CN116292083A - 一种风力发电机组变桨系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种风力发电机组变桨系统，该系统包括风机主控单元和整流模块，风机主控单元和整流模块通过直流电滑环与充电模块连接，充电模块、后备电源、逆变模块、变桨电机、减速机与桨叶依次连接，整流模块为充电模块供电，对后备电源进行充电，后备电源用于在整流模块故障的情况下，为逆变模块进行供电，使得桨叶回到安全位置，逆变模块根据控制指令控制变桨电机，变桨电机利用减速机进行减速，驱动桨叶按照设定方式进行转动。当来自电滑环的电源故障时，由后备电源为逆变模块供电将桨叶收到安全位置，保证机组安全，此外通过整流模块给三个逆变模块供电驱动电机动作，减少了整流模块的数量及总功率，提高了整流模块使用效率。

Description

一种风力发电机组变桨系统

技术领域

本申请涉及风力发电领域，具体而言，涉及一种风力发电机组变桨系统。

背景技术

近年来，为了应对全球变暖，各国都推出了各自的碳减排计划，我国也推出了碳减排计划，主要为碳达峰、碳中和时间节点。其中发展清洁能源是顺利完成减排计划的手段之一，风能作为最重要的清洁能源，使得风力发电得到了快速的发展，每年新增装机量不断创出新高。与此同时，国内风电技术水平也有了长足的进步。

风力发电主要是通过风能带动桨叶进行生电的，而在风力发电机组中，变桨系统作为重要的核心控制系统之一，能够调节整机发电功率、控制桨叶气动刹车。随着当前风力发电机组的单机容量越来越大，变桨系统载荷也不断增大，这就要求变桨系统具有更高的出力，同时基于风电平价时代，要求机组不断压缩成本，使得风电机组各个布套成本压力巨大。目前现有技术中主要是采用三轴柜式变桨系统。该系统中的每个轴控柜中配一台大功率伺服驱动器，通过驱动伺服电机控制桨叶动作。但是该系统在工作过程中会出现一些问题，例如驱动器体积过大导致轴控柜很大，同时三个轴控柜必须分布在轮毂的三个面上，再通过重载线缆进行连接，这就使得系统线路复杂且成本高昂。

因此，本领域急需一种更加简洁、成本更低的变桨系统方案。

发明内容

本申请的目的在于，为了克服现有的技术缺陷，提供了一种风力发电机组变桨系统，当变桨系统主电源异常时，系统可通过后备电源给逆变模块供电，控制桨叶回到安全位置，保证机组安全。

本申请目的通过下述技术方案来实现：

第一方面，本申请提出了一种风力发电机组变桨系统，所述系统包括风机主控单元和整流模块，所述风机主控单元和所述整流模块通过直流电滑环与充电模块连接，所述充电模块、后备电源、逆变模块、变桨电机、减速机与桨叶依次连接；

所述整流模块用于为所述充电模块供电，对所述后备电源进行充电，所述后备电源用于在所述整流模块故障的情况下，为所述逆变模块进行供电，使得所述桨叶回到安全位置；

所述逆变模块用于根据控制指令控制所述变桨电机，所述变桨电机利用所述减速机进行减速，驱动所述桨叶按照设定方式进行转动。

在一种可能的实施方式中，所述风机主控单元和所述整流模块还通过所述直流电滑环与所述逆变模块直接连接，所述风机主控单元用于向所述逆变模块发出控制指令，所述整流模块布置于机舱，用于将交流电转换为直流电，为所述逆变模块供电。

在一种可能的实施方式中，所述后备电源通过二极管与所述逆变模块连接，保证所述后备电源单向为所述逆变模块进行供电。

在一种可能的实施方式中，所述逆变模块的内部集成PLC控制器以及DI、DO端口。

在一种可能的实施方式中，所述风机主控单元还用于在发生故障的情况输出安全链信号，通过所述直流电滑环输入至所述逆变模块的DI端口，控制所述桨叶顺桨保护。

在一种可能的实施方式中，所述系统还包括位置传感器，所述位置传感器与所述逆变模块和变桨电机连接，用于将所述变桨电机的状态信息反馈至所述逆变模块。

在一种可能的实施方式中，所述系统还包括限位开关，所述限位开关通过常开触点将桨叶到达安全位置的信息反馈至所述逆变模块。

在一种可能的实施方式中，所述风机主控单元通过专用通讯线缆与所述直流电滑环和所述逆变模块串联。

在一种可能的实施方式中，所述充电模块、所述后备电源、所述逆变模块、所述变桨电机、所述减速机与所述桨叶依次连接的线路有三条。

在一种可能的实施方式中，所述充电模块的内部集成DC/DC模块。

上述本申请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，均为本申请可采用并要求保护的方案；且本申请，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本申请方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本申请所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本申请公开了一种风力发电机组变桨系统，该系统包括风机主控单元和整流模块，风机主控单元和整流模块通过直流电滑环与充电模块连接，充电模块、后备电源、逆变模块、变桨电机、减速机与桨叶依次连接，整流模块为充电模块供电，对后备电源进行充电，后备电源用于在整流模块故障的情况下，为逆变模块进行供电，使得桨叶回到安全位置，逆变模块根据控制指令控制变桨电机，变桨电机利用减速机进行减速，驱动桨叶按照设定方式进行转动。当来自电滑环的电源故障时，由后备电源为逆变模块供电将桨叶收到安全位置，保证机组安全，此外通过整流模块给三个逆变模块供电驱动电机动作，减少了整流模块的数量及总功率，提高了整流模块使用效率。

附图说明

图1示出了本申请实施例提出的风力发电机组变桨系统的结构示意图。

图2示出了本申请实施例提供的通讯网络的连接图。

图3示出了本申请实施例提供的安全链回路的示意图。

图4示出了本申请实施例提供的二极管的连接示意图。

图5示出了本申请实施例提供风力发电机组变桨系统与现有系统的对比图。

图标：1-风机主控单元；2-整流模块；3-直流电滑环；4-充电模块；5-后备电源；6-逆变模块；7-变桨电机；8-减速机；9-桨叶；10-位置传感器；11-限位开关；12-二极管。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，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申请的其他优点与功效。本申请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，在没有背离本申请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。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在现有技术中，由于当前风力发电机组的单机容量越来越大，变桨系统载荷也不断增大，这就要求变桨系统具有更高的出力，同时基于风电平价时代，要求机组不断压缩成本，使得风电机组各个布套成本压力巨大。目前现有技术中主要是采用三轴柜式变桨系统。该系统中的每个轴控柜中配一台大功率伺服驱动器，通过驱动伺服电机控制桨叶9动作。但是该系统在工作过程中会出现一些问题，例如驱动器体积过大导致轴控柜很大，同时三个轴控柜必须分布在轮毂的三个面上，再通过重载线缆进行连接，这就使得系统线路复杂且成本高昂。

因此，为了解决上述问题，本申请提出了一种相较于现有系统更加简洁、成本更低的风力发电机组变桨系统。在该系统中，当变桨系统主电源异常时，系统可通过后备电源5给逆变模块6供电，控制桨叶9回到安全位置，保证机组安全，以下对其进行详细说明。

本申请提供了一种风力发电机组变桨系统，该系统包括风机主控单元1和整流模块2，风机主控单元1和整流模块2通过直流电滑环3与充电模块4连接，充电模块4、后备电源5、逆变模块6、变桨电机7、减速机8与桨叶9依次连接。

整流模块2用于为充电模块4供电，对后备电源5进行充电，后备电源5用于在整流模块2故障的情况下，为逆变模块6进行供电，使得桨叶9回到安全位置。

逆变模块6用于根据控制指令控制变桨电机7，变桨电机7利用减速机8进行减速，驱动桨叶9按照设定方式进行转动。

风机主控单元1和整流模块2还通过直流电滑环3与逆变模块6直接连接，风机主控单元1用于向逆变模块6发出控制指令，整流模块2布置于机舱，用于将交流电转换为直流电，为逆变模块6供电。布置于机舱的整流模块2能够减少轮毂内的设备的体积，同时优化轮毂内的布局。此外本申请实施例所采用的直流电滑环3与交流电滑环相比，能够减少动力环道数量，降低滑环成本。

充电模块4、后备电源5、逆变模块6、变桨电机7、减速机8与桨叶9依次连接的线路有三条，三个逆变模块6分别控制三台变桨电机7，充电模块4的内部集成DC/DC模块，将输入的直流电电压转换为特定的充电电压，为后备电源5充电。当来自电滑环的电源故障时，由后备电源5为逆变模块6供电，逆变模块6控制变桨电机7将桨叶9收到安全位置，保证机组安全。其中安全位置又叫风暴位置，桨叶9在安全位置中时受风力最小。

此外逆变模块6的内部还集成了DC/AC模块，将来自直流电滑环3的直流电源转换为可控交流电源。逆变模块6的内部集成PLC控制器以及DI、DO端口，控制器通过现场总线与主控单元1进行通讯，接收控制指令并反馈系统状态。

图2示出了本申请实施例提供的通讯网络的连接图，风力发电机组变桨系统还包括通讯网络，风机主控单元1通过专用通讯线缆与直流电滑环3和逆变模块6串联。而图3示出了本申请实施例提供的安全链回路的示意图，通过设计硬件安全链，使得风机主控单元1在发生故障的情况输出安全链信号，通过直流电滑环3输入至逆变模块6的DI端口，控制桨叶9顺桨保护。

具体步骤为：每个逆变模块6上都包括一个安全链信号输入的DI点，主控模块输出一路硬件安全链信号，经过滑环至逆变模块6上的DI点。当风电机组发生可能威胁机组安全的严重故障时，来自主控模块的安全链信号断开，逆变模块6上DI点上的信号变为低电平，逆变模块6控制桨叶9顺桨，保护机组安全。

图4示出了本申请实施例提供的二极管12的连接示意图，后备电源5通过二极管12与逆变模块6连接，保证后备电源5单向为逆变模块6进行供电，而不会反向给后备电源5供电。

而图5示出了本申请实施例提供风力发电机组变桨系统与现有系统的对比图，本申请提供的风力发电机组变桨系统的整流模块2能够同时给三个逆变模块6供电，而现有技术中的变桨系统同时包括了三个独立的伺服驱动器，而每个伺服驱动器又包括了一个整流模块2和一个逆变模块6，本申请变桨系统的现有的变桨系统减少了两个整流模块，且因为变桨载荷为交变载荷，使得三只桨叶9载荷不会同时达到最大值，因此，一个大整流模块功率P＜3个驱动器内整流模块功率P。

此外整流模块布置在机舱位置减少了轮毂内设备的体积，并且由于轮毂内部属于持续旋转、振动的工况，因此机舱的安装设计要求要远低于轮毂内部，可大大降低设计安装成本。

直流电滑环3相比于现有变桨系统中的交流电滑环，可以减少2个动力滑道，降低滑环成本，直流电滑环动力只需要“﹢”“-”“PE”三个滑道，交流电滑环需要“L1”“L2”“L3”“N”“PE”。

本申请提出的风力发电机组变桨系统还包括位置传感器10，位置传感器10与逆变模块6和变桨电机7连接，用于将变桨电机7的状态信息反馈至逆变模块6，逆变模块6通过反馈信号做闭环控制。

该系统还包括限位开关11，限位开关11通过常开触点将桨叶9到达安全位置的信息反馈至逆变模块6。限位开关11安装在轮毂内壁当变桨电机7驱动桨叶9顺桨时，桨叶9内部轴承带动限位撞块转动，当到达安全位置时，限位撞块触发限位开关11，限位开关11常开触点闭合，回路接通，信号反馈回逆变模块6。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下有益效果：

1、通过一个整流模块给同时三个逆变模块供电驱动电机动作，减少了整流模块的数量及总功率，提高了整流模块使用效率。

2、整流模块布置于机舱，更加易于设计安装，使轮毂内设备体积减少，可优化布局和走线。

3、采用直流电滑环，减少动力环道数量，降低滑环成本。

综上，本申请公开了一种风力发电机组变桨系统，该系统包括风机主控单元和整流模块，风机主控单元和整流模块通过直流电滑环与充电模块连接，充电模块、后备电源、逆变模块、变桨电机、减速机与桨叶依次连接，整流模块为充电模块供电，对后备电源进行充电，后备电源用于在整流模块故障的情况下，为逆变模块进行供电，使得桨叶回到安全位置，逆变模块根据控制指令控制变桨电机，变桨电机利用减速机进行减速，驱动桨叶按照设定方式进行转动。当来自电滑环的电源故障时，由后备电源为逆变模块供电将桨叶收到安全位置，保证机组安全，此外通过整流模块给三个逆变模块供电驱动电机动作，减少了整流模块的数量及总功率，提高了整流模块使用效率。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组变桨系统，其特征在于，所述系统包括风机主控单元和整流模块，所述风机主控单元和所述整流模块通过直流电滑环与充电模块连接，所述充电模块、后备电源、逆变模块、变桨电机、减速机与桨叶依次连接；

所述整流模块用于为所述充电模块供电，对所述后备电源进行充电，所述后备电源用于在所述整流模块故障的情况下，为所述逆变模块进行供电，使得所述桨叶回到安全位置；

所述逆变模块用于根据控制指令控制所述变桨电机，所述变桨电机利用所述减速机进行减速，驱动所述桨叶按照设定方式进行转动。

2.如权利要求1所述的风力发电机组变桨系统，其特征在于，所述风机主控单元和所述整流模块还通过所述直流电滑环与所述逆变模块直接连接，所述风机主控单元用于向所述逆变模块发出控制指令，所述整流模块布置于机舱，用于将交流电转换为直流电，为所述逆变模块供电。

3.如权利要求1所述的风力发电机组变桨系统，其特征在于，所述后备电源通过二极管与所述逆变模块连接，保证所述后备电源单向为所述逆变模块进行供电。

4.如权利要求1所述的风力发电机组变桨系统，其特征在于，所述逆变模块的内部集成PLC控制器以及DI、DO端口。

5.如权利要求4所述的风力发电机组变桨系统，其特征在于，所述风机主控单元还用于在发生故障的情况输出安全链信号，通过所述直流电滑环输入至所述逆变模块的DI端口，控制所述桨叶顺桨保护。

6.如权利要求1所述的风力发电机组变桨系统，其特征在于，所述系统还包括位置传感器，所述位置传感器与所述逆变模块和变桨电机连接，用于将所述变桨电机的状态信息反馈至所述逆变模块。

7.如权利要求1所述的风力发电机组变桨系统，其特征在于，所述系统还包括限位开关，所述限位开关通过常开触点将桨叶到达安全位置的信息反馈至所述逆变模块。

8.如权利要求1所述的风力发电机组变桨系统，其特征在于，所述风机主控单元通过专用通讯线缆与所述直流电滑环和所述逆变模块串联。

9.如权利要求1所述的风力发电机组变桨系统，其特征在于，所述充电模块、所述后备电源、所述逆变模块、所述变桨电机、所述减速机与所述桨叶依次连接的线路有三条。

10.如权利要求1所述的风力发电机组变桨系统，其特征在于，所述充电模块的内部集成DC/DC模块。

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