CN113007014B - 一种变桨控制系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大兆瓦级风力发电机组的变桨控制技术领域，特别是涉及一种变桨控制系统的控制方法，具体为驱动器内部状态机包括上电状态S1、待机状态S2、正常变桨状态S3、紧急收桨状态S4和手动变桨状态S5；所述上电状态S1执行上电初始化控制流程和通讯程序流程；所述待机状态S2执行冗余电源控制流程以及参数修改查询、编码器校准、编码器切换流程；所述正常变桨状态S3执行冗余电源控制流程和正常变桨控制流程；所述紧急收桨状态S4执行自主运行控制流程以及故障诊断、处理流程；所述手动变桨状态S5执行手动变桨控制流程。通过本方法，能有效解决现有控制方法不合理也不全面的问题。
Description
技术领域
本发明涉及大兆瓦级风力发电机组的变桨控制技术领域，特别是涉及一种变桨控制系统的控制方法。
背景技术
当前随着风电行业规范不断成熟及“风火同价”发展要求，风力发电机组的功率等级不断增加，目前陆上平价上网风资源区风机功率等级已达到了5.XMW、6MW，海上风力发电机组功率等级甚至是突破了两位数达到10MW，因此风电用户对风力机组电控部套提出了高性价比与高安全性的要求。变桨系统作为风力发电机组三大电控部套之一，是机组安全运行的根本保障。但是现有技术中，变桨系统的硬件结构复杂，核心部件驱动器的控制方法不合理也不全面。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种变桨控制系统的控制方法，能有效解决控制方法不合理也不全面的问题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种变桨控制系统的控制方法，所述控制系统包括三个轴控柜、三个电容柜、三台变桨电机及限位开关，每个轴控柜内均设有一个驱动器；其特征在于：所述驱动器内部状态机包括上电状态S1、待机状态S2、正常变桨状态S3、紧急收桨状态S4和手动变桨状态S5；所述上电状态S1执行上电初始化控制流程和通讯程序流程；所述待机状态S2执行冗余电源控制流程以及参数修改查询、编码器校准、编码器切换流程；所述正常变桨状态S3执行冗余电源控制流程和正常变桨控制流程；所述紧急收桨状态S4执行自主运行控制流程以及故障诊断、处理流程；所述手动变桨状态S5执行手动变桨控制流程。
所述冗余电源控制流程具体包括：在后备电源与驱动器母线回路之间增加二极管，然后监测驱动器的电网供电是否正常，正常情况下驱动器由电网供电给其直流母线充电，当电网丢失后直流母线电压低于系统后备电源电压后，后备电源给驱动器直流母线供电保证驱动器正常运行。
所述自主运行控制流程指：通过预设紧急收桨曲线闭环使风机桨叶收桨到安全限位，同时在控制电机反馈信号丢失后通过开环方式收桨到安全限位，具体包括：
a1.状态机处于紧急收桨状态S4，判断驱动器是否OK，若不OK，进入步骤a2，若OK，进入步骤a3；
a2.进入驱动故障状态，控制电机抱闸停机；若驱动故障自动复位成功且维持2S未再触发，进入步骤a1；若驱动故障自动复位失败，则再次进入驱动故障状态；
a3.进入驱动器自主运行状态；
a4.判断A编码器是否OK，若否，进入步骤a5，若是，进入步骤a7；
a5.切换到B编码器运行，若B编码器不OK，进入步骤a6，若B编码器OK，进入步骤a7；
a6.开环收桨到安全限位位置，然后进入步骤a8；
a7.以5°/s收桨到12°位置，再以3.5°/s收桨到安全限位位置；
a8.判断是否收到安全限位信号，若是，自主运行完成，抱闸停机，若否，进入步骤a3。
所述手动变桨控制流程指：驱动器对控制变桨电机的速度变换控制，具体包括：
b1.状态机处于手动变桨状态S5，进入手动变桨模式；
b2.判断RFR是否使能信号高电平，若是，进入步骤b3，若否，进入步骤b1；判断是否触发92°或95°限位，若是，限位开关激活并结束，若否，结束；判断是否(DI6手动运行低电平)&&(DI5松闸信号低电平)&&(DI7校零高电平)&&(RFR使能信号低电平)，若否，结束，若是，A、B编码器零度校准，并判断A&&B编码器是否校零完成，若零度校准未完成，再进行校准工作，若零度校准完成，输出高电平后结束；
b3.进入手动允许模式，输出高电平；
b4.判断顺桨/开桨信号是否为高电平，若是，进入步骤b5，若否，进入步骤b7；
b5.判断是否未触发92°或95°安全限位，若是，进入步骤b6，若否，进入步骤b7；
b6.进入顺桨模式，判断快进/慢进信号是否为高电平，若是，快速顺桨，若否，慢速顺桨；最终都进入步骤b8；
b7.进入开桨模式，判断快进/慢进信号是否为高电平，若是，快速顺桨，若否，慢速顺桨；最终都进入步骤b8；
b8.判断是否手动运行高电平&&松闸信号高电平，若是，进行手动运行模式，后结束，若否，进入步骤b1。
所述通讯程序流程具体指：根据通讯点表，驱动器按照固定的通讯周期完成与主控器之间的数据交互，每个驱动器均独立与主控器之间进行数据交互，主控器通过CANOPEN通讯实时以PDO方式向驱动器下发系统控制字及三个桨叶面的目标位置、实际位置与变桨电机转速数据；其中，系统控制字采用WOR的数据类型，该控制字的每一位均代表一个控制指令；所述三个桨叶面的目标位置包括桨叶面目标位置和其余两个桨叶面的目标位置，所述桨叶面目标位置用于驱动器控制变桨电机到达风机主控要求的执行位置；其余两个桨叶面的目标位置用于该面驱动器判断风机主控的独立变桨位置指令偏差范围是否满足系统预设参数范围；所述变桨电机转速数据包括电机转速和其余两个桨叶面的电机转速，所述电机转速用于驱动器根据风机主控要求变桨速度进行目标位置相应；其余两个桨叶面的电机转速用于该面驱动器判断风机主控的独立变桨位置指令偏差范围是否满足系统预设参数范围；所述实际位置包括其余两个桨叶面的实际位置，用于该面驱动器自主收桨时根据与其他面桨叶实际位置偏差进行变桨速度调节。
所述故障诊断、处理流程指：每个桨叶的驱动器独立完成本桨叶面驱动系统的故障信息采集及诊断，根据故障危害紧急程度将所有故障划分为一、二、三共三个等级，当系统检查到任何一个一类故障驱动器立刻进入“紧急收桨状态S4”并执行自主运行控制流程使桨叶快速回到安全限位位置；当系统监测到任何一个二类故障，变桨系统根据主控停止模式完成安全收桨工作，同时自二类故障触发时开始计时，如3S内未收到主控的收桨指令或收到的收桨速度小于最小安全收桨速度，则立刻触发“二类故障超时”一类故障，驱动器立刻进入“紧急收桨状态S4”并执行自主运行控制流程使桨叶快速回到安全限位位置；当系统检测到三类故障时不做处理，直接上传给主控器并最终传递给风场SCADA运维中心，提示维护人员对故障进行关注并做好维护准备。
所述上电初始化控制流程用于完成驱动器IO信息采集与处理、故障码信息初始化及控制参数初始化；所述通讯程序流程用于完成驱动器与变桨控制器或风机主控器之间的信息交互。
所述参数修改查询、编码器校准、编码器切换流程指：驱动器与变桨控制器或风机主控器通过CANOPEN通讯方式，以SDO数据访问机制完成对驱动器参数、内部设计系统参数实现查询或修改，同时可以实现对控制电机编码器的校准。
还包括状态跳转控制流程，具体指：以上电状态S1为起点，根据系统逻辑切换条件进行状态跳转。
驱动内部将主控软件EFC信号、驱动器内部通讯故障、驱动器自身故障、电机反馈故障以及与主控通讯故障串联在一起，形成一条软件安全链，当软件安全链触发后触发“驱动器OK继电器断开”。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、本发明提供一种完善的控制系统，驱动器内部状态机包括上电状态S1、待机状态S2、正常变桨状态S3、紧急收桨状态S4和手动变桨状态S5，通过该状态可以让风机主控器准确知道变桨系统每个桨叶面的实时状态，该状态机架构可以直接用于变桨系统驱动器的控制方法的设计。
2、本发明根据风机变桨系统应用需要设计出了通讯点表，通过该通讯点表可以使驱动器实现与风机主控器的信息交互，该通讯点表可以直接用于变桨系统驱动器软件设计。
3、本发明设计了故障诊断、处理流程，设计了故障码等级表，实现了变桨系统对自身状态诊断，从而使变桨系统实现了自主安全收桨功能，满足风电行业对变桨系统可靠性的要求，并且本发明中可以依据该故障诊断、处理流程实现状态的切换。
4、一些厂商的集成驱动器采用半可控整流的预充电模式，所以如驱动器三线输入交流电未就绪的情况下，将超级电容后备电源直接接入驱动器后备电源输入端会造成其内部直流母线回路的电容过冲，进而造成驱动器的故障损坏。本发明设计了冗余电源控制流程，一方面在监测到驱动器的电网供电正常，即其直流母线充电成功后，驱动器DO(直流母线OK)输出高电平控制驱动器后备电源端口与系统后备电源回路接触器闭合，进而将后备电源接入驱动器后备电源输入端，同时由于后备电源与驱动器母线回路增加了二极管隔离，因此只有在驱动器母线电压低于系统后备电源电压后，系统后备电源才能输入驱动器母线以使驱动器在电网供电异常时候利用后备电源能量完成低电压穿越运行或安全收桨保护功能；另一方面迫于变桨系统成本压力系统后备电源可能采用铅酸蓄电池或锂电池，由于铅酸蓄电池与锂电池不能深度放电所以当变桨系统完成安全收桨且电网断电的情况下，必须将该类型后备电源从驱动器直流母线回路切除，因此当“系统处于安全限位时候检测到驱动器直流母线欠压”或“驱动器在电网丢失完成自主安全收桨后30S”，驱动器DO(直流母线OK)输出低电平控制驱动器后备电源端口与系统后备电源回路接触器断开，实现对系统后备电源的保护。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明中变桨系统电气结构示意图；
图2为本发明中驱动器状态机跳转逻辑示意图；
图3为本发明中冗余电源控制流程逻辑示意图；
图4为本发明中正常变桨控制流程示意图；
图5为本发明中自主运行控制流程示意图；
图6为本发明中手动变桨控制流程示意图；
图7为本发明中参数修改查询、编码器校准、编码器切换流程示意图；
图8为本发明中驱动内部程序逻辑框架图。
具体实施方式
实施例1
作为本发明基本实施方式，本发明包括一种变桨控制系统的控制方法，所述控制系统包括三个轴控柜、三个电容柜、三台变桨电机及限位开关，每个轴控柜内均设有一个驱动器，三个电容柜可以集成到轴控柜内。所述驱动器内部状态机包括上电状态S1、待机状态S2、正常变桨状态S3、紧急收桨状态S4和手动变桨状态S5，用于完成①上电初始化功能；②通讯功能；③冗余电源控制功能；④软件安全链功能；⑤故障诊断功能；⑥正常运行功能；⑦自主运行功能；⑧手动变桨功能；⑨参数修改及查询、编码器校准、编码器切换控制功能。
所述上电状态S1执行上电初始化控制流程和通讯程序流程。其中，上电初始化控制流程执行：内部数字量&&模拟量信息采集程序、内部故障自诊断与故障处理与状态跳转流程。所述通讯程序流程指变桨控制器与驱动器通讯程序，用于完成驱动器与变桨控制器或风机主控器之间的信息交互。所述待机状态S2执行上电状态S1的所有流程、手动变桨控制流程、冗余电源控制流程以及参数修改查询、编码器校准、编码器切换流程。所述正常变桨状态S3执行待机状态S2的所有流程和正常变桨控制流程。所述紧急收桨状态S4执行自主运行控制流程、状态跳转流程以及故障诊断、处理流程。所述手动变桨状态S5执行手动变桨控制流程和状态跳转流程。
实施例2
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括一种变桨控制系统的控制方法，所述控制系统包括三个轴控柜、三个电容柜、三台变桨电机及限位开关等附件，每个轴控柜内均设有一个核心驱动器。所述驱动器内部状态机包括上电状态S1、待机状态S2、正常变桨状态S3、紧急收桨状态S4和手动变桨状态S5。将“上电初始化控制逻辑”嵌入“上电状态S1”；“参数修改及查询、编码器校准、编码器切换控制逻辑”与“冗余电源控制功能逻辑”嵌入“待机状态S2”；“正常运行功能”嵌入“正常变桨状态S3”；“自主运行功能”嵌入“紧急收桨状态S4”；“手动变桨功能”嵌入“手动变桨状态S5”；”冗余电源控制功能”嵌入“待机状态S2”与“正常变桨状态S3”；“故障诊断功能”嵌入“待机状态S2”、“正常变桨状态S3”与“紧急收桨状态S4”。
驱动器上电执行“上电初始化”功能逻辑成功后进入“上电状态S1”，之后以该状态为起点根据系统逻辑切换条件进行状态跳转。“上电初始化功能”完成“驱动器IO信息采集与处理”、“故障码信息初始化”及“控制参数初始化”。“通讯功能”完成“驱动器与变桨控制器或风机主控器之间的信息交互”。“软件安全控制功能”完成“内部安全链建立”。“正常变桨功能”完成桨叶的位置环闭环控制。“故障诊断功能”完成系统内部故障判定及复位，并根据故障危害程度进行分类处理。“自主运行功能”完成系统进入紧急收桨状态的自主收桨功能，可以通过预设紧急收桨曲线闭环使风机桨叶收桨到安全限位，同时在控制电机反馈信号丢失后也可以通过开环方式收桨到安全限位。“手动变桨功能”可以实现驱动器对控制变桨电机的速度换控制。“参数修改及查询、编码器校准、编码器切换控制功能”可和上位机或变桨控制器或风机主控器通过CANOPEN通讯方式，以SDO数据访问机制完成对驱动器参数、内部设计系统参数实现查询或修改，同时可以实现对控制电机编码器的校准。
其中，参照说明书附图3，冗余电源控制功能逻辑指：正常情况下驱动器由电网供电给其直流母线充电，当电网丢失后直流母线电压低于系统后备电源电压后，后备电源给驱动器直流母线供电保证驱动器正常运行，如系统采用铅酸电池后备电源，为避免系统在电网长期掉电情况下出现后备电源过放电现象，这样可以保证蓄电池后备电源不会因过放电造成寿命降低。
实施例3
作为本发明最佳实施方式，本发明包括一种变桨控制系统的控制方法，参照说明书附图1，控制系统包括三个轴控柜、三个电容柜、三台变桨电机及限位开关，每个轴控柜内均设有一个驱动器。参照说明书附图2，所述驱动器内部状态机包括上电状态S1、待机状态S2、正常变桨状态S3、紧急收桨状态S4和手动变桨状态S5，用于完成①上电初始化功能；②通讯功能；③冗余电源控制功能；④软件安全链功能；⑤故障诊断功能；⑥正常运行功能；⑦自主运行功能；⑧手动变桨功能；⑨参数修改及查询、编码器校准、编码器切换控制功能。
所述上电状态S1执行上电初始化控制流程和通讯程序流程。其中，上电初始化控制流程执行：内部数字量&&模拟量信息采集程序、内部故障自诊断与故障处理与状态跳转流程。所述待机状态S2执行上电状态S1的所有流程、手动变桨控制流程、冗余电源控制流程以及参数修改查询、编码器校准、编码器切换流程。所述正常变桨状态S3执行待机状态S2的所有流程和正常变桨控制流程。所述紧急收桨状态S4执行自主运行控制流程、状态跳转流程以及故障诊断、处理流程。所述手动变桨状态S5执行手动变桨控制流程和状态跳转流程。
其中，故障诊断、处理流程具体指：每个桨叶的驱动器独立完成本桨叶面驱动系统的故障信息采集及诊断，参照下表，根据故障危害紧急程度将变桨系统内部故障分为3类故障。
系统共计26个故障可以两个WORD类型数据将变桨系统故障状态上传给风机主控，各类故障处理方式如下：
故障等级排序“一类故障”>“二类故障”>“二类故障”，系统检测到多个故障后按照最高级别故障执行安全保护逻辑。系统检测到“一类故障”后立刻进入“紧急收桨状态S4”，并执行自主运行安全保护逻辑，使三面驱动器通过内部预设速度曲线完成安全收桨到达安全限位，同时通过变桨系统状态字告知风机主控变桨系统检测到“一类故障”。当系统检测到“二类故障”，通过过变桨系统状态字告知风机主控变桨系统检测到“二类故障”，由风机主控系统控制变桨系统完成安全收桨。同时自二类故障触发时开始计时，如3S内未收到主控的收桨指令或收到的收桨速度小于最小安全收桨速度，则立刻触发二类故障超时一类故障，驱动器立刻进入紧急收桨状态S4并执行自主运行功能，使桨叶快速回到安全限位位置。系统检测到“三类故障”通过变桨系统状态字告知风机主控变桨系统检测到“三类故障”，风机主控可以做报警处理，但可告知风机运维人员重点关注并做好维护检查计划。
其中，上电初始化控制流程要完成“系统内部参数初始化”、“DI、AI端口信息采集”与“编码器与PT100信息采集”任务。所述通讯程序流程用于实现通讯功能，具体为：根据通讯点表，驱动器按照固定的通讯周期完成与主控器之间的数据交互，即三个驱动器均独立与风机主控之间进行数据交互，风机主控通过CANOPEN通讯实时以PDO方式向驱动器下发“系统控制字”及三个桨叶面的目标桨角位置、实际桨角位置与变桨电机转速数据。
其中，①“系统控制字”采用WOR的数据类型，该控制字的每一位均可代表一个控制指令：心跳信号用于主控与驱动器之间通信状态实时监测；正常变桨信号用于驱动器内部切换为正常变桨状态的切换指令；启动信号用于驱动器控制变桨电机运行与停止的标志位；急停信号用于驱动器进入自主安全运行收桨的标志位；复位信号用于驱动器对其对应桨叶面的故障复位标志；后备电源信号用于驱动器进入后备电源监测逻辑；桨叶校准信号用于驱动器进入桨叶校准逻辑标志位。②桨叶目标位置用于驱动器控制变桨电机到达风机主控要求的执行位置。③电机转速用于驱动器根据风机主要要求变桨速度进行目标位置相应。④其余两个桨叶面的目标位置用于该面驱动器判断风机主控的独立变桨位置指令偏差范围是否满足系统预设参数范围。⑤其余两个桨叶面的电机转速用于该面驱动器判断风机主控的独立变桨位置指令偏差范围是否满足系统预设参数范围。⑥其余两个桨叶面的实际位置用于该面驱动器自主收桨时根据与其他面桨叶实际位置偏差进行变桨速度调节，以满足风机载荷控制要求。
驱动器以PDO方式传递给风机主控的数据为①“轴状态1”状态字采用WOR的数据类型，该状态制字的每一位均可代表一个变桨系统状态，如“心跳信号”、“系统安全链状态”、“系统自身状态”、“系统1类故障”、“系统2类故障”、“系统3类故障”、“驱动器400VAC供电状态”。②“轴状态2”状态字采用WOR的数据类型，该状态制字的每一位均可代表一个变桨系统状态，如“驱动器状态”、“后备电源状态”等。③“驱动器1～4”状态字均采用WOR的数据类型，每个状态制字的每一位均可代表一个驱动器故障类型，如“过温”、“过压”、“欠压”、“过流”、“内部通讯故障”等。④“轴电机实际位置”告知风机主控桨叶实际位置，以便与风机主控实现风机桨叶位置的闭环控制。⑤“轴电机实际速度”告知风机主控变桨速度是否符合桨叶位置控制的响应要求。⑥“轴电机电流与轴电机温度”告知风机主控变桨电机电流与温度，并以此作为电机健康度的评判依据。⑦“轴箱温度与轮毂温度”可用于风机主控对变桨系统运行环境温度的监控，并以此作为变桨系统健康度及变桨系统内部加热回路是否正常的判定依据。⑧“轴直流母线电压”可用于风机主控对变桨系统的高穿保护。⑨“轴后备电源电压”可用于风机主控对变桨系统的后备电源的安全保护。风机主控与驱动器之间通过SDO通讯方式实现对驱动器内部参数的修改与查询。
其中，通讯点表详见下表：
参照说明书附图2和说明书附图8，所述状态跳转流程具体指：驱动器上电成功执行上电初始化控制流程后，进入“上电状态S1”，之后以该状态为起点根据系统逻辑切换条件进行状态跳转。其中，系统逻辑切换条件具体可以参照下表：
其中，冗余电源控制功能具体指：一些厂商的集成驱动器采用半可控整流的预充电模式，所以如驱动器三线输入交流电未就绪的情况下，将超级电容后备电源直接接入驱动器后备电源输入端会造成其内部直流母线回路的电容过冲，进而造成驱动器的故障损坏，“冗余电源控制流程”一方面在监测到驱动器的电网供电正常，即其直流母线充电成功后，驱动器DO(直流母线OK)输出高电平控制驱动器后备电源端口与系统后备电源回路接触器闭合，进而将后备电源接入驱动器后备电源输入端，同时由于后备电源与驱动器母线回路增加了二极管隔离，因此只有在驱动器母线电压低于系统后备电源电压后，系统后备电源才能输入驱动器母线以使驱动器在电网供电异常时候利用后备电源能量完成低电压穿越运行或安全收桨保护功能；另一方面迫于变桨系统成本压力系统后备电源可能采用铅酸蓄电池或锂电池，由于铅酸蓄电池与锂电池不能深度放电所以当变桨系统完成安全收桨且电网断电的情况下，必须将该类型后备电源从驱动器直流母线回路切除，因此当“系统处于安全限位时候检测到驱动器直流母线欠压”或“驱动器在电网丢失完成自主安全收桨后30S”，驱动器DO(直流母线OK)输出低电平控制驱动器后备电源端口与系统后备电源回路接触器断开，实现对系统后备电源的保护。
其中，手动变桨控制流程指：当驱动器处于“手动变桨状态S5”时候，可以通过便携式手操盒实现对桨叶的调整工作、桨叶校零工作、限位到达信号输出工作。参照说明书附图6，具体包括：
b1.状态机处于手动变桨状态S5，进入手动变桨模式；
b2.判断RFR是否使能信号高电平，若是，进入步骤b3，若否，进入步骤b1；判断是否触发92°或95°限位，若是，限位开关激活并结束，若否，结束；判断是否(DI6手动运行低电平)&&(DI5松闸信号低电平)&&(DI7校零高电平)&&(RFR使能信号低电平)，若否，结束，若是，A、B编码器零度校准，并判断A&&B编码器是否校零完成，若零度校准未完成，再进行校准工作，若零度校准完成，输出高电平后结束；
b3.进入手动允许模式，输出高电平；
b4.判断顺桨/开桨信号是否为高电平，若是，进入步骤b5，若否，进入步骤b7；
b5.判断是否未触发92°或95°安全限位，若是，进入步骤b6，若否，进入步骤b7；
b6.进入顺桨模式，判断快进/慢进信号是否为高电平，若是，快速顺桨，若否，慢速顺桨；最终都进入步骤b8；
b7.进入开桨模式，判断快进/慢进信号是否为高电平，若是，快速顺桨，若否，慢速顺桨；最终都进入步骤b8；
b8.判断是否手动运行高电平&&松闸信号高电平，若是，进行手动运行模式，后结束，若否，进入步骤b1。
参照说明书附图7，参数修改及查询、编码器校准、切换流程指：当驱动器处于“待机状态S2”时候可以根据主控器指令要求完成系统参数查询与修改、编码器校准与切换功能，即上位机或变桨控制器或风机主控器通过CANOPEN通讯方式，以SDO数据访问机制完成对驱动器参数、内部设计系统参数实现查询或修改，同时可以实现对控制电机编码器的校准
正常变桨控制流程具体指：当驱动器处于“正常变桨状态S3”时候，可以根据主控指令要求完成风机系统桨叶调整工作，其控制流程参照说明书附图4。
其中，自主运行控制流程具体指：当驱动器处于“紧急收桨状态S4”时候，可以自主完成安全收桨，即通过预设紧急收桨曲线闭环使风机桨叶收桨到安全限位，同时在控制电机反馈信号丢失后通过开环方式收桨到安全限位。其具体的控制流程可以参照说明书附图5，具体包括以下步骤：
a1.状态机处于紧急收桨状态S4，判断驱动器是否OK，若不OK，进入步骤a2，若OK，进入步骤a3；
a2.进入驱动故障状态，控制电机抱闸停机；若驱动故障自动复位成功且维持2S未再触发，进入步骤a1；若驱动故障自动复位失败，则再次进入驱动故障状态；
a3.进入驱动器自主运行状态；
a4.判断A编码器是否OK，若否，进入步骤a5，若是，进入步骤a7；
a5.切换到B编码器运行，若B编码器不OK，进入步骤a6，若B编码器OK，进入步骤a7；
a6.开环收桨到安全限位位置，然后进入步骤a8；
a7.以5°/s收桨到12°位置，再以3.5°/s收桨到安全限位位置；
a8.判断是否收到安全限位信号，若是，自主运行完成，抱闸停机，若否，进入步骤a3。
本方法中的软件安全链功能，具体指：驱动内部将“主控软件EFC信号”、“驱动器内部通讯故障”、“驱动器自身故障”、“电机反馈故障”与“与主控通讯故障”串联在一起形成一条软件安全链，当软件安全链触发后触发“驱动器OK继电器断开”，从而使整个变桨系统的硬件安全触发，这样软件安全就形成了对硬件安全的冗余保护。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
Claims (9)
1.一种变桨控制系统的控制方法，所述控制系统包括三个轴控柜、三个电容柜、三台变桨电机及限位开关，每个轴控柜内均设有一个驱动器；其特征在于：所述驱动器内部状态机包括上电状态S1、待机状态S2、正常变桨状态S3、紧急收桨状态S4和手动变桨状态S5；所述上电状态S1执行上电初始化控制流程和通讯程序流程；所述待机状态S2执行冗余电源控制流程以及参数修改查询、编码器校准、编码器切换流程；所述正常变桨状态S3执行冗余电源控制流程和正常变桨控制流程；所述紧急收桨状态S4执行自主运行控制流程以及故障诊断、处理流程；所述手动变桨状态S5执行手动变桨控制流程；
所述自主运行控制流程指：通过预设紧急收桨曲线闭环使风机桨叶收桨到安全限位，同时在控制电机反馈信号丢失后通过开环方式收桨到安全限位，具体包括：
a1. 状态机处于紧急收桨状态S4，判断驱动器是否OK，若不OK，进入步骤a2，若OK，进入步骤a3；
a2. 进入驱动故障状态，控制电机抱闸停机；若驱动故障自动复位成功且维持2S未再触发，进入步骤a1；若驱动故障自动复位失败，则再次进入驱动故障状态；
a3. 进入驱动器自主运行状态；
a4. 判断A编码器是否OK，若否，进入步骤a5，若是，进入步骤a7；
a5. 切换到B编码器运行，若B编码器不OK，进入步骤a6，若B编码器OK，进入步骤a7；
a6. 开环收桨到安全限位位置，然后进入步骤a8；
a7. 以5°/s收桨到12°位置，再以3.5°/s收桨到安全限位位置；
a8. 判断是否收到安全限位信号，若是，自主运行完成，抱闸停机，若否，进入步骤a3。
2.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统的控制方法，其特征在于：所述冗余电源控制流程具体包括：在后备电源与驱动器母线回路之间增加二极管，然后监测驱动器的电网供电是否正常，正常情况下驱动器由电网供电给其直流母线充电，当电网丢失后直流母线电压低于系统后备电源电压后，后备电源给驱动器直流母线供电保证驱动器正常运行。
3.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统的控制方法，其特征在于：所述手动变桨控制流程指：驱动器对控制变桨电机的速度变换控制，具体包括：
b1. 状态机处于手动变桨状态S5，进入手动变桨模式；
b2. 判断RFR是否使能信号高电平，若是，进入步骤b3，若否，进入步骤b1；判断是否触发92°或95°限位，若是，限位开关激活并结束，若否，结束；判断是否（DI6手动运行低电平）&&（DI5松闸信号低电平）&&（DI7校零高电平）&&（RFR使能信号低电平），若否，结束，若是，A、B编码器零度校准，并判断A&&B编码器是否校零完成，若零度校准未完成，再进行校准工作，若零度校准完成，输出高电平后结束；
b3. 进入手动允许模式，输出高电平；
b4. 判断顺桨/开桨信号是否为高电平，若是，进入步骤b5，若否，进入步骤b7；
b5. 判断是否未触发92°或95°安全限位，若是，进入步骤b6，若否，进入步骤b7；
b6. 进入顺桨模式，判断快进/慢进信号是否为高电平，若是，快速顺桨，若否，慢速顺桨；最终都进入步骤b8；
b7. 进入开桨模式，判断快进/慢进信号是否为高电平，若是，快速顺桨，若否，慢速顺桨；最终都进入步骤b8；
b8. 判断是否手动运行高电平&&松闸信号高电平，若是，进行手动运行模式，后结束，若否，进入步骤b1。
4.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统的控制方法，其特征在于：所述通讯程序流程具体指：根据通讯点表，驱动器按照固定的通讯周期完成与主控器之间的数据交互，每个驱动器均独立与主控器之间进行数据交互，主控器通过CANOPEN通讯实时以PDO方式向驱动器下发系统控制字及三个桨叶面的目标位置、实际位置与变桨电机转速数据；其中，系统控制字采用WOR的数据类型，该控制字的每一位均代表一个控制指令；所述三个桨叶面的目标位置包括桨叶面目标位置和其余两个桨叶面的目标位置，所述桨叶面目标位置用于驱动器控制变桨电机到达风机主控要求的执行位置；其余两个桨叶面的目标位置用于当前桨叶面的驱动器判断风机主控的独立变桨位置指令偏差范围是否满足系统预设参数范围；所述变桨电机转速数据包括电机转速和其余两个桨叶面的电机转速，所述电机转速用于驱动器根据风机主控要求变桨速度进行目标位置相应；其余两个桨叶面的电机转速用于当前桨叶面的驱动器判断风机主控的独立变桨位置指令偏差范围是否满足系统预设参数范围；所述实际位置包括其余两个桨叶面的实际位置，用于当前桨叶面的驱动器自主收桨时根据与其他面桨叶实际位置偏差进行变桨速度调节。
5. 根据权利要求1所述的一种变桨控制系统的控制方法，其特征在于：所述故障诊断、处理流程指：每个桨叶的驱动器独立完成本桨叶面驱动系统的故障信息采集及诊断，根据故障危害紧急程度将所有故障划分为一、二、三共三个等级，当系统检查到任何一个一类故障驱动器立刻进入“紧急收桨状态S4 ”并执行自主运行控制流程使桨叶快速回到安全限位位置；当系统监测到任何一个二类故障，变桨系统根据主控停止模式完成安全收桨工作，同时自二类故障触发时开始计时，如3S内未收到主控的收桨指令或收到的收桨速度小于最小安全收桨速度，则立刻触发“二类故障超时”一类故障，驱动器立刻进入“紧急收桨状态S4 ”并执行自主运行控制流程使桨叶快速回到安全限位位置；当系统检测到三类故障时不做处理，直接上传给主控器并最终传递给风场SCADA运维中心，提示维护人员对故障进行关注并做好维护准备。
6.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统的控制方法，其特征在于：所述上电初始化控制流程用于完成驱动器IO信息采集与处理、故障码信息初始化及控制参数初始化；所述通讯程序流程用于完成驱动器与变桨控制器或风机主控器之间的信息交互。
7.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统的控制方法，其特征在于：所述参数修改查询、编码器校准、编码器切换流程指：驱动器与变桨控制器或风机主控器通过CANOPEN通讯方式，以SDO数据访问机制完成对驱动器参数、内部设计系统参数实现查询或修改，同时可以实现对控制电机编码器的校准。
8.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统的控制方法，其特征在于：还包括状态跳转控制流程，具体指：以上电状态S1为起点，根据系统逻辑切换条件进行状态跳转。
9.根据权利要求1所述的一种变桨控制系统的控制方法，其特征在于：驱动内部将主控软件EFC信号、驱动器内部通讯故障、驱动器自身故障、电机反馈故障以及与主控通讯故障串联在一起，形成一条软件安全链，当软件安全链触发后触发“驱动器OK继电器断开”。
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