CN203594558U - 一种超级电容电动变桨系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超级电容电动变桨系统，它主要包括电源模块1G1、PLC控制器、变桨驱动器AC2、驱动电机M1、桨距角传感器、直流电源2T1、限位开关组和后备电源模块；其中后备电源模块由6块16V超级电容串联组成。该变桨系统具有通讯速率高、抗干扰能力强、驱动控制器快速精确、系统震动小、可靠性高的优点，且驱动电机内置嵌入式参数芯片，更换电机后，伺服控制器能自动从驱动电机中读取参数，不需要用户重新匹配参数。
Description
技术领域
本实用新型涉及属于风力发电机组变桨控制技术领域，尤其是一种风力发电机组电动变桨控制系统。
背景技术
电动变桨系统使用电动机作为变桨动力，通过伺服驱动器控制电动机带动减速机的输出轴齿轮旋转，输出轴齿轮与桨叶根部回转支承的内侧的齿轮啮合，驱动桨叶进行变桨。电动变桨系统由变桨控制器、伺服电动机驱动器、伺服电动机、后备电源、叶片角度编码器以及限位开关等部分组成。具有响应速度快，控制精度高，维护和保养简单的优点，是目前国内风机上运用最广泛的变桨系统。
传统的电动变桨系统后备电源一般采用铅酸蓄电池，因为它成本低，技术成熟，但随着变桨系统中的大量使用，铅酸蓄电池逐渐暴露出一系列的问题。首先，电池寿命短，通常两年就需要更换一次，在风机二十年设计寿命内，需更换多次，维护成本高昂。其次，铅酸蓄电池的充电速度慢，完全充满一般需要7-9个小时，降低了风机利用率。再者，铅酸电池低温性能差，低温地区使用必须加装额外温控系统，若风机长期停电，温控系统无法工作，蓄电池极易因环境温度的剧烈变化而产生损坏，对风机的安全运行造成威胁。
故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种能够改善变桨系统低温特性和使用寿命的超级电容电动变桨系统。
为实现上述目的，本实用新型超级电容电动变桨系统可采用如下技术方案：
一种超级电容电动变桨系统，包括变桨驱动器、连接变桨驱动器的变桨电机、连接变桨电机的桨叶、同时连接变桨驱动器和变桨电机的PLC控制器、连接PLC控制器的直流电源、连接变桨驱动器的后备电源模块、充电器；所述充电器同时连接直流电源、变桨驱动器及后备电源模块；所述桨叶上附有桨距角传感器；所述后备电源模块为6块串联的DC16V超级电容。
该超级电容电动变桨系统还包括3个变桨控制柜，所述PLC控制器对应设置3个，其中一个变桨控制柜中设置的PLC控制器为主站，另两个变桨控制柜中设置的PLC控制器为从站。
PLC控制器、变桨电机、变桨驱动器之间均采用CANOPEN通讯方式。
变桨驱动器作为伺服电机控制模块；变桨驱动器的散热风扇用不锈钢防护罩置于变桨控制柜外。该布置方式可有效减少柜间连接电缆，并提高变桨系统可靠性，当任一台PLC控制器出现故障时，另两台都可执行顺桨操作，确保风机安全。
三相交流异步电机作为变桨驱动器的驱动电机，驱动电机内置嵌入式参数芯片，更换新驱动电机后，变桨驱动器自动从新驱动电机中读取参数，不需要用户重新匹配参数。
各桨叶的安全位置设有限位开关，起安全限位作用，并装备冗余编码器以校核电机绝对值编码器桨叶角度测量偏差是否符合规定。
与背景技术相比，本实用新型中采用超级电容作为后备电源，超级电容是一种新型的储能材料，它具有数千法拉级的超大电容量，功率密度比传统电池高10-100倍，具有很高的放电功率，充放电循环次数可以高达10万次以上，具备很强大的电荷储备能力、充电时间短、效率高等优点，基于超级电容作为后备电源的变桨系统可有效改善变桨系统低温特性和使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型超级电容电动变桨系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本实用新型主要由电源模块1G1、PLC控制器、变桨驱动器AC2、驱动电机M1、桨距角传感器、直流电源2T1、限位开关组和后备电源模块组成，其中后备电源模块由6块DC16V超级电容串联组成。
电源模块1G1采用三相380V交流供电，输出为直流90V，构成系统直流母线，用于驱动变桨电机，并对超级电容模组进行浮充，最大充电电流为80A。电源模块固定于冷却板上，采用穿墙方式安装，并自带散热风扇，确保模块散热效果。它由输入整流滤波、DC-DC变换、输出高频整流滤波、以及CPU控制电路组成。其中输入整流滤波器对于电磁兼容有很大作用，有效地抑制了来自交流电网的传导干扰，DC-DC高频变换使整机效率大大提高，CPU控制系统用于控制各种负载变换情况下的稳定输出。
变桨驱动器AC2由主电源单元、辅助电源单元、逆变单元、通信单元组成。AC2安装于冷却板上，采用穿墙方式安装，可外接风扇，确保驱动器散热效果，驱动器最大工作电流为400A，输出功率达6500W，适用环境温度范围为-30°～+40°。
驱动电机M1为三相交流异步电机，结构简单，可靠性高。电机额定功率为6000W，转速为1500rpm时额定扭矩为40NM，采用双温度传感器PT100、KTY83，具有512位SSI绝对值编码器，内置嵌入式参数芯片，更换电机后，变桨驱动器能自动从驱动电机中读取参数，不需要用户重新匹配参数，防护等级为IP54。
各桨叶的安全位置设有限位开关，起安全限位作用，并装备冗余编码器以校核电机绝对值编码器桨叶角度测量偏差是否符合规定。
PLC控制器、变桨电机、变桨驱动器之间均采用CANOPEN通讯方式。正常情况下，主控系统通过通讯将控制命令发给变桨控制器，变桨控制器经过计算后将控制信号输出给变桨驱动器AC2，变桨驱动器AC2控制驱动电机M1，并通过变桨执行机构带动桨叶旋转，改变桨距角。
变桨过程中，变桨驱动器AC2接受1G1输出90V直流供电，并提供三相交流电给驱动电机M1，驱动电机M1通过编码器系统将电机位置信号反馈给变桨驱动器AC2，变桨驱动器AC2根据电机位置反馈信号实现对驱动电机的闭环控制。桨距角传感器将桨距角信号反馈给桨距控制器，桨距控制器通过桨距角反馈信号实现对桨叶的闭环控制。通过这两级闭环控制，本实用新型在可实现快速精确伺服控制的同时，最大限度的减少系统的震动并确保驱动电机的安全。
本实用新型中，后备电源模块由6块超级电容串联而成，电容单体容量为500F，每块超级电容的额定输出电压是DC16V。当外部电源监视器检测到电网供电突然消失时或者桨距控制器与风机控制系统之间发生通讯故障时，本实用新型在线切换到超级电容供电，同时启动紧急顺桨，控制三个驱动电机朝顺桨方向旋转，直到桨叶可靠安全顺桨，并将变桨系统电网供电中断故障，通讯故障反馈给主控系统，主控系统根据故障反馈采取相应的安全措施，从而确保风电机组安全停机。超级电容后备电源的使用次数虽然不多，但对变桨系统乃至整个风力发电机组起着至关重要的作用。
Claims (6)
1.一种超级电容电动变桨系统，其特征在于：包括变桨驱动器、连接变桨驱动器的变桨电机、连接变桨电机的桨叶、同时连接变桨驱动器和变桨电机的PLC控制器、连接PLC控制器的直流电源、连接变桨驱动器的后备电源模块、充电器；所述充电器同时连接直流电源、变桨驱动器及后备电源模块；所述桨叶上附有桨距角传感器；所述后备电源模块为6块串联的DC16V超级电容。
2.根据权利要求1所述的超级电容电动变桨系统，其特征在于：还包括3个变桨控制柜，所述PLC控制器对应设置3个，其中一个变桨控制柜中设置的PLC控制器为主站，另两个变桨控制柜中设置的PLC控制器为从站。
3.根据权利要求2所述的超级电容电动变桨系统，其特征在于：PLC控制器、变桨电机、变桨驱动器之间均采用CANOPEN通讯方式。
4.根据权利要求3所述的超级电容电动变桨系统，其特征在于：变桨驱动器作为伺服电机控制模块；变桨驱动器的散热风扇用不锈钢防护罩置于变桨控制柜外。
5.根据权利要求4所述的超级电容电动变桨系统，其特征在于：三相交流异步电机作为变桨驱动器的驱动电机，驱动电机内置嵌入式参数芯片，更换新驱动电机后，变桨驱动器自动从新驱动电机中读取参数。
6.根据权利要求5所述的超级电容电动变桨系统，其特征在于：各桨叶的安全位置设有限位开关。
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| CN107246357A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-10-13 | 固安华电天仁控制设备有限公司 | 一种桨叶位置自检风力发电变桨系统 |
| CN107546830A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-01-05 | 固安华电天仁控制设备有限公司 | 一种基于dsp的一体化变桨控制的超级电容充电器 |
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