源柜内储能单元将向变桨控制柜提供动力电源，备用电源柜内采用蓄电池或超级电容作为储能元件。
3.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨系统，其特征在于：所述滑环为静止设备和轮毂中旋转设备的接线接口，所述滑环中通过的信号包括实时工业以太网传输线、安全链连接线、三相400VAC动力电源和230V电源。
4.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨系统，其特征在于：所述集成化控制器通过实时工业以太网与变桨控制柜内智能IO设备连接。
5.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨系统，其特征在于：所述集成化控制器通过实时工业以太网与三个变桨控制柜的智能IO设备进行连接。
6.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨系统，其特征在于：当集成化控制器与所有智能IO模块正常通信时，集成化控制器通过智能IO采集各个变桨控制柜的信号，集成化控制器再结合从主控、变流器采集的信息，经过计算和诊断，最后向智能IO设备发送相应的控制指令，智能IO根据集成化控制器发送过来的指令控制变桨系统的正常运行。
7.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨系统，其特征在于：当集成化控制器与某个智能IO模块通信中断时，集成化控制器将控制主控系统和变流器做出相应的动作，同时集成化控制器还要向与之没有中断通信的其他IO模块发送控制指令；与集成化控制器中断通信的智能IO模块将不再受集成化控制器控制，直接对相应的变桨电机进行控制。
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