CN110439746A - 基于lti驱动器的高压交流变桨系统 - Google Patents

Abstract

基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，属于可再生清洁能源技术领域，包括系统安全链、主控单元、主通讯单元、第一子通讯单元、第二子通讯单元、变桨轴控柜一、变桨轴控柜二和变桨轴控柜三；其中，所述变桨轴控柜一内设有第一LUST变桨驱动器，所述变桨轴控柜二内设有第二LUST变桨驱动器，所述变桨轴控柜三内设有第三LUST变桨驱动器。交流变桨控制系统以其电机体积小、结构简单、维护方便等因素将在大功率风力发电系统得到广泛的应用。本发明的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，变桨系统采用LTI智能型驱动器PM2+，每只叶片有专门的变桨驱动系统来完成变桨和安全控制。

Description

基于LTI驱动器的高压交流变桨系统

技术领域

本发明属于可再生清洁能源技术领域，具体地，涉及基于LTI驱动器的高压交流变桨系统。

背景技术

由于全球范围内煤炭、石油等化石能源日渐减少，世界各国都将目光转移到了可再生清洁能源的研究和开发利用上，而风力发电已经成为我国新能源战略的重点，风力发电是近年来发展最快、具备大规模开发利用的绿色能源之一。目前风力发电机组正朝着大型化、变桨距和变速恒频的方向不断发展。

变桨控制系统是风力发电机组的核心部件之一，随着风电机组的功率不断增大，开发出集成变频器、PLC控制、后备电源充放电管理、电机制动器管理等变桨功能的智能型变桨驱动器系统将成为风电机组变桨发展的必然趋势。

变桨距调节方式是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角，从而影响叶片的受力和阻力，保持输出功率恒定。目前风场机组大部分变桨都采用直流变桨系统来实现桨距的调节，直流变桨系统以其控制精度高、启动力矩大、反应速度快等优点占据大部分风电市场。但随着整机功率的不断加大，直流电机的体积变的庞大，不利于安装与控制。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，解决了直流变桨系统中不利于安装和控制的问题。

技术方案：本发明提供了基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，包括系统安全链、主控单元、主通讯单元、第一子通讯单元、第二子通讯单元、变桨轴控柜一、变桨轴控柜二和变桨轴控柜三，所述系统安全链设置在主控单元和变桨轴控柜一之间、主控单元和变桨轴控柜二之间以及主控单元和变桨轴控柜三之间，所述主控单元通过主通讯单元与变桨轴控柜一通讯，所述变桨轴控柜一和变桨轴控柜二之间通过第一子通讯单元通讯，并且变桨轴控柜一和变桨轴控柜二之间通过信号线和动力线连接，所述变桨轴控柜二和变桨轴控柜三之间通过第二子通讯单元通讯，并且变桨轴控柜二和变桨轴控柜三之间通过信号线和动力线连接；其中，所述变桨轴控柜一内设有第一LUST变桨驱动器，所述变桨轴控柜二内设有第二LUST变桨驱动器，所述变桨轴控柜三内设有第三LUST变桨驱动器。交流变桨控制系统以其电机体积小、结构简单、维护方便等因素将在大功率风力发电系统得到广泛的应用。

本发明的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，变桨系统采用LTI智能型驱动器PM2+，每只叶片有专门的变桨驱动系统来完成变桨和安全控制。在设计上采用模块化设计理念，大大减少了器件数量和变桨柜的空间。从电气控制上在完全满足变桨系统要求和安全性外，大大简化了控制回路器件，维护更加方便。

进一步的，上述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，所述变桨轴控柜一包括第一主电源、第一开关电源、第一LUST变桨驱动器、第一超级电容组、第一变桨电机、第一限位开关、第二限位开关、第一桨叶端断编码器、第一电机末端变压器、第一电机制动器和一组第一电机动力电源线，所述第一主电源与第一LUST变桨驱动器的主电源输入端连接，所述第一开关电源的输出端与第一LUST变桨驱动器的24V单元输入端连接，并且第一开关电源的输入端与第一主电源连接，所述第一超级电容组与第一LUST变桨驱动器的电源输出端连接，所述第一限位开关、第二限位开关和第一桨叶端断编码器分别与第一LUST变桨驱动器的输入端连接，所述第一变桨电机通过一组第一电机动力电源线与第一LUST变桨驱动器的三相电源输出端连接，所述第一电机末端变压器和第一电机制动器的一端与第一LUST变桨驱动器连接，并且第一电机末端变压器和第一电机制动器的另一端与第一变桨电机连接。

进一步的，上述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，所述变桨轴控柜二包括第二主电源、第二开关电源、第二LUST变桨驱动器、第二超级电容组、第二变桨电机、第三限位开关、第四限位开关、第二桨叶端断编码器、第二电机末端变压器、第二电机制动器和一组第二电机动力电源线，所述第二主电源与第二LUST变桨驱动器的主电源输入端连接，所述第二开关电源的输出端与第二LUST变桨驱动器的24V单元输入端连接，并且第二开关电源的输入端与第二主电源连接，所述第二超级电容组与第二LUST变桨驱动器的电源输出端连接，所述第三限位开关、第四限位开关和第二桨叶端断编码器分别与第二LUST变桨驱动器的输入端连接，所述第二变桨电机通过一组第二电机动力电源线与第二LUST变桨驱动器的三相电源输出端连接，所述第二电机末端变压器和第二电机制动器的一端与第二LUST变桨驱动器连接，并且第二电机末端变压器和第二电机制动器的另一端与第二变桨电机连接。

进一步的，上述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，所述变桨轴控柜三包括第三主电源、第三开关电源、第三LUST变桨驱动器、第三超级电容组、第三变桨电机、第五限位开关、第六限位开关、第三桨叶端断编码器、第三电机末端变压器、第三电机制动器和一组第三电机动力电源线，所述第三主电源与第三LUST变桨驱动器的主电源输入端连接，所述第三开关电源的输出端与第三LUST变桨驱动器的24V单元输入端连接，并且第三开关电源的输入端与第三主电源连接，所述第三超级电容组与第三LUST变桨驱动器的电源输出端连接，所述第五限位开关、第六限位开关和第三桨叶端断编码器分别与第三LUST变桨驱动器的输入端连接，所述第三变桨电机通过一组第三电机动力电源线与第三LUST变桨驱动器的三相电源输出端连接，所述第三电机末端变压器和第三电机制动器的一端与第三LUST变桨驱动器连接，并且第三电机末端变压器和第三电机制动器的另一端与第三变桨电机连接。

进一步的，上述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，所述系统安全链和变桨轴控柜一之间设有第一轴柜安全链，所述系统安全链和变桨轴控柜二之间设有第二轴柜安全链，所述系统安全链和变桨轴控柜三之间设有第三轴柜安全链。

进一步的，上述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，所述主通讯单元、第一子通讯单元和第二子通讯单元均为CAN通讯。

进一步的，上述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，所述第一限位开关、第三限位开关和第五限位开关为91°限位开关；所述第二限位开关、第四限位开关和第六限位开关为95°限位开关。

进一步的，上述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，所述第一主电源、第二主电源和第三主电源均为3*400VAC电源。

进一步的，上述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，所述第一开关电源、第二开关电源和第三开关电源均为DC24V电源。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，具有如下优点：

1）采用高电压集成式驱动交流变桨控制系统，低穿功能良好，主控与变桨驱动器采用CAN总线通讯方式；

2）电气接口与主控保持一致，通信协议及参数与主控保持一致，可以满足主控不同的通讯协议要求。可以完全满足风机变桨系统的控制要求；

3）系统具备极宽的温度适应范围和抗振特性；

4）采用紧凑型设计，驱动器具备强大的集成式智能控制功能，节省了PLC系统、开关电源、充电器、电压监测模块等器件；

5）无需另外加装蓄电池或超级电容充电器，驱动器具备安全稳定的充/放电管理单元特性；

6）充电电流和电压可控，最大充电电压可达驱动器直流母线电压，最大充电电流 20 A，充电曲线可实现编程控制；

7）在节省空间，节省接线，节省元件，节省成本的前提下，具备更稳定，更灵活，更高效，更安全的变桨控制功能。

附图说明

图1为本发明所述基于LTI驱动器的高压交流变桨系统的结构框图。

图中：系统安全链1、第一轴柜安全链11、第二轴柜安全链12、第三轴柜安全链13、主控单元2、主通讯单元3、第一子通讯单元4、第二子通讯单元5、变桨轴控柜一6、第一主电源61、第一开关电源62、第一LUST变桨驱动器63、第一超级电容组64、第一变桨电机65、第一限位开关66、第二限位开关67、第一桨叶端断编码器68、第一电机末端变压器69、第一电机制动器610、第一电机动力电源线611、变桨轴控柜二7、第二主电源71、第二开关电源72、第二LUST变桨驱动器73、第二超级电容组74、第二变桨电机75、第三限位开关76、第四限位开关77、第二桨叶端断编码器78、第二电机末端变压器79、第二电机制动器710、第二电机动力电源线711、变桨轴控柜三8、第三主电源81、第三开关电源82、第三LUST变桨驱动器83、第三超级电容组84、第三变桨电机85、第五限位开关86、第六限位开关87、第三桨叶端断编码器88、第三电机末端变压器89、第三电机制动器810、第三电机动力电源线811。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1所示的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，包括系统安全链1、主控单元2、主通讯单元3、第一子通讯单元4、第二子通讯单元5、变桨轴控柜一6、变桨轴控柜二7和变桨轴控柜三8，所述系统安全链1设置在主控单元2和变桨轴控柜一6之间、主控单元2和变桨轴控柜二7之间以及主控单元2和变桨轴控柜三8之间，所述主控单元2通过主通讯单元3与变桨轴控柜一6通讯，所述变桨轴控柜一6和变桨轴控柜二7之间通过第一子通讯单元4通讯，并且变桨轴控柜一6和变桨轴控柜二7之间通过信号线和动力线连接，所述变桨轴控柜二7和变桨轴控柜三8之间通过第二子通讯单元5通讯，并且变桨轴控柜二7和变桨轴控柜三8之间通过信号线和动力线连接；其中，所述变桨轴控柜一6内设有第一LUST变桨驱动器63，所述变桨轴控柜二7内设有第二LUST变桨驱动器73，所述变桨轴控柜三8内设有第三LUST变桨驱动器83。此外，所述系统安全链1和变桨轴控柜一6之间设有第一轴柜安全链11，所述系统安全链1和变桨轴控柜二7之间设有第二轴柜安全链12，所述系统安全链1和变桨轴控柜三8之间设有第三轴柜安全链13。为了快速准确的进行信号的传输，所述主通讯单元3、第一子通讯单元4和第二子通讯单元5均为CAN通讯。本专利申请的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，变桨控制柜与机舱之间，变桨控制柜与变桨控制柜之间实现了电源的电气隔离。电源模块采用了冷板技术，伺服驱动器高效低功耗，散热片加装冷却风扇，柜内加装加热器，保证了变桨系统能够适应恶劣的环境。变桨控制柜与机舱之间，变桨控制柜与变桨控制柜之间实现了电源的电气隔离。

上述结构中，具体的变桨轴控柜一6包括第一主电源61、第一开关电源62、第一LUST变桨驱动器63、第一超级电容组64、第一变桨电机65、第一限位开关66、第二限位开关67、第一桨叶端断编码器68、第一电机末端变压器69、第一电机制动器610和一组第一电机动力电源线611，所述第一主电源61与第一LUST变桨驱动器63的主电源输入端连接，所述第一开关电源62的输出端与第一LUST变桨驱动器63的24V单元输入端连接，并且第一开关电源62的输入端与第一主电源61连接，所述第一超级电容组64与第一LUST变桨驱动器63的电源输出端连接，所述第一限位开关66、第二限位开关67和第一桨叶端断编码器68分别与第一LUST变桨驱动器63的输入端连接，所述第一变桨电机65通过一组第一电机动力电源线611与第一LUST变桨驱动器63的三相电源输出端连接，所述第一电机末端变压器69和第一电机制动器610的一端与第一LUST变桨驱动器63连接，并且第一电机末端变压器69和第一电机制动器610的另一端与第一变桨电机65连接。变桨轴控柜二7包括第二主电源71、第二开关电源72、第二LUST变桨驱动器73、第二超级电容组74、第二变桨电机75、第三限位开关76、第四限位开关77、第二桨叶端断编码器78、第二电机末端变压器79、第二电机制动器710和一组第二电机动力电源线711，所述第二主电源71与第二LUST变桨驱动器73的主电源输入端连接，所述第二开关电源72的输出端与第二LUST变桨驱动器73的24V单元输入端连接，并且第二开关电源72的输入端与第二主电源71连接，所述第二超级电容组74与第二LUST变桨驱动器73的电源输出端连接，所述第三限位开关76、第四限位开关77和第二桨叶端断编码器78分别与第二LUST变桨驱动器73的输入端连接，所述第二变桨电机75通过一组第二电机动力电源线711与第二LUST变桨驱动器73的三相电源输出端连接，所述第二电机末端变压器79和第二电机制动器710的一端与第二LUST变桨驱动器73连接，并且第二电机末端变压器79和第二电机制动器710的另一端与第二变桨电机75连接。变桨轴控柜三8包括第三主电源81、第三开关电源82、第三LUST变桨驱动器83、第三超级电容组84、第三变桨电机85、第五限位开关86、第六限位开关87、第三桨叶端断编码器88、第三电机末端变压器89、第三电机制动器810和一组第三电机动力电源线811，所述第三主电源81与第三LUST变桨驱动器83的主电源输入端连接，所述第三开关电源82的输出端与第三LUST变桨驱动器83的24V单元输入端连接，并且第三开关电源82的输入端与第三主电源81连接，所述第三超级电容组84与第三LUST变桨驱动器83的电源输出端连接，所述第五限位开关86、第六限位开关87和第三桨叶端断编码器88分别与第三LUST变桨驱动器83的输入端连接，所述第三变桨电机85通过一组第三电机动力电源线811与第三LUST变桨驱动器83的三相电源输出端连接，所述第三电机末端变压器89和第三电机制动器810的一端与第三LUST变桨驱动器83连接，并且第三电机末端变压器89和第三电机制动器810的另一端与第三变桨电机85连接。

最后，第一限位开关66、第三限位开关76和第五限位开关86为91°限位开关；所述第二限位开关67、第四限位开关77和第六限位开关87为95°限位开关。第一主电源61、第二主电源71和第三主电源81均为3*400VAC电源。第一开关电源62、第二开关电源72和第三开关电源82均为DC24V电源。

本发明的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，主要技术指标：

1）变桨跟随角度误差控制精度达到2度。

2）在由电源供电的情况下，变桨系统可适用于 -40℃的环境温度。

3）此系统可广泛适用于0—4000米海拔高度。

4）电网交流供电电压过低甚至中断的3秒内，变桨系统仍可依靠本身电容直流后备电源正常运转。

5）在系统发生故障时变桨系统能顺利完成安全收桨。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，其特征在于：包括系统安全链（1）、主控单元（2）、主通讯单元（3）、第一子通讯单元（4）、第二子通讯单元（5）、变桨轴控柜一（6）、变桨轴控柜二（7）和变桨轴控柜三（8），所述系统安全链（1）设置在主控单元（2）和变桨轴控柜一（6）之间、主控单元（2）和变桨轴控柜二（7）之间以及主控单元（2）和变桨轴控柜三（8）之间，所述主控单元（2）通过主通讯单元（3）与变桨轴控柜一（6）通讯，所述变桨轴控柜一（6）和变桨轴控柜二（7）之间通过第一子通讯单元（4）通讯，并且变桨轴控柜一（6）和变桨轴控柜二（7）之间通过信号线和动力线连接，所述变桨轴控柜二（7）和变桨轴控柜三（8）之间通过第二子通讯单元（5）通讯，并且变桨轴控柜二（7）和变桨轴控柜三（8）之间通过信号线和动力线连接；其中，所述变桨轴控柜一（6）内设有第一LUST变桨驱动器（63），所述变桨轴控柜二（7）内设有第二LUST变桨驱动器（73），所述变桨轴控柜三（8）内设有第三LUST变桨驱动器（83）。

2.根据权利要求1所述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，其特征在于：所述变桨轴控柜一（6）包括第一主电源（61）、第一开关电源（62）、第一LUST变桨驱动器（63）、第一超级电容组（64）、第一变桨电机（65）、第一限位开关（66）、第二限位开关（67）、第一桨叶端断编码器（68）、第一电机末端变压器（69）、第一电机制动器（610）和一组第一电机动力电源线（611），所述第一主电源（61）与第一LUST变桨驱动器（63）的主电源输入端连接，所述第一开关电源（62）的输出端与第一LUST变桨驱动器（63）的24V单元输入端连接，并且第一开关电源（62）的输入端与第一主电源（61）连接，所述第一超级电容组（64）与第一LUST变桨驱动器（63）的电源输出端连接，所述第一限位开关（66）、第二限位开关（67）和第一桨叶端断编码器（68）分别与第一LUST变桨驱动器（63）的输入端连接，所述第一变桨电机（65）通过一组第一电机动力电源线（611）与第一LUST变桨驱动器（63）的三相电源输出端连接，所述第一电机末端变压器（69）和第一电机制动器（610）的一端与第一LUST变桨驱动器（63）连接，并且第一电机末端变压器（69）和第一电机制动器（610）的另一端与第一变桨电机（65）连接。

3.根据权利要求1所述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，其特征在于：所述变桨轴控柜二（7）包括第二主电源（71）、第二开关电源（72）、第二LUST变桨驱动器（73）、第二超级电容组（74）、第二变桨电机（75）、第三限位开关（76）、第四限位开关（77）、第二桨叶端断编码器（78）、第二电机末端变压器（79）、第二电机制动器（710）和一组第二电机动力电源线（711），所述第二主电源（71）与第二LUST变桨驱动器（73）的主电源输入端连接，所述第二开关电源（72）的输出端与第二LUST变桨驱动器（73）的24V单元输入端连接，并且第二开关电源（72）的输入端与第二主电源（71）连接，所述第二超级电容组（74）与第二LUST变桨驱动器（73）的电源输出端连接，所述第三限位开关（76）、第四限位开关（77）和第二桨叶端断编码器（78）分别与第二LUST变桨驱动器（73）的输入端连接，所述第二变桨电机（75）通过一组第二电机动力电源线（711）与第二LUST变桨驱动器（73）的三相电源输出端连接，所述第二电机末端变压器（79）和第二电机制动器（710）的一端与第二LUST变桨驱动器（73）连接，并且第二电机末端变压器（79）和第二电机制动器（710）的另一端与第二变桨电机（75）连接。

4.根据权利要求1所述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，其特征在于：所述变桨轴控柜三（8）包括第三主电源（81）、第三开关电源（82）、第三LUST变桨驱动器（83）、第三超级电容组（84）、第三变桨电机（85）、第五限位开关（86）、第六限位开关（87）、第三桨叶端断编码器（88）、第三电机末端变压器（89）、第三电机制动器（810）和一组第三电机动力电源线（811），所述第三主电源（81）与第三LUST变桨驱动器（83）的主电源输入端连接，所述第三开关电源（82）的输出端与第三LUST变桨驱动器（83）的24V单元输入端连接，并且第三开关电源（82）的输入端与第三主电源（81）连接，所述第三超级电容组（84）与第三LUST变桨驱动器（83）的电源输出端连接，所述第五限位开关（86）、第六限位开关（87）和第三桨叶端断编码器（88）分别与第三LUST变桨驱动器（83）的输入端连接，所述第三变桨电机（85）通过一组第三电机动力电源线（811）与第三LUST变桨驱动器（83）的三相电源输出端连接，所述第三电机末端变压器（89）和第三电机制动器（810）的一端与第三LUST变桨驱动器（83）连接，并且第三电机末端变压器（89）和第三电机制动器（810）的另一端与第三变桨电机（85）连接。

5.根据权利要求1所述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，其特征在于：所述系统安全链（1）和变桨轴控柜一（6）之间设有第一轴柜安全链（11），所述系统安全链（1）和变桨轴控柜二（7）之间设有第二轴柜安全链（12），所述系统安全链（1）和变桨轴控柜三（8）之间设有第三轴柜安全链（13）。

6.根据权利要求1所述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，其特征在于：所述主通讯单元（3）、第一子通讯单元（4）和第二子通讯单元（5）均为CAN通讯。

7.根据权利要求4所述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，其特征在于：所述第一限位开关（66）、第三限位开关（76）和第五限位开关（86）为91°限位开关；所述第二限位开关（67）、第四限位开关（77）和第六限位开关（87）为95°限位开关。

8.根据权利要求4所述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，其特征在于：所述第一主电源（61）、第二主电源（71）和第三主电源（81）均为3*400VAC电源。

9.根据权利要求4所述的基于LTI驱动器的高压交流变桨系统，其特征在于：所述第一开关电源（62）、第二开关电源（72）和第三开关电源（82）均为DC24V电源。