CN111786864B - 支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统及切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统及切换方法，拨码开关用于设定驱动器的CAN通讯节点地址；驱动器根据CAN通讯节点地址设定值判断自己被设定为主驱动器或从驱动器；如果使能接收端能接收到使能信号，使能发送端能输出使能信号，则按照当前主从设定不变；如果使能接收端不能接收到使能信号，则将自己设定为主驱动器；如果使能发送端不能输出使能信号，则将自己设定为从驱动器。本发明使主从式双驱动变桨系统内两台驱动器主从模式的设定问题不再需要主控系统的参与，由变桨系统独立完成。双驱动变桨系统可在出现异常的第一时间内完成主从模式的自动切换，并立即开始执行紧急收桨操作，系统的动态响应性能好，更有利于保障风机的安全。

Description

支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统及切换方法
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统及切换方法。
背景技术
单驱动变桨系统是指通过一台变桨驱动器驱动一台变桨电机的变桨系统，这一台变桨电机输出的动力(转矩)用于驱动一只风机叶片。双驱动变桨系统是指通过两台变桨驱动器分别驱动两台变桨电机的变桨系统，这两台变桨电机输出的动力共同用于驱动同一只风机叶片。
主从式双驱动变桨系统内的两台变桨驱动器分别以主、从模式运行，并且可在主、从模式之间切换。主模式驱动器可以控制从模式驱动器，且可以在脱离从模式驱动器的情况下单独驱动变桨电机工作。从模式驱动器受主模式驱动器控制，根据主模式驱动器的指令来驱动变桨电机工作，但不可以在脱离主模式驱动器的情况下独立工作。
现有的方案中，风机主控系统通过CANOPEN通讯对驱动器控制字(ControlWord)中的主从模式配置位进行配置，当该位配置为1时，变桨驱动器按照主模式运行，当该位配置为0时，变桨驱动器按照从模式运行。如果其中一台驱动器被配置为主模式，那么另外一台驱动器就必须配置为从模式，这两台变桨驱动器会将各自的状态信息通过CANOPEN通讯上传给主控系统。如果主模式驱动器出现故障，则主控系统会将另一台正常的驱动器配置为主模式，然后风机叶片将在单台驱动器的控制下(同时也只有单台电机工作)执行紧急收桨操作并最终回到安全位置。
现有的方案存在以下缺点：
(1)驱动器一旦出现故障，需要先将故障信息通过通讯上传给主控系统。主控系统在收到驱动器的故障信息后将进行决策，然后将决策结果通过通讯下达给驱动器。驱动器在收到主控系统的指令后才开始执行故障保护动作。这个控制过程的反射弧相对较长，造成系统处理突发情况时的动态响应性能不佳；
(2)当主模式驱动器出现故障时，另外一台驱动器能否正常地由从模式切换为主模式，在很大程度上依赖于主控系统是否正常、CANOPEN通讯是否顺畅，因此造成系统的可靠性相对较差；
(3)由于两台变桨驱动器的主从模式如何设定只能由主控系统决定，因此风电机组主控系统的设备供应商须要专门为应用该类变桨系统而额外地开发相关的控制逻辑，造成该类变桨系统自身的独立性相对较低，同时对主控系统也提出了新的要求，无形中给该类变桨系统的推广应用带来了阻碍。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统及切换方法，在不需要主控系统参与的情况下，让主从式双驱动变桨系统以简单、迅速、可靠的方式在突发情况下自动切换其内部两台变桨驱动器的主从模式；在无需更改变桨驱动器的软硬件及其参数设定值的情况下，如何以较低的经济成本和可靠的操作方式让变桨驱动器可以直接兼容单驱动和双驱动这两种类型的变桨系统。
为达到上述目的，本发明提供了一种支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统，包括若干驱动器以及拨码开关；
拨码开关用于设定驱动器的CAN通讯节点地址；
所述驱动器根据CAN通讯节点地址设定值判断自己被设定为主驱动器或从驱动器；所述驱动器包括使能接收端和使能输出端，使能接收端接收使能信号，使能输出端持续输出使能信号；
所述驱动器检测使能接收端是否接收到使能信号，使能发送端是否输出使能信号；如果使能接收端能接收到使能信号，使能发送端能输出使能信号，则按照当前主从设定不变；如果使能接收端不能接收到使能信号，则将自己设定为主驱动器；如果使能发送端不能输出使能信号，则将自己设定为从驱动器。
进一步地，拨码开关设定驱动器的CAN通讯节点地址为1～6，其中，CAN通讯节点地址为1～3的驱动器判断自己被设定为主驱动器；CAN通讯节点地址为4～6的驱动器判断自己被设定为从驱动器。
进一步地，所述变桨系统为单驱动变桨系统，所述驱动器为3个，均为主驱动器，所述驱动器根据CAN通讯节点地址设定值判断自己被设定为主驱动器；所述驱动器的使能接收端接高电平或低电平。
进一步地，所述变桨系统为双驱动变桨系统，所述驱动器为6个，每两个驱动器为一组，每组中的两个驱动器中一个的使能输出端连接到另一个驱动器的使能接收端，拨码开关用于设定每组中的两个驱动器的CAN通讯节点地址，使得一个对应主驱动器CAN通讯节点地址，另一个对应从驱动器CAN通讯节点地址。
进一步地，所述使能接收端和使能输出端为所述驱动器的输入输出I/O端口。
本发明另一方面提供一种支持主从模式自动切换的切换方法，包括：
每个驱动器包括使能接收端和使能输出端，使能接收端接收使能信号，使能输出端持续输出使能信号；每个驱动器内置CAN通讯节点地址和主从模式对应关系；
通过拨码开关用于设定驱动器的CAN通讯节点地址；
所述驱动器根据CAN通讯节点地址设定值，通过CAN通讯节点地址和主从模式对应关系，判断自己被设定为主驱动器或从驱动器；
所述驱动器检测每周期判断使能接收端是否接收到使能信号，使能发送端是否输出使能信号；如果使能接收端能接收到使能信号，使能发送端能输出使能信号，则按照当前主从设定不变；如果使能接收端不能接收到使能信号，则将自己设定为主驱动器；如果使能发送端不能输出使能信号，则将自己设定为从驱动器。
进一步地，拨码开关设定驱动器的CAN通讯节点地址为1～6，其中，所述对应关系为：CAN通讯节点地址为1～3的驱动器对应主驱动器；CAN通讯节点地址为4～6的驱动器对应从驱动器。
进一步地，所述变桨系统为单驱动变桨系统，所述驱动器为3个，均为主驱动器，所述驱动器根据CAN通讯节点地址设定值判断自己被设定为主驱动器；所述驱动器的使能接收端接高电平或低电平。
进一步地，所述变桨系统为双驱动变桨系统，所述驱动器为6个，每两个驱动器为一组，每组中的两个驱动器中一个的使能输出端连接到另一个驱动器的使能接收端，拨码开关用于设定每组中的两个驱动器的CAN通讯节点地址，使得一个对应主驱动器CAN通讯节点地址，另一个对应从驱动器CAN通讯节点地址。
进一步地，所述使能接收端和使能输出端为所述驱动器的输入输出I/O端口。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明使主从式双驱动变桨系统内两台驱动器主从模式的设定问题不再需要主控系统的参与，可由变桨系统自身独立完成。双驱动变桨系统可在出现异常的第一时间内完成驱动器主从模式的自动切换，并立即开始执行紧急收桨操作，系统的动态响应性能好，更有利于保障风机的安全。
(2)本发明风电机组的设备供应商有时会根据所装配风机机型的不同，来决定是以单驱动还是以双驱动的方式来组装变桨系统。变桨驱动器作为这两种变桨系统的核心部件，如果可以在生产、调试和售后环节中完全兼容这两种变桨系统，则可大大减少风机供应商和风场运营商对这两种变桨系统的管理成本，降低技术人员分析和解决这两种变桨系统相关问题的技术难度，提高工作效率。本发明的提出的变桨驱动器既可支持单驱动变桨系统，也可支持主从式双驱动变桨系统。对于单驱动变桨系统而言，驱动器可自动配置为主模式，在现场可以直接工作。对于主从式双驱动变桨系统而言，两台驱动器可以自动设定其各自的主/从模式并在现场正常运行。
(4)本发明判定和执行逻辑简单可靠，针对性强；经济成本低、功能易实现。
附图说明
图1是驱动器连接示意图；
图2为主从切换流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
驱动器与桨叶间从属关系的分配方式：
拨码开关可以用来设定驱动器的CAN通讯节点地址，本发明提出的方案还进一步借用拨码开关来分配所有驱动器与3片风机叶片之间的从属关系，如表1所示。
表1：
Figure BDA0002530647020000051
驱动器主从模式设定规则：
正常情况下，拨码开关设为1/2/3的驱动器按主模式运行，拨码开关设为4/5/6的驱动器按从模式运行，之所以制定上述默认设定规则，主要是为了让驱动器能够更好地与单驱动和双驱动变桨系统兼容。
上面虽然定义了驱动器主从模式的默认设定规则，但该规则只是根据正常情况而制定，在实际应用环节还须分几种情况处理：
情况一：如果两台驱动器都正常(都可以使能)，则其主从模式均按默认设定规则执行。
情况二：如果两台驱动器都不正常(都无法使能)，则此时驱动器主从模式如何设定已无意义，可以继续按照默认设定规则执行。
情况三：如果一台驱动器正常(可以使能)，而另一台不正常(无法使能)，则将正常的驱动器设为主模式，然后在单台主模式驱动器的控制下执行紧急收桨操作。
对于双驱动变桨系统，如果按照上述原则确定驱动器在实际应用环节中的主从模式，则每台驱动器都必须知道彼此的使能状态，这里使用开关量在两台驱动器之间传递各自当前的使能状态信息，当DO输出高电平时表示驱动器使能，当DO输出低电平时表示驱动器无法使能，如图1所示。驱动器为6个，每两个驱动器为一组，每组中的两个驱动器中一个的使能输出端连接到另一个驱动器的使能接收端，拨码开关用于设定每组中的两个驱动器的CAN通讯节点地址，使得一个对应主驱动器CAN通讯节点地址，另一个对应从驱动器CAN通讯节点地址。所述使能接收端和使能输出端为所述驱动器的输入输出I/O端口。
每台驱动器在实际应用环节中自动设定主从模式的具体操作规则概括如下：
规则一：如果驱动器检测到彼此的使能状态相同，则主从模式按默认规则设定；
规则二：如果驱动器检测到自己使能而对方没有使能，则将自身设为主模式；
规则三：如果驱动器检测到自己没有使能而对方使能，则将自身设为从模式。
对于单驱动变桨系统来说，由于检测对方驱动器使能状态的DI通道未接，也可直接将其接至GND，此时DI检测值为0，因此当驱动器使能时规则二起作用，当驱动器无法使能时规则一起作用(规则三将永远无法起作用)。但无论规则一和规则二谁起作用，最终的作用效果均是将自身设为主模式，所以上述方式可以直接兼容单驱动变桨系统。
结合图1，驱动器#1通过24V开出信号将自身的使能状态信息传递给驱动器#2的24V开入通道(输出高电平对应使能，输出低电平对应不使能)，驱动器#2根据检测到的高低电平判断对方的驱动器#1是否使能。
同样地，驱动器#2通过24V开出信号将自身的使能状态信息传递给驱动器#1(输出高电平对应使能，输出低电平对应不使能)，驱动器#1根据检测到的高低电平判断对方的驱动器#2是否使能。
当驱动器应用于主从式双驱动变桨系统时，通过拨码开关(同时可以设定CAN通讯节点地址)来决定其主从模式的默认设定规则，并通过在两台驱动器之间以开关量的形式相互传递的使能信号，来实现其主从模式的自动切换功能；
当驱动器应用于单驱动变桨系统时，其拨码开关的设定值(只能为1/2/3)和使能开入信号的检测结果(只能为0)可自动将驱动器配置为主模式，从而实现了驱动器与单驱动变桨系统的直接兼容。
本发明另一方面提供一种支持主从模式自动切换的切换方法，包括：
(1)每个驱动器包括使能接收端和使能输出端，使能接收端接收使能信号，使能输出端持续输出使能信号；每个驱动器内置CAN通讯节点地址和主从模式对应关系；
(2)通过拨码开关用于设定驱动器的CAN通讯节点地址；
(3)所述驱动器根据CAN通讯节点地址设定值，通过CAN通讯节点地址和主从模式对应关系，判断自己被设定为主驱动器或从驱动器；
(4)结合图2，所述驱动器检测每周期判断使能接收端是否接收到使能信号，使能发送端是否输出使能信号；如果使能接收端能接收到使能信号，使能发送端能输出使能信号，E1＝E2，则按照当前主从设定不变，如果拨码开关设定拨码值为1～3的驱动器为主模式，如果拨码开关设定拨码值为4～6的驱动器为从驱动器，进入从模式；如果使能接收端不能接收到使能信号E2＝0，E1＝1则将自己设定为主驱动器，进入主模式；如果使能发送端不能输出使能信号，E1＝0，E2＝1则将自己设定为从驱动器，进入从模式。
进一步地，拨码开关设定驱动器的CAN通讯节点地址为1～6，其中，所述对应关系为：CAN通讯节点地址为1～3的驱动器对应主驱动器；CAN通讯节点地址为4～6的驱动器对应从驱动器。
对于单驱动变桨系统，所述驱动器为3个，均为主驱动器，所述驱动器根据CAN通讯节点地址设定值判断自己被设定为主驱动器；所述驱动器的使能接收端接高电平或低电平。
对于双驱动变桨系统，所述驱动器为6个，每两个驱动器为一组，每组中的两个驱动器中一个的使能输出端连接到另一个驱动器的使能接收端，拨码开关用于设定每组中的两个驱动器的CAN通讯节点地址，使得一个对应主驱动器CAN通讯节点地址，另一个对应从驱动器CAN通讯节点地址。
进一步地，所述使能接收端和使能输出端为所述驱动器的输入输出I/O端口。
综上所述，本发明涉及一种支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统及切换方法，拨码开关用于设定驱动器的CAN通讯节点地址；驱动器根据CAN通讯节点地址设定值判断自己被设定为主驱动器或从驱动器；如果使能接收端能接收到使能信号，使能发送端能输出使能信号，则按照当前主从设定不变；如果使能接收端不能接收到使能信号，则将自己设定为主驱动器；如果使能发送端不能输出使能信号，则将自己设定为从驱动器。本发明使主从式双驱动变桨系统内两台驱动器主从模式的设定问题不再需要主控系统的参与，由变桨系统独立完成。双驱动变桨系统可在出现异常的第一时间内完成主从模式的自动切换，并立即开始执行紧急收桨操作，系统的动态响应性能好，更有利于保障风机的安全。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统，其特征在于，包括若干驱动器以及拨码开关；
拨码开关用于设定驱动器的CAN通讯节点地址；
所述驱动器根据CAN通讯节点地址设定值判断自己被设定为主驱动器或从驱动器；所述驱动器包括使能接收端和使能输出端，使能接收端接收使能信号，使能输出端持续输出使能信号；
所述驱动器检测使能接收端是否接收到使能信号，使能发送端是否输出使能信号；如果使能接收端能接收到使能信号，使能发送端能输出使能信号，则按照当前主从设定不变；如果使能接收端不能接收到使能信号，则将自己设定为主驱动器；如果使能发送端不能输出使能信号，则将自己设定为从驱动器。
2.根据权利要求1所述的支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统，其特征在于，拨码开关设定驱动器的CAN通讯节点地址为1～6，其中，CAN通讯节点地址为1～3的驱动器判断自己被设定为主驱动器；CAN通讯节点地址为4～6的驱动器判断自己被设定为从驱动器。
3.根据权利要求1或2所述的支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统，其特征在于，所述变桨系统为单驱动变桨系统，所述驱动器为3个，均为主驱动器，所述驱动器根据CAN通讯节点地址设定值判断自己被设定为主驱动器；所述驱动器的使能接收端连接高电平或低电平。
4.根据权利要求1或2所述的支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统，其特征在于，所述变桨系统为双驱动变桨系统，所述驱动器为6个，每两个驱动器为一组，每组中的两个驱动器中一个的使能输出端连接到另一个驱动器的使能接收端，拨码开关用于设定每组中的两个驱动器的CAN通讯节点地址，使得一个对应主驱动器CAN通讯节点地址，另一个对应从驱动器CAN通讯节点地址。
5.根据权利要求1或2所述的支持主从模式自动切换功能的双驱动变桨系统，其特征在于，所述使能接收端和使能输出端为所述驱动器的输入输出I/O端口。
6.一种支持主从模式自动切换的切换方法，其特征在于，包括：
每个驱动器包括使能接收端和使能输出端，使能接收端接收使能信号，使能输出端持续输出使能信号；每个驱动器内置CAN通讯节点地址和主从模式对应关系；
通过拨码开关用于设定驱动器的CAN通讯节点地址；
所述驱动器根据CAN通讯节点地址设定值，通过CAN通讯节点地址和主从模式对应关系，判断自己被设定为主驱动器或从驱动器；
所述驱动器检测每周期判断使能接收端是否接收到使能信号，使能发送端是否输出使能信号；如果使能接收端能接收到使能信号，使能发送端能输出使能信号，则按照当前主从设定不变；如果使能接收端不能接收到使能信号，则将自己设定为主驱动器；如果使能发送端不能输出使能信号，则将自己设定为从驱动器。
7.根据权利要求6所述的支持主从模式自动切换的切换方法，其特征在于，拨码开关设定驱动器的CAN通讯节点地址为1～6，其中，所述对应关系为：CAN通讯节点地址为1～3的驱动器对应主驱动器；CAN通讯节点地址为4～6的驱动器对应从驱动器。
8.根据权利要求6或7所述的支持主从模式自动切换的切换方法，其特征在于，执行切换方法的变桨系统为单驱动变桨系统，所述驱动器为3个，均为主驱动器，所述驱动器根据CAN通讯节点地址设定值判断自己被设定为主驱动器；所述驱动器的使能接收端接高电平或低电平。
9.根据权利要求6或7所述的支持主从模式自动切换的切换方法，其特征在于，执行切换方法的变桨系统为双驱动变桨系统，所述驱动器为6个，每两个驱动器为一组，每组中的两个驱动器中一个的使能输出端连接到另一个驱动器的使能接收端，拨码开关用于设定每组中的两个驱动器的CAN通讯节点地址，使得一个对应主驱动器CAN通讯节点地址，另一个对应从驱动器CAN通讯节点地址。
10.根据权利要求6或7所述的支持主从模式自动切换的切换方法，其特征在于，所述使能接收端和使能输出端为所述驱动器的输入输出I/O端口。
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