CN115506955B - 一种风电机组双驱变桨系统及其同步控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电机组双驱变桨系统及其同步控制方法，方法包括：S1：将风电机组双驱变桨系统中两驱动器按主从拓扑结构设置，其中一个驱动器为主驱动器，另一个驱动器为从驱动器；S2：主驱动器中主速度控制器基于主位置控制器下发的主速度指令及获取的主电机的主实际速度，进行主电机的转矩控制；S3：从驱动器中前馈控制器基于获得的主驱动器与从驱动器的转矩指令的偏差，输出从速度控制器的转矩预调整数据；S4：从驱动器中从速度控制器基于主驱动器中主位置控制器下发的速度指令、从电机的从实际速度以及前馈控制器的预调整输出，控制从电机完成对主电机的转速追踪，实现从电机与主电机的转速及转矩同步。
Description
技术领域
本发明属于风电控制技术领域，尤其涉及一种风电机组双驱变桨系统及其同步控制方法。
背景技术
随着风电机组逐渐向超大型化发展，海上单机容量10MW机组已经批量运行，16MW机组已经在设计制造，预计未来海上机组单机容量将突破20MW。叶片单机容量的增大同时伴随着风轮直径的变大，对于超大型风电机组超长叶片，风力发电机组变桨系统有液压变桨系统和电动变桨系统两种完全不同的解决方案。但是液压变桨系统由于存在漏油风险，无法做到免维护设计，在国内风电整机厂应用极少。中国风电变桨系统主要以电动变桨路线为主，而近年来，随着风电整机单机容量的爆发式增长，电动双驱变桨系统逐渐成为超大型海上风电机组变桨控制系统的发展方向。
电动双驱变桨系统相比单驱变桨系统，有效分散轴承应力，减小变桨齿轮磨损，同时电动双驱变桨系统安全可靠性高。但是由于变桨系统变速、变向、变载的特殊的工作特性，电动双驱变桨系统两个电机的速度、力矩同步问题是一个行业难题。如果电动双驱变桨系统的同步性能不好，反而会加速轴承磨损，甚至出现断齿的风险。
发明内容
本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，通过本发明同步控制方法设置，在不增加硬件成本投入的前提下，实现了风电机组双驱变桨系统中双电机的转速和力矩同步的目的。
一方面，本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，所述风电机组双驱变桨系统的同步控制方法包括如下步骤：
S1：将风电机组双驱变桨系统中两驱动器按主从拓扑结构设置，其中一个驱动器为主驱动器，另一个驱动器为从驱动器；
S2：主驱动器中主速度控制器基于主位置控制器下发的主速度指令及获取的主电机的主实际速度，进行主电机的转矩控制；
S3：从驱动器中前馈控制器基于获得的主驱动器与从驱动器的转矩指令的偏差，输出从速度控制器的转矩预调整数据，从速度控制器控制从电机进行对主电机的转速追踪；
S4：从驱动器中从速度控制器基于主驱动器中主位置控制器下发的速度指令、从电机的从实际速度以及前馈控制器的预调整输出，控制从电机完成对主电机的转速追踪，实现从电机与主电机的转速及转矩同步。
根据一个优选的实施方式，步骤S3中，主驱动器的转矩指令由主速度控制器发出；从驱动器的转矩指令由从速度控制器发出。
根据一个优选的实施方式，所述主驱动器以位置模式运行，通过比较接受的变桨位置控制指令及主电机的实际位置信息完成位置环控制。
根据一个优选的实施方式，所述主位置控制器基于接受的变桨位置控制指令及主电机的实际位置信息完成速度指令输出。
根据一个优选的实施方式，所述从驱动器以速度模式运行，实现速度环控制。
根据一个优选的实施方式，所述主驱动器和从驱动器分别以电流回路完成主电机和从电机的驱动。
根据一个优选的实施方式，所述主驱动器和从驱动器以高速总线的方式通讯。
根据一个优选的实施方式，所述主驱动器和从驱动器之间的数据同步周期小于等于500微秒。
根据一个优选的实施方式，所述前馈控制器为比例积分（PI）控制器。
另一方面，本发明还公开了：
一种风电机组双驱变桨系统，所述风电机组双驱变桨系统包括：控制单元、主驱动器、主电机、从驱动器、从电机及桨叶轴承；所述控制单元与主驱动器连接，所述主驱动器与主电机连接，所述主电机经传动机构与桨叶轴承相连，完成桨叶轴承驱动；所述从主驱动器还与从驱动器相连，所述从驱动器与从电机连接，所述从电机经传动机构与桨叶轴承相连，完成桨叶轴承驱动；所述控制单元向主驱动器下发变桨位置控制指令；所述风电机组双驱变桨系统按上述同步控制方法运行。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：以目前海上风电主流的10MW机型为例，电动双驱变桨系统相比液压变桨系统直接采购成本降低超50%，同时电动双驱变桨技术可以完全免维护设计，后期运维成本低。
而液压变桨系统需要定期维护，比如更换液压油，同时存在漏油的风险，无法做到免维护，后期需要投入大量的运维成本。
即是，通过本发明风电机组双驱变桨系统及其同步控制方法设置，可以大幅降低超大型风电机组变桨系统的设计成本以及后期机组运行的变桨系统运维成本。
附图说明
图1是本发明风电机组双驱变桨系统及其同步控制方法的结构示意图；
图2是为图1局部放大图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
实施例1：
参考图1和图2所示，本实施例公开了一种风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，所述风电机组双驱变桨系统的同步控制方法包括如下步骤：
S1：将风电机组双驱变桨系统中两驱动器按主从拓扑结构设置，其中一个驱动器为主驱动器，另一个驱动器为从驱动器；
S2：主驱动器中主速度控制器基于主位置控制器下发的主速度指令及获取的主电机的主实际速度，进行主电机的转矩控制；
S3：从驱动器中前馈控制器基于获得的主驱动器与从驱动器的转矩指令的偏差，输出从速度控制器的转矩预调整数据，从速度控制器控制从电机进行对主电机的转速追踪；
S4：从驱动器中从速度控制器基于主驱动器中主位置控制器下发的速度指令、从电机的从实际速度以及前馈控制器的预调整输出，控制从电机完成对主电机的转速追踪，实现从电机与主电机的转速及转矩同步。
优选地，所述主驱动器以位置模式运行，通过比较接受的变桨位置控制指令及主电机的实际位置信息完成位置环控制。
进一步地，所述主位置控制器基于接受的变桨位置控制指令及主电机的实际位置信息完成速度指令输出。
优选地，所述从驱动器以速度模式运行，实现速度环控制。
优选地，所述主驱动器和从驱动器分别以电流回路完成主电机和从电机的驱动。
优选地，所述主驱动器和从驱动器以高速总线的方式通讯。所述主驱动器和从驱动器之间的数据同步周期小于等于500微秒。
优选地，所述前馈控制器为比例积分（PI）控制器。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明还公开了：一种风电机组双驱变桨系统。本风电机组双驱变桨系统按实施例1所述的同步控制方法运行。
风电机组双驱变桨系统包括：控制单元、主驱动器、主电机、从驱动器、从电机及桨叶轴承。控制单元向主驱动器下发变桨位置控制指令。
控制单元与主驱动器连接，所述主驱动器与主电机连接，所述主电机经传动机构与桨叶轴承相连，完成桨叶轴承驱动。例如，所述主传动机构为主减速箱。
从主驱动器还与从驱动器相连，所述从驱动器与从电机连接，所述从电机经传动机构与桨叶轴承相连，完成桨叶轴承驱动。例如，所述从传动机构为从减速箱。
以目前海上风电主流的10MW机型为例，电动双驱变桨系统相比液压变桨系统直接采购成本降低超50%，同时电动双驱变桨技术可以完全免维护设计，后期运维成本低。而液压变桨系统需要定期维护，比如更换液压油，同时存在漏油的风险，无法做到免维护，后期需要投入大量的运维成本。
通过本发明风电机组双驱变桨系统及其同步控制方法设置，可以大幅降低超大型风电机组变桨系统的设计成本以及后期机组运行的变桨系统运维成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，其特征在于，所述风电机组双驱变桨系统的同步控制方法包括如下步骤：
S1：将风电机组双驱变桨系统中两驱动器按主从拓扑结构设置，其中一个驱动器为主驱动器，另一个驱动器为从驱动器；
S2：主驱动器中主速度控制器基于主位置控制器下发的主速度指令及获取的主电机的主实际速度，进行主电机的转矩控制；
S3：从驱动器中前馈控制器基于获得的主驱动器与从驱动器的转矩指令的偏差，输出从速度控制器的转矩预调整数据，从速度控制器控制从电机进行对主电机的转速追踪；
S4：从驱动器中从速度控制器基于主驱动器中主位置控制器下发的速度指令、从电机的从实际速度以及前馈控制器的预调整输出，控制从电机完成对主电机的转速追踪，实现从电机与主电机的转速及转矩同步。
2.如权利要求1所述的风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，其特征在于，步骤S3中，主驱动器的转矩指令由主速度控制器发出；从驱动器的转矩指令由从速度控制器发出。
3.如权利要求1所述的风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，其特征在于，所述主驱动器以位置模式运行，通过比较接受的变桨位置控制指令及主电机的实际位置信息完成位置环控制。
4.如权利要求3所述的风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，其特征在于，所述主位置控制器基于接受的变桨位置控制指令及主电机的实际位置信息完成速度指令输出。
5.如权利要求1所述的风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，其特征在于，所述从驱动器以速度模式运行，实现速度环控制。
6.如权利要求1所述的风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，其特征在于，所述主驱动器和从驱动器分别以电流回路完成主电机和从电机的驱动。
7.如权利要求1所述的风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，其特征在于，所述主驱动器和从驱动器以高速总线的方式通讯。
8.如权利要求1或7所述的风电机组双驱变桨系统的同步控制方法，其特征在于，所述主驱动器和从驱动器之间的数据同步周期小于等于500微秒。
9.一种风电机组双驱变桨系统，其特征在于，所述风电机组双驱变桨系统包括：控制单元、主驱动器、主电机、从驱动器、从电机及桨叶轴承；
所述控制单元与主驱动器连接，所述主驱动器与主电机连接，所述主电机经主传动机构与桨叶轴承相连，完成桨叶轴承驱动；
所述主驱动器还与从驱动器相连，所述从驱动器与从电机连接，所述从电机经从传动机构与桨叶轴承相连，完成桨叶轴承驱动；
所述控制单元向主驱动器下发变桨位置控制指令；所述风电机组双驱变桨系统按权利要求1至8任一项所述的同步控制方法运行。
10.如权利要求9所述的风电机组双驱变桨系统，其特征在于，所述主传动机构为主减速箱；所述从传动机构为从减速箱。
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