CN108730131A - 一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，包含云服务器终端、监控终端，以及设置在电机上的数据采集终端，所述数据采集终端和监控终端分别与云服务器终端连接；所述数据采集终端包含采集装置和控制装置，其中控制装置包含速度控制器、功率控制器、浆距控制器、风轮、增速箱、发电机，所述速度控制器、功率变换器分别连接依次连接的浆距控制器、风轮、增速箱、发电机；所述采集装置包含微控制器模块、转速传感器阵列、功率传感器阵列、多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块、接口模块、数据传输模块和电源模块；所述转速传感器阵列、功率传感器阵列分别依次经过多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块连接微控制器模块，所述接口模块、数据传输模块和电源模块分别与微控制器模块连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机控制系统，尤其涉及一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，属于电机控制领域。
背景技术
随着风电技术的不断成熟与发展，变桨距风力发电机的优越性显得更加突出：既能提高风力机运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。随着风电机组功率等级的增加，采用变桨距技术已是大势所趋。目前变桨执行机构主要有两种：
液压变桨距和电动变桨距，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。在统一变桨基础上发展起来的独立变桨距技术，每支叶片根据自己的控制规律独立地变化桨距角，可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题，具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高等优势，越来越受到国际风电市场的欢迎。
兆瓦级变速恒频变桨距风电机组是目前国际上技术比较先进的风力机型，从今后的发展趋势看，必然取代定桨距风力机而成为风力发电机组的主力机型。其中变桨距技术在变速恒频风力机研究中占有重要地位，是变速恒频技术实现的前提条件。研究这种技术，可以提高风电机组的柔性，延长机组的寿命，是目前国外研究的热点，但是国内对此研究甚少。对这一前瞻性课题进行立项资助，掌握具备自主知识产权的独立变桨控制技术，对于打破发达国家对先进的风力发电技术的垄断，促进我国风力发电事业的进一步发展都将具有重要意义。
为了获得足够的起动条件，在变桨距系统中需要具有高可靠性的控制器，本发明中采用了OMRON 公司的CJ1M 系列可编程控制器(PLC)作为变桨距系统的控制器，设计了PLC软件程序，并在国外某知名风电公司风力发电机组上作了实验。
例如申请号“201310457332.8”的风力发电机组用低电压调控装置，包括固态开关、滤波电路、整流电路、有功消耗电路、第一大功率逆变器和第二大功率逆变器。本发明采用大功率电力电子变流器和固态开关安装在风机和电网之间，当电力系统发生临时短路故障而造成电网电压下降时，快速提供有功功率和无功功率支撑，以维持风机定子侧并网点电压恒定，从而保证风机不脱网且稳定并网运行。不仅解决了风力发电中存在的低电压穿越这一技术难题，而且起到稳定系统电压、抑制系统电压波动、提高电能质量的作用，同时降低网络损耗，增加风电厂发电，降低对风机设备的冲击，更能避免风电机组同时全部切除的情况；并且该系统三相完全独立控制，可有效应对对称和非对称故障情况。
又如申请号为“201510137328.2”的一种风力发电机功率因素季调控制系统，包括时钟发生器，控制器、数模转换器和放大器；时钟发生器与控制器连接，时钟发生器为控制器提供时间，控制器根据该时间对季节进行计算，按季节变化发出调节风力发电机组功率因素调整的数字；数模转换器的输入端连接控制器的输出端，数模转换器将控制器输出的数字信号转换为模拟信号；放大器的输入端与数模转换器的输出端连接，放大器的输出端连接风力发电机组，放大器将数模转换器输出的信号进行放大后用于调节风力发电机组的励磁电流。本发明可使风力发电机在季节变化时，其功率因素自动发生改变。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，包含云服务器终端、监控终端，以及设置在电机上的数据采集终端，所述数据采集终端和监控终端分别与云服务器终端连接；所述数据采集终端包含采集装置和控制装置，其中控制装置包含速度控制器、功率控制器、浆距控制器、风轮、增速箱、发电机，所述速度控制器、功率变换器分别连接依次连接的浆距控制器、风轮、增速箱、发电机；所述采集装置包含微控制器模块、转速传感器阵列、功率传感器阵列、多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块、接口模块、数据传输模块和电源模块；所述转速传感器阵列、功率传感器阵列分别依次经过多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块连接微控制器模块，所述接口模块、数据传输模块和电源模块分别与微控制器模块连接；所述滤波电路模块包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、运算放大器、电源芯片，所述第一电阻的一端与三级放大电路的输出端相连，所述第一电阻的另一端连接第一电容的一端和第二电容的一端后与第二电阻的一端相连，所述第一电容的另一端连接第三电阻的一端后与运算放大器的负输入端相连，所述第二电容的另一端连接第三电阻的另一端后与运算放大器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地；所述运算放大器的正输入端依次连接第四电阻和第五电阻后接地，运算放大器的正电源端分别连接第三电容的一端和第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端与电源的正极相连，所述第三电容的另一端接地，运算放大器的负电源端分别连接第七电阻的一端与第四电容的一端，所述第七电阻的另一端与电源芯片的负极相连，所述第四电容的另一端接地；所述运算放大器的输出端串接第五电容后与微控制器模块的输入端连接。
作为本发明一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统的进一步优选方案，所述云服务器终端包含主控制器模块以及与其连接的数据收发模块、数据存储模块、时钟模块和USB接口。
作为本发明一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统的进一步优选方案，所述发电机采用额定功率为550kW的风力发电机。
作为本发明一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统的进一步优选方案，所述转速传感器阵列由多个芯片型号为A5S05的转速传感器构成。
作为本发明一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用AVR系列单片机。
作为本发明一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用LCD显示屏显示电机转速参数。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明可以有效的提高风电机组的柔性，延长机组的寿命；
2、本发明采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。
附图说明
图1是本发明的结构原理图；
图2是本发明数据采集终端的结构原理图；
图3是本发明滤波电路模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，如图1所示，包含云服务器终端、监控终端，以及设置在电机上的数据采集终端，所述数据采集终端和监控终端分别与云服务器终端连接；如图2所示，所述数据采集终端包含采集装置和控制装置，其中控制装置包含速度控制器、功率控制器、浆距控制器、风轮、增速箱、发电机，所述速度控制器、功率变换器分别连接依次连接的浆距控制器、风轮、增速箱、发电机；所述采集装置包含微控制器模块、转速传感器阵列、功率传感器阵列、多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块、接口模块、数据传输模块和电源模块；所述转速传感器阵列、功率传感器阵列分别依次经过多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块连接微控制器模块，所述接口模块、数据传输模块和电源模块分别与微控制器模块连接；如图3所示，所述滤波电路模块包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、运算放大器、电源芯片，所述第一电阻的一端与三级放大电路的输出端相连，所述第一电阻的另一端连接第一电容的一端和第二电容的一端后与第二电阻的一端相连，所述第一电容的另一端连接第三电阻的一端后与运算放大器的负输入端相连，所述第二电容的另一端连接第三电阻的另一端后与运算放大器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地；所述运算放大器的正输入端依次连接第四电阻和第五电阻后接地，运算放大器的正电源端分别连接第三电容的一端和第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端与电源的正极相连，所述第三电容的另一端接地，运算放大器的负电源端分别连接第七电阻的一端与第四电容的一端，所述第七电阻的另一端与电源芯片的负极相连，所述第四电容的另一端接地；所述运算放大器的输出端串接第五电容后与微控制器模块的输入端连接。
所述云服务器终端包含主控制器模块以及与其连接的数据收发模块、数据存储模块、时钟模块和USB接口，所述发电机采用额定功率为550kW的风力发电机；所述转速传感器阵列由多个芯片型号为A5S05的转速传感器构成，所述微控制器模块采用AVR系列单片机所述微控制器模块采用LCD显示屏显示电机转速参数。
其中，所述发电机采用额定功率为550kW的风力发电机，所述转速传感器的芯片型号为A5S05，所述微控制器模块采用AVR系列单片机，所述微控制器模块采用LCD显示屏显示电机转速参数。
本发明可以有效的提高风电机组的柔性，延长机组的寿命；本发明采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。
变桨距调速是现代风力发电机主要的调速方式之一。调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。当风速增大时，变桨距液压缸动作，推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少，维持风轮运转在额定转速范围内。当风速减小时，实行相反操作，实现风轮吸收的功率能基本保持恒定。液压控制系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位精确、液压执行机构动态响应速度快等优点，能够保证更加快速、准确地把叶片调节至预定节距。目前国内生产和运行的大型风力发电机的变距装置大多采用液压系统作为动力系统。
在发动机并入电网之前由速度控制器根据发动机的转速反馈信号进行变桨距控制，根据转速及风速信号来确定桨叶处于待机或顺桨位置；发动机并入电网之后，功率控制器起作用，功率调节器通常采用PI(或PID)控制，功率误差信号经过PI 运算后得到桨距角位置。
当风力发电机在停机状态时，桨距角处于90毅的位置，这时气流对桨叶不产生转矩；当风力机由停机状态变为运行状态时，桨距角由90毅以一定速度(约1毅/s)减小到待机角度(本系统中为15毅)；若风速达到并网风速，桨距角继续减小到3毅(桨距角在3毅左右时具有最佳风能吸收系数)；发电机并入电网后，当风速小于额定风速时，使桨距角保持在3毅不变；当风速高于额定风速时，根据功率反馈信号，控制器向比例阀输出-10~+10 V 的电压，控制比例阀输出流量的方向和大小。变桨距液压缸按比例阀输出的流量和方向来操纵叶片的桨距角，使输出功率维持在额定功率附近。若出现故障或有停机命令时，控制器将输出迅速顺桨命令，使得风力机能快速停机，顺桨速度可达20毅/s。
一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，包含速度控制器、功率控制器、浆距控制器、风轮、增速箱、发电机，所述速度控制器、功率变换器分别连接依次连接的浆距控制器、风轮、增速箱、发电机；在所述发电机上设有微控制器模块以及与其连接的转速传感器、功率传感器和显示模块；所述微控制器模块分别与速度控制器和功率控制器连接。
本发明可以有效的提高风电机组的柔性，延长机组的寿命；本发明采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持最佳转换效率，使输出功率最大，从而提高系统性能。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下发明中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，其特征在于：包含云服务器终端、监控终端，以及设置在电机上的数据采集终端，所述数据采集终端和监控终端分别与云服务器终端连接；所述数据采集终端包含采集装置和控制装置，其中控制装置包含速度控制器、功率控制器、浆距控制器、风轮、增速箱、发电机，所述速度控制器、功率变换器分别连接依次连接的浆距控制器、风轮、增速箱、发电机；所述采集装置包含微控制器模块、转速传感器阵列、功率传感器阵列、多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块、接口模块、数据传输模块和电源模块；所述转速传感器阵列、功率传感器阵列分别依次经过多路复用开关、放大电路模块、滤波电路模块连接微控制器模块，所述接口模块、数据传输模块和电源模块分别与微控制器模块连接；所述滤波电路模块包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、运算放大器、电源芯片，所述第一电阻的一端与三级放大电路的输出端相连，所述第一电阻的另一端连接第一电容的一端和第二电容的一端后与第二电阻的一端相连，所述第一电容的另一端连接第三电阻的一端后与运算放大器的负输入端相连，所述第二电容的另一端连接第三电阻的另一端后与运算放大器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地；所述运算放大器的正输入端依次连接第四电阻和第五电阻后接地，运算放大器的正电源端分别连接第三电容的一端和第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端与电源的正极相连，所述第三电容的另一端接地，运算放大器的负电源端分别连接第七电阻的一端与第四电容的一端，所述第七电阻的另一端与电源芯片的负极相连，所述第四电容的另一端接地；所述运算放大器的输出端串接第五电容后与微控制器模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，其特征在于：其特征在于：所述云服务器终端包含主控制器模块以及与其连接的数据收发模块、数据存储模块、时钟模块和USB接口。
3.根据权利要求1所述的一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，其特征在于：所述发电机采用额定功率为550kW的风力发电机。
4.根据权利要求1所述的一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，其特征在于：所述转速传感器阵列由多个芯片型号为A5S05的转速传感器构成。
5.根据权利要求1所述的一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，其特征在于：所述微控制器模块采用AVR系列单片机。
6.根据权利要求1所述的一种基于云平台的变桨距风力电机监控系统，其特征在于：所述微控制器模块采用LCD显示屏显示电机转速参数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20181102 |