CN202756175U - 一种风力发电机组偏航控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风力发电机组偏航控制系统，包括主控制器、一个以上偏航变频器和一个以上偏航电机，其特征在于：所述偏航变频器与偏航电机数量相同，各偏航变频器与偏航电机以一拖一方式连接；所述偏航变频器其中之一为主变频器，其余为从变频器；主控制器与各偏航变频器和偏航电机之间分别电连接。所述偏航变频器或偏航电机的数量为2~10个。所述偏航电机自带制动装置。所述主控制器与偏航变频器之间以及各个偏航变频器之间通过现场总线连接；所述主控制器与各偏航变频器和偏航电机之间通过数字信号线连接。本实用新型提高了风力发电机组的可靠性，减少了因故障造成的停机，提升了风电机组的可利用率，还能改善偏航驱动的性能。

Description

一种风力发电机组偏航控制系统

技术领域

本实用新型应用于风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机组偏航控制系统。

背景技术

随着滨海型或海上型风力发电机组越来越受到政策支持和市场关注，其高额的维护成本使得提高风力发电机组的可利用率，减少因故障造成的停机显得尤为重要，因此风力发电机组对其子系统的可靠性提出了严格的要求。偏航系统是风力发电机组的关键子系统之一，若偏航系统出现故障，必将导致停机，其可靠性和稳定性的增强对提升风电机组的可利用率有重要意义。

目前风力发电机组的偏航系统一般由4~8个同型号偏航电机共同驱动，偏航控制系统驱动模式一般采用一拖多模式（又称群拖模式），即一个偏航变频器同时并联驱动多个偏航电机同步运行，如果该偏航变频器或其中某一个电机出现故障，必将导致偏航系统不能工作，造成系统停机维护，降低风力发电机组的可利用率，损失发电量。而且，在群拖模式下变频器一般只能采用恒压频比控制方式，稳态和动态调速性能都不高，且低速时带载能力差，起动转矩低，不能保证完全一致，同步性不高，每个偏航电机存在的负载不平衡情况，可能导致振动。另外，在此模式下，偏航系统不能精确监测每个电机如功率、电流等运行参数，同时偏航变频器输出电缆（累积）过长，其输出端需增加滤波器，增加了设备成本。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种风力发电机组偏航控制系统，目的在于通过容错设计方案提高风力发电机组的可靠性，改善偏航驱动的性能。

为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种风力发电机组偏航控制系统，包括主控制器、一个以上偏航变频器和一个以上偏航电机，其特征在于：所述偏航变频器与偏航电机数量相同，各偏航变频器与偏航电机以一拖一方式连接；所述偏航变频器其中之一为主变频器，其余为从变频器；主控制器与各偏航变频器和偏航电机之间分别电连接。

所述偏航变频器或偏航电机的数量为2~10个。

所述偏航电机自带制动装置。

所述主控制器与偏航变频器之间以及各个偏航变频器之间通过现场总线连接；所述主控制器与各偏航变频器和各偏航电机之间通过数字信号线连接。

本实用新型的主要优点在于：

1、提高了风力发电机组的可靠性：一拖一模式的偏航控制系统由一个偏航变频器驱动一个偏航电机，如果一个变频器或电机出现故障，剩余的几组变频器及其驱动的电机还能使偏航系统正常工作完成偏航功能，大大提高了系统可靠性，也为风机维护留足准备时间。

2、改善了偏航系统的性能：在一拖一模式下，偏航系统的变频器之间采用主从控制，变频器采用速度/转矩控制的矢量控制，使得偏航系统的稳态和动态调速性能得到提高，且低速时带载能力增强，同步性好；同时，速度/转矩控制的矢量控制可在偏航动作时建立合理的负载分配关系，防止负载不平衡情况，充分发挥各电动机的转矩输出能力，从而减少偏航动作时的振动。此外，偏航系统在一拖一模式下，通过变频器能准确检测每个电机的运行参数，同时避免了偏航变频器输出电缆（累积）过长，从而节约了配备输出端滤波器的成本。

附图说明

图1本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

假设偏航控制系统配备6个偏航变频器和偏航电机，如图1所示，每个偏航电机配备一个变频器，多个变频器之间采用主从控制，即由主控制器PLC任意指定其中一个变频器为主变频器，其它的为从变频器。各个偏航电机自带制动装置。变频器通讯模块选配CANopen现场总线模块（其他类型的现场总线方式也能实现），变频器控制方式配置成无传感器矢量控制的速度/转矩控制。

该风力发电机组的偏航控制系统工作分为下表所示三种运行工况：

以下对三种工况做详细说明：

工况一：无故障

主控制器PLC通过输出数字控制信号将主变频器和所有从变频器“使能信号”设为“有效”，将主变频器“速度/转矩控制”设为“速度控制”，将所有从变频器“速度/转矩控制”设为“转矩控制”；主控制器PLC通过CANopen总线将速度给定值传给主变频器，主变频器通过CANopen总线将转矩给定值传送给各从变频器。

偏航系统工作时，每个变频器会实时监测自身的运行状态和其驱动的偏航电机的运行参数，并通过CANopen总线将状态反馈给主控制器PLC。如果主控制器PLC接收到故障信号如过载、过流、过温等等，通过判断处理后，将会发出“报警”信号，同时将转换变频器控制方式。若是任一从变频器故障，主控制器PLC将偏航系统设置成工况二运行，若是主变频器故障，将偏航系统设置成工况三运行。

工况二：任一从变频器故障

主控制器PLC通过输出数字控制信号将主变频器和所有无故障从变频器“使能信号”设为“有效”。主变频器“速度/转矩控制”设为“速度控制”，通过CANopen总线接收主控制器PLC的速度给定值。主控制器PLC通过输出数字控制信号将发生故障的从变频器“使能信号”设为“无效”，禁止其输出，同时控制其驱动的偏航电机自带的制动装置为制动打开状态，使该偏航电机自由转动。其它无故障从变频器“速度/转矩控制”设为“转矩控制”，通过CANopen总线接收主变频器传过来的转矩给定值。

工况三：主变频器故障

主控制器PLC通过输出数字控制信号将主变频器“使能信号”设为“无效”，禁止其输出，同时控制其驱动的偏航电机自带的制动装置为制动打开状态，使该偏航电机自由转动。所有从变频器“速度/转矩控制”设为“速度控制”，通过CANopen总线接收主控制器PLC传过来的速度给定值。

在一般情况下，应该确保偏航系统在工况一运行。若偏航系统在工况二或工况三下，将发出“警告”信号，告知维护人员需对偏航系统进行维修，使其尽快恢复到工况一状态，但此期间风电机组仍旧具有偏航功能，不需停机。

本实施例目的在于使本领域专业技术人员可以据其了解本实用新型的技术方案并加以实施，并不能以其限制本专利的保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，凡依据本实施例披露技术所作的变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种风力发电机组偏航控制系统，包括主控制器、一个以上偏航变频器和一个以上偏航电机，其特征在于：所述偏航变频器与偏航电机数量相同，各偏航变频器与偏航电机以一拖一方式连接；所述偏航变频器其中之一为主变频器，其余为从变频器；主控制器与各偏航变频器和偏航电机之间分别电连接。

2.根据权利要求1所述一种风力发电机组偏航控制系统，其特征在于：所述偏航变频器或偏航电机的数量为2~10个。

3.根据权利要求1或2所述一种风力发电机组偏航控制系统，其特征在于：所述偏航电机自带制动装置。

4.根据权利要求1或2所述一种风力发电机组偏航控制系统，其特征在于：所述主控制器与偏航变频器之间以及各个偏航变频器之间通过现场总线连接；所述主控制器与各偏航变频器和偏航电机之间通过数字信号线连接。

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