CN117738846A - 变桨系统的驱动器控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变桨系统的驱动器控制装置及控制方法，驱动器控制装置包括驱动器和过流保护单元；驱动器的数目为多个，各驱动器母线通过过流保护单元并联；过流保护单元用于断开故障驱动器母线与其它驱动器母线之间的连接。本发明通过过流保护单元断开出现故障的驱动器母线，实现了对驱动器的过流保护，避免了任意一个驱动器出现故障而影响其它驱动器的收桨操作，保证了变桨系统的安全性。

Description

变桨系统的驱动器控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及变桨系统控制技术领域，特别涉及一种变桨系统的驱动器控制装置及控制方法。

背景技术

变桨系统是风力发电机的重要组成部分，其需要准确执行主控位置指令，来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气制动的方式使风机安全停机。一般来说，三叶片机型的风力发电机组的三个叶片以120度的角度差均匀分布在风轮的旋转平面上。叶片在旋转过程中会在重力、风载等影响下拖动变桨电机。

IPC(Individual pitch control，IPC)(独立变桨)是近些年来在风力发电变桨控制中采用较多的技术。在IPC使用的情况下，每个轴叶片在风轮旋转过程中都会不断地进行调桨动作，其频率与风轮转速密切相关。近些年来，由于行业的发展，叶片越来越长，越来越重，加上不断地调桨就导致了叶片在每转一圈的过程中，始终会在某些固定的风轮方位角下极易拖动变桨电机，使得变桨电机进入2，4象限运行，即发电状态运行。而现有的变桨系统拓扑是由三个驱动器分别控制三个变桨电机，带动三个叶片执行主控的变桨指令，其中三个驱动器的母线在电气上均各自独立。在当前的变桨驱动器的拓扑中，变桨电机的发电能量会回馈到该轴驱动器的母线上，并抬升母线电压，当母线电压升高到一定值后，须通过导通泄放回路的开关，将能量泄放到制动电阻上，否则母线会被过压击穿而损坏驱动器。当变桨电机发电的能量被制动电阻消耗的同时，制动电阻将发热；如果不断的有发电能量进入，那么制动电阻将不断地发热；如果该制动电阻不断发热后所达到热平衡的温度过高，则制动电阻将烧毁。制动电阻烧毁后，将导致驱动器过压烧毁、卡桨等一系列问题。另外，现有的驱动器只有电动功能，而没有将能量回馈到电网的功能，当三个驱动器母线中任一驱动器母线出现故障时，会影响其它驱动器正常收桨。

发明内容

本发明要解决的技术问题包括，克服现有技术中独立变桨时，驱动器母线出现泵升而导致驱动器被损坏的缺陷，提供一种变桨系统的驱动器控制装置及控制方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明第一方面提供了一种变桨系统的驱动器控制装置，所述驱动器控制装置包括驱动器和过流保护单元；所述驱动器的数目为多个，各驱动器母线通过所述过流保护单元并联；

所述过流保护单元用于断开故障驱动器母线与其它驱动器母线的连接。

较佳地，每一驱动器母线正极分别连接有一过流保护单元，且各驱动器母线正极连接的各过流保单元之间相互并联；每一驱动器母线负极分别连接有一过流保护单元，且各驱动器母线负极连接的各过流保单元之间相互并联。

较佳地，所述过流保护单元包括电流检测模块；

所述电流检测模块用于检测流经所述过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值，所述过流保护单元被配置为将所述实时电流值与预设电流值进行比较。

较佳地，所述过流保护单元还包括半导体开关模块；

所述半导体开关模块被配置为：

在流经所述过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值大于所述预设电流值时，处于关断状态，且，在流经所述过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值小于或等于所述预设电流值时，处于导通状态。

较佳地，所述过流保护单元还包括供电模块；

所述供电模块用于给所述过流保护单元供电。

较佳地，所述过流保护单元还用于在断开故障驱动器母线与其它驱动器母线的连接的同时断开所述变桨系统的安全链。

本发明第二方面提供了一种变桨系统的驱动器控制方法，所述驱动器控制方法应用于第一方面所述的变桨系统的驱动器控制装置，所述驱动器控制方法包括：

检测流经所述过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值；

在所述实时电流值大于预设电流值时，断开所述该驱动器母线与其它驱动器母线的连接。

较佳地，所述驱动器控制方法还包括：

在流经所述过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值小于或等于所述预设电流值时，控制半导体开关模块处于导通状态。

较佳地，所述驱动器控制方法还包括：

控制正常的驱动器收桨至目标位置。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明将多个驱动器母线通过过流保护单元并联，有效降低了独立变桨时，驱动器母线出现泵升而导致驱动器被损坏的几率；并通过过流保护单元断开出现故障的驱动器母线与其它驱动器母线的连接，实现了对驱动器的过流保护，避免了任意一个驱动器出现故障而影响其它驱动器的收桨操作，保证了变桨系统的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例1的变桨系统的驱动器控制装置的示意图。

图2为本发明实施例1和2的风机正常运行时三个轴变桨电机功率波动示意图。

图3为本发明实施例2的变桨系统的驱动器控制方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供的一种变桨系统的驱动器控制装置，如图1所示，该驱动器控制装置包括驱动器和过流保护单元1；驱动器通过过流保护单元1连接至母线；驱动器的数目为多个，各驱动器母线之间通过过流保护单元相互并联，以驱动器的数目为三个为例，例如，如图1所示，三个驱动器分别为第一驱动器2、第二驱动器3、第三驱动器4；第一驱动器2、第二驱动器3以及第三驱动器4的母线之间通过过流保护单元相互并联，需要说明的是，过流保护单元在三个驱动器母线正极和三个驱动器母线负极中均需串联接入。

过流保护单元1用于断开故障驱动器母线与其它驱动器母线的连接。

本实施例中，过流保护单元中的硬件可由门极过流保护芯片搭建。

本实施例通过在驱动器控制装置中增加过流保护单元，将过流保护单元分别串联于多个驱动器母线正负极，过流保护单元会在流经任一驱动器母线正负极的实时电流值大于预设电流值时，切断该驱动器母线与其它驱动器母线的连接，使其不影响另外两个驱动器的收桨功能，实现了基于过流保护单元将某个过流、短路等故障驱动器母线切出。

在一可选的实施例中，每一驱动器母线正极分别连接有一过流保护单元，且各驱动器母线正极连接的各过流保单元之间相互并联；每一驱动器母线负极分别连接有一过流保护单元，且各驱动器母线负极连接的各过流保单元之间相互并联。

本实施例中，将每个驱动器母线正极通过过流保护单元相连，每个驱动器母线负极也通过过流保护单元相连，以均衡各驱动器(例如三个驱动器)的电压值，使得各驱动器的电压值均小于预设电压值，从而使得各驱动器的电压不泵升或者极少泵升，制动电阻不发热。需要说明的是，预设电压值是指各个驱动器整流后的电压值。

本实施例中，过流保护单元被串联到各驱动器的并联点之前。预设电压值根据实际情况进行设置，此处不做具体限定。

需要说明的是，本实施例基于在IPC策略下，正常发电运行过程中，三个轴的叶片由于实时处于不同转速、不同风轮方位角、以致三个轴的变桨电机处于不同的发电状态和电动状态，导致各驱动器实时处于不同的电压，通过将各驱动器母线正极通过过流保护单元相连，各驱动器母线负极也通过过流保护单元相连，各驱动器之间的电流无需控制，无缝流动，各驱动器的电压将通过被动均压而实时处于同一电位，并共同给多个电机提供动力，将发电的能量用于电动，实现了驱动器电压的平稳。另外，制动电阻将不再会由于不断调桨承受不住发热而烧毁，进一步地，驱动器还可以减少母线电容容量，从而带来经济效益。

在一可选的实施例中，过流保护单元1包括电流检测模块；

电流检测模块用于检测流经过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值，过流保护单元被配置为将实时电流值与预设电流值进行比较。

本实施例中，预设电流值根据实际情况进行设置，此处不做具体限定。

在一可选的实施例中，过流保护单元1还包括半导体开关模块；

半导体开关模块被配置为：在流经过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值大于预设电流值时，处于关断状态，且，在流经过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值小于或等于预设电流值时，处于导通状态。

本实施例中，半导体开关模块在流经过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值大于预设电流值时，处于关断状态，此时该驱动器出现过流，并断开该故障驱动器母线与其它驱动器母线的连接。在实时电流值小于或等于预设电流值时，处于导通状态，以保持驱动器的正常运行。

在一可选的实施例中，半导体开关模块依据电流检测模块的检测结果进行通断控制，在一些其他的实施例中，半导体开关模块还可直接利用自身包含的半导体器件的器件导通关断特性，在流经过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值大于或小于等于预设电流值时分别进行对应的导通关断控制。

在一可选的实施例中，过流保护单元1还包括供电模块；

供电模块用于给过流保护单元供电。

在一可选的实施例中，过流保护单元还用于在断开故障驱动器母线与其它驱动器母线的连接的同时断开变桨系统的安全链。

在具体实施过程中，某个驱动器母线正负极上的过流保护单元检测到流经该驱动器母线正负极的实时电流大于预设电流值时，该驱动器对应的过流保护单元将断开该过流保护单元内的半导体开关模块，使得故障驱动器母线切出并联回路，并同时断开变桨系统的安全链，其它驱动器在接收到安全链断开信号后，收桨到目标位置(例如安全位置)，保证了变桨系统的安全，进一步地，过流保护单元在各驱动器正常运行时，不介入任何电压电流控制，并控制半导体开关模块处于常闭状态，硬件设计和控制策略中不做任何主动电压均衡控制。

本实施例中，以驱动器的数目为三个为例，风机在IPC策略下正常运行时三个轴变桨电机功率波动情况如图2所示，黑色细线分别为三个驱动器的输出功率；黑色粗线为三个轴矢量相加的总输出功率，其中，输出功率为负值时，变桨电机处于发电状态；输出功率为正时，变桨电机处于电动状态。

本实施例中三个驱动器并联后的总输出功率如图2中黑色粗线所示，由图2中黑色粗线可以发现在该曲线下，没有输出功率为负的状态，即不会有发电状态，且输出功率有所减小。因此，将三个驱动器对应的母线并联后，不会有母线泵升，且整体所需输出功率也将减少。

本实施例将过流保护单元分别串联于各驱动器母线正负极，有效降低了独立变桨时，驱动器母线出现泵升而导致驱动器被损坏的几率；并通过过流保护单元断开出现故障的驱动器母线与其它驱动器母线的连接，实现了对驱动器的过流保护，避免了任意一个驱动器出现故障而影响其它驱动器的收桨操作，保证了变桨系统的安全性。

实施例2

本实施例提供的一种变桨系统的驱动器控制方法，驱动器控制方法应用于实施例1中的变桨系统的驱动器控制装置，如图3所示，该驱动器控制方法包括：

步骤101、检测流经过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值；

步骤102、在实时电流值大于预设电流值，断开该驱动器母线与其它驱动器母线的连接。

本实施例中，通过过流保护单元检测驱动器母线正负极的实时电流值，在流经过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值大于预设电流值时，断开该驱动器母线与其它驱动器母线的连接。

在一可选的实施例中，该驱动器控制方法还包括：

在流经过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值小于或等于预设电流值时，控制半导体开关模块处于导通状态。

本实施例中，预设电流值根据实际情况进行设置，此处不做具体限定。

在一可选的实施例中，该驱动器控制方法还包括：

控制正常的驱动器收桨至目标位置。

本实施例中，目标位置可以为安全位置。

在具体实施过程中，某个驱动器母线正负极上的过流保护单元检测到流经该驱动器母线正负极的实时电流大于预设电流值时，该驱动器对应的过流保护单元将断开该过流保护单元内的半导体开关模块，使得故障驱动器母线切出并联回路，并同时断开变桨系统的安全链，其它驱动器在接收到安全链断开信号后，收桨到目标位置(例如安全位置)，保证了变桨系统的安全，进一步地，过流保护单元在各驱动器正常运行时，不介入任何电压电流控制，并控制半导体开关模块处于常闭状态，硬件设计和控制策略中不做任何主动电压均衡控制。

本实施例将每个驱动器的正极通过过流保护单元相连，负极也通过过流保护单元相连，以均衡多个驱动器(例如三个驱动器)的电压值，使得多个驱动器的电压值均小于预设电压值，从而使得多个驱动器的电压不泵升或者极少泵升，制动电阻不发热。

本实施例中，过流保护单元被串联到各驱动器的并联点之前。预设电压值根据实际情况进行设置，此处不做具体限定。

需要说明的是，本实施例基于在IPC策略下，正常发电运行过程中，三个轴的叶片由于实时处于不同转速、不同风轮方位角、以致三个轴的变桨电机处于不同的发电状态和电动状态，导致各驱动器实时处于不同的电压，通过将各驱动器母线正极通过过流保护单元相连，各驱动器母线负极也通过过流保护单元相连，各驱动器之间的电流无需控制，无缝流动，各驱动器的电压将通过被动均压而实时处于同一电位，并共同给多个电机提供动力，将发电的能量用于电动，实现了驱动器电压的平稳。另外，制动电阻将不再会由于不断调桨承受不住发热而烧毁，进一步地，驱动器还可以减少母线电容容量，从而带来经济效益。

本实施例中，以驱动器的数目为三个为例，风机在IPC策略下正常运行时三个轴变桨电机功率波动情况如图2所示，黑色细线分别为三个驱动器的输出功率；黑色粗线为三个轴矢量相加的总输出功率，其中，输出功率为负值时，变桨电机处于发电状态；输出功率为正时，变桨电机处于电动状态。

本实施例中三个驱动器并联后的总输出功率如图2中黑色粗线所示，由图2中黑色粗线可以发现在该曲线下，没有输出功率为负的状态，即不会有发电状态，且输出功率有所减小。因此，将三个驱动器对应的母线并联后，不会有母线泵升，且整体所需输出功率也将减少。

本实施例将过流保护单元分别串联于各驱动器母线正负极，有效降低了独立变桨时，驱动器母线出现泵升而导致驱动器被损坏的几率；并通过过流保护单元断开出现故障的驱动器母线与其它驱动器母线的连接，实现了对驱动器的过流保护，避免了任意一个驱动器出现故障而影响其它驱动器的收桨操作，保证了变桨系统的安全性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种变桨系统的驱动器控制装置，其特征在于，所述驱动器控制装置包括驱动器和过流保护单元；所述驱动器的数目为多个，各驱动器母线通过所述过流保护单元并联；

所述过流保护单元用于断开故障驱动器母线与其它驱动器母线的连接。

2.如权利要求1所述的变桨系统的驱动器控制装置，其特征在于，每一驱动器母线正极分别连接有一过流保护单元，且各驱动器母线正极连接的各过流保单元之间相互并联；每一驱动器母线负极分别连接有一过流保护单元，且各驱动器母线负极连接的各过流保单元之间相互并联。

3.如权利要求1所述的变桨系统的驱动器控制装置，其特征在于，所述过流保护单元包括电流检测模块；

所述电流检测模块用于检测流经所述过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值，所述过流保护单元被配置为将所述实时电流值与预设电流值进行比较。

4.如权利要求3所述的变桨系统的驱动器控制装置，其特征在于，所述过流保护单元还包括半导体开关模块；

所述半导体开关模块被配置为：

在流经所述过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值大于所述预设电流值时，处于关断状态，且，在流经所述过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值小于或等于所述预设电流值时，处于导通状态。

5.如权利要求1所述的变桨系统的驱动器控制装置，其特征在于，所述过流保护单元还包括供电模块；

所述供电模块用于给所述过流保护单元供电。

6.如权利要求1所述的变桨系统的驱动器控制装置，其特征在于，所述过流保护单元还用于在断开故障驱动器母线与其它驱动器母线的连接的同时断开所述变桨系统的安全链。

7.一种变桨系统的驱动器控制方法，所述驱动器控制方法应用于权利要求1-6中任意一项所述的变桨系统的驱动器控制装置，其特征在于，所述驱动器控制方法包括：

检测流经所述过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值；

在所述实时电流值大于预设电流值时，断开该驱动器母线与其它驱动器母线的连接。

8.如权利要求7所述的变桨系统的驱动器控制方法，其特征在于，所述驱动器控制方法还包括：

在流经所述过流保护单元连接到的驱动器母线正负极的实时电流值小于或等于所述预设电流值时，控制半导体开关模块处于导通状态。

9.如权利要求7所述的变桨系统的驱动器控制方法，其特征在于，所述驱动器控制方法还包括：

控制正常的驱动器收桨至目标位置。