CN208040621U - 变桨系统和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种变桨系统和风力发电机组，其中，所述变桨系统包括：第一子变桨系统和至少一第二子变桨系统；第一子变桨系统和每一第二子变桨系统电连接；第一子变桨系统包括电连接的第一变桨控制器、第一驱动模块和第一变桨电机；每一第二子变桨系统包括电连接的第二变桨控制器、第二驱动模块和第二变桨电机；至少一第二子变桨系统用于驱动叶片进行变桨，以及与第一子变桨系统共同驱动所述叶片进行变桨。第一子变桨系统和第二子变桨系统的设置，解决了变桨系统内部多器件冗余控制，提高变桨系统可靠性；解决了变桨系统无法很好的驱动叶片收回到安全位置的问题，提高了变桨系统的安全性。

Description

变桨系统和风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种变桨系统和风力发电机组。

背景技术

变桨系统作为大型风力发电机组中的关键控制系统，其主要功能是通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风力发电机组的输出功率；风力发电机组正常运行期间，当风速小于风力发电机组额定风速时，变桨系统控制叶片变桨到最大迎风角位置，进行最大功率追踪；当风速超过风力发电机组额定风速时，变桨系统通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。

变桨系统的一个主要功能是担当风力发电机组的主刹车系统功能，任何故障引起的停机都会使叶片顺桨到安全位置，由此可见，变桨系统对风力发电机组的稳定性、安全性都起着至关重要的作用，尤其作为空气动力刹车，要求变桨系统必须具备很高的可靠性和安全性。

然而，在风力发电机组运行过程中，变桨系统的变桨控制器、驱动模块、变桨电机、后备电源等关键部件，都有可能发生故障，而这种故障会导致风力发电机组停机；同时，变桨系统的变桨控制器、驱动模块、变桨电机、后备电源等也是变桨系统正常工作的关键部件，当这类部件发生问题后，很可能导致风力发电机组的叶片无法收回到安全位置；如果风力发电机组的叶片无法收回到安全位置，在风力的作用下，会使风力发电机组的转速无法下降，引发风力发电机组超速甚至发生飞车危险。

另外，现有技术当风力发电机组的叶片载荷较大时，变桨系统无法很好的驱动叶片进行变桨，很可能导致风力发电机组的叶片无法收回到安全位置。

综上所述，当变桨系统包括的关键部件(变桨系统的变桨控制器、驱动模块、变桨电机、后备电源等)发生问题，或风力发电机组的叶片载荷较大时，现有技术中的变桨系统将无法很好的驱动叶片收回到安全位置，在风力的作用下，会使风力发电机组的转速无法下降，引发风力发电机组超速甚至发生飞车危险。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种变桨系统和风力发电机组，用以解决现有技术变桨系统无法很好的驱动叶片收回到安全位置，在风力的作用下，会使风力发电机组的转速无法下降的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种变桨系统，包括：第一子变桨系统和至少一第二子变桨系统；

所述第一子变桨系统和每一所述第二子变桨系统电连接；

所述第一子变桨系统包括依次连接的第一驱动模块和第一变桨电机；

每一所述第二子变桨系统包括依次连接的第二驱动模块和第二变桨电机；

所述变桨系统包括集中控制器，与第一驱动模块和第二驱动模块电连接；或者，所述第一子变桨系统包括与第一驱动模块连接的第一变桨控制器，所述第二子变桨系统包括与第二驱动模块连接的第二变桨控制器；

当所述第一子变桨系统故障时，至少一所述第二子变桨系统工作；

当所述叶片载荷超过所述第一子变桨系统的驱动能力时，至少一所述第二子变桨系统用于与所述第一子变桨系统共同工作。

优选地，所述第一变桨控制器和所述第二变桨控制器集成为一体；

或，所述第一变桨控制器和所述第二变桨控制器设置在不同位置处。

优选地，所述第一子变桨系统还包括用于感测第一变桨电机转动位置的第一位置传感器，每一所述第二子变桨系统还包括用于感测第二变桨电机转动位置的第二位置传感器；

所述第一位置传感器与所述第一变桨电机、所述第一驱动模块和所述第一变桨控制器电连接；

所述第二位置传感器与所述第二变桨电机、所述第二驱动模块和所述第二变桨控制器电连接。

优选地，所述第一变桨控制器、所述第一驱动模块、所述第一变桨电机和所述第一位置传感器整合安装在同一柜体中。

优选地，所述第二变桨控制器、所述第二驱动模块、所述第二变桨电机和所述第二位置传感器整合安装在同一柜体中。

优选地，所述第一变桨电机和所述第二变桨电机安装在同一柜体中。

优选地，所述第一位置传感器设置在所述第一变桨电机内部；所述第二位置传感器设置在所述第二变桨电机内部。

优选地，所述第一驱动模块设置在所述变桨系统的变桨柜内；所述第二驱动模块设置在所述变桨柜内。

优选地，所述第一变桨控制器与第二变桨控制器通过通讯总线连接。

一种风力发电机组，包括上述的变桨系统。

相比于现有技术，本实用新型的方案具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供的变桨系统包括第一子变桨系统和至少一第二子变桨系统，当第一子变桨系统故障或异常时，直接切换到第二子变桨系统，实现叶片的变桨功能；当风力发电机组叶片载荷超过第一子变桨系统的驱动能力时，至少一个第二子变桨系统同时驱动叶片，加强整个变桨系统的负载驱动能力，实现叶片大载荷情况下的变桨功能；这样，实现了变桨系统故障或异常时的冗余或辅助控制功能，很好的解决了因现有技术变桨系统无法驱动叶片收回到安全位置，导致风力发电机组的转速无法下降的问题，增强了变桨系统的安全性和可靠性，能够满足海上或高可靠性要求的恶劣、复杂环境。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术风力发电机组的控制系统结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种变桨系统的结构框图；

图3是本实用新型实施例提供的另一变桨系统的结构框图；

图4是本实用新型实施例提供的又一变桨系统的结构框图；

图5是本实用新型实施例提供的再一变桨系统的结构框图。

下面说明本实用新型实施例各附图标记表示的含义：

101-变桨轴承；102-减速机的齿轮；103-方位角传感器；104-风力发电机主轴；105-减速机；106-轮毂；107-变桨电机；108-位置传感器；109-变桨控制器；110-刹车盘；111-刹车阀；112-主控控制器；113-滑环；114-叶片；

21-第一子变桨系统；22-第二子变桨系统；201-第一变桨电机；202-第二变桨电机；203-第一位置传感器；204-第二位置传感器；205-第一驱动模块；206-第二驱动模块；207-第一变桨控制器；208-第二变桨控制器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面首先介绍一些本实用新型实施例中使用到的技术术语。

方位角(Toothed Belt)，叶片方位角的定义为：某一叶片叶尖朝上时，叶片方位角为0度，叶片转动一周后再次转到叶尖朝上的位置，叶片方位角为360度。即，叶片方位角为随着叶片旋转，在0度～360度之间连续、周期性变化的角度值；叶片的方位角由风轮方位角计算得到。

桨距角(Pitch Angle)，也称节距角，风力发电机组采用变桨距控制，通过调整叶片迎风角度，进行功率的调整；桨距角是指风机叶片与风轮平面的夹角，风力发电机组调节桨距角的目的主要是：

(1)在风力的作用下，获得比较大的启动扭矩，驱动风力发电机组的叶片旋转；

(2)限制功率输出，在额定风速后，使功率平稳，保护机械和电路系统，同时可以降低载荷；

(3)收桨时实现气动刹车，使叶片的转速快速降低，避免机械刹车造成的惯性力太大而造成的伤害。

冗余辅助控制(Redundant Auxiliary Control)，为增加系统的可靠性，而采取两套或两套以上相同、相对独立配置的设计。一般来说冗余系统目的在于：为了保险起见，采取两套同样独立配置的硬件、软件或设计等，防止在其中一套系统出现故障时，另一套系统能立即启动，使系统持续工作。

位置传感器(Position Sensor)，是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。

下面首先结合附图介绍一下现有技术风力发电机组的控制系统。

如图1所示，图1为风力发电机组的控制系统结构示意图，该控制系统结构主要包括：安装于轮毂106内的变桨轴承101、减速机105、变桨电机107、位置传感器108、变桨控制器109；叶片114通过叶片自带螺栓安装于变桨轴承101上；变桨控制器109用于控制变桨电机107转动；变桨电机107安装于减速机105上，用于驱动减速机105转动；减速机105的齿轮102与变桨轴承101啮合，用于驱动变桨轴承101转动，变桨轴承101用于驱动叶片114转动；其中，变桨轴承101驱动叶片114缓慢转动。

如图1所示，位置传感器108位于变桨电机107尾部，与变桨电机107旋转轴机械连接，且与变桨轴承101啮合，用于测量叶片角度值；方位角传感器103安装于风力发电机主轴104侧，用于测量轮毂106的方位角。刹车盘110与风力发电机主轴104连接；刹车阀111位于刹车盘110两侧，用于控制刹车盘110及风力发电机主轴104的制动；主控控制器112用于对风力发电机及变桨系统进行开桨、关桨控制，并控制刹车阀111的松闸与抱闸。

如图1所示，主控控制器112与变桨控制器109之间，有动力电源线路、通信线路、安全链线路、硬件控制线路等，这些线路的供电、或电信号都是通过滑环113进行传输。

本实用新型的发明人对现有技术的风力发电机组的控制系统进行研究，发现如下问题。

现有技术的风力发电机组的控制系统中，每个叶片114分别对应一个减速机105、变桨电机107、变桨轴承101、变桨控制器109，且每个变桨电机107内部只能安装一个位置传感器108，该单一电气器件的结构，会使得任意一个器件发生故障后，变桨系统都会触发故障停机。

在研究过程中，发明人发现，现有技术为了防止故障停机，变桨系统中设置有备用变桨电机，当变桨系统中的主变桨电机出现故障后，通过切换开关将供电电源切换为备用变桨电机。这种方式虽然可以实现变桨电机的冗余运行，然而存在如下缺点：变桨电机的故障检测、切换开关的控制切换、以及备用变桨电机的加速启动均需要一定的时间，而在此时间内，由于变桨系统在运行时需要保证三个叶片角度一致，以减少载荷，所以容易导致在未切换到备用变桨电机前，由于当前叶片不再变桨而使三叶片角度不一致，仍然会触发故障停机。

例如：假设主变桨电机的故障检测、切换开关的切换时间和备用变桨电机加速启动时间为500毫秒(ms)，而风力发电机组正常调桨时的速度最大值一般为6°/s，也就是500ms内，其余两个叶片已变化6/2＝3°，已达到“叶片位置不一致”故障的报警值；因此，这种处理方式可以实现备用变桨电机的运行，但不能有效处理因变桨电机故障而导致的故障停机。

在研究过程中，发明人还发现，现有技术不能处理变桨系统的驱动模块故障，变桨系统目前一般是通过单个驱动模块驱动多个变桨电机，而驱动模块也属于电气部件之一，当驱动模块发生故障后，即使主变桨电机和备用变桨电机均正常，变桨系统也不能再继续变桨。

在研究过程中，发明人还发现，现有技术对位置传感器和变桨电机进行同步控制时，控制方法一般有如下两种控制方法：

控制方法一：

主变桨电机的伺服驱动器将该主变桨电机的位置传感器的脉冲输出，并联到备用变桨电机驱动器的脉冲输入口中，备用变桨电机的转动角度由主变桨电机的位置传感器的输出脉冲给定，转速由主变桨电机的位置传感器的脉冲频率确定，使两者转速和转动角度一致。

这种控制方法的缺点是：由于两个驱动器共用一个位置传感器，当位置传感器出现故障后，主变桨电机和备用变桨电机均不再工作，不能实现变桨电机和位置传感器的冗余运行。

控制方法二：

通过转矩控制方式，将主变桨电机的转矩输出，并输入到备用变桨电机的驱动器中，备用变桨电机使用转矩控制方式，其转矩与主变桨电机的输出转矩一致。

这种控制方法的缺点是：变桨系统在运行过程中，尤其当风速值达到额定风速之后，变桨系统需要频繁调桨，调桨方向也时刻在变化，尤其地，由于风速值是波动不断变化的，再加上叶片在不同方位角时所受的重力不同，因此对叶片调桨时的转矩值也是不断波动变化的，而采用波动变化的转矩值控制另一个变桨电机，很容易产生时间和数值上的不匹配，从而影响两个变桨电机的同步精度，对机械传动造成影响。

因此，现有技术不能很好的对位置传感器和变桨电机进行同步控制，当位置传感器和变桨电机不能进行同步控制时，此时若位置传感器发生故障而变桨电机正常时，变桨系统也会触发故障停机。

随着风力发电机组容量的增大，同样的停机时间，所造成的发电量损失也越来越大，因此，风力发电机组的可利用率受到越来越大的重视，如何对风力发电机组的运行进行冗余可靠控制，减少不必要的停机时间，降低发电量损失，提高风电场效益，成为越来越重要的课题。

另外，现有技术当变桨系统包括的关键部件(变桨系统的变桨控制器、驱动模块、变桨电机、后备电源等)发生问题，或风力发电机组的叶片载荷较大时，现有技术中的变桨系统将无法很好的驱动叶片收回到安全位置，在风力的作用下，会使风力发电机组的转速无法下降，引发风力发电机组超速甚至发生飞车危险。

本实用新型的发明人，鉴于现有技术存在的不足，提供一种新型变桨系统。

如图2所示，图2是本实用新型具体实施例提供的一种变桨系统的结构框图，本实用新型具体实施例提供的变桨系统包括：第一子变桨系统21和至少一第二子变桨系统22(图2中仅示出了一个第二子变桨系统22，第二子变桨系统22的个数根据实际需要设置)；第一子变桨系统21和每一第二子变桨系统22电连接。

如图2所示，第一子变桨系统21包括电连接的第一变桨控制器207、第一驱动模块205和第一变桨电机201；每一第二子变桨系统22包括电连接的第二变桨控制器208、第二驱动模块206和第二变桨电机202。

如图2所示，当第一子变桨系统21故障时，至少一第二子变桨系统22用于驱动风力发电机组包括的叶片进行变桨；当叶片载荷超过第一子变桨系统21的驱动能力时，至少一第二子变桨系统22用于与第一子变桨系统21共同驱动叶片进行变桨。

当然，本实用新型具体实施例中的变桨系统还可以包括集中控制器，该集中控制器中集成有第一变桨控制器207和第二变桨控制器208，该集中控制器，与第一驱动模块205和第二驱动模块206电连接。

本实用新型具体实施例提供的变桨系统包括第一子变桨系统和至少一第二子变桨系统，第一子变桨系统作为叶片变桨功能的主控制系统，第二子变桨系统作为冗余辅助控制系统，当主控制系统故障或异常时，直接切换到冗余辅助控制系统，实现叶片的变桨功能；当风力发电机组叶片载荷超过主控制系统的驱动能力时，至少一个冗余辅助控制系统同时驱动叶片，加强整个变桨系统的负载驱动能力，实现叶片大载荷情况下的变桨功能；这样，实现了变桨系统故障或异常时的冗余或辅助控制功能，很好的解决了现有技术的变桨系统无法很好的驱动叶片收回到安全位置，在风力的作用下，会使风力发电机组的转速无法下降的问题，增强了变桨系统的安全性和可靠性，能够满足海上或高可靠性要求的恶劣、复杂环境。

另外，本实用新型具体实施例提供的变桨系统冗余或辅助控制过程中，实现多个驱动模块之间的切换和同步变桨功能，合理分配驱动能力和载荷，节约变桨消耗能量(包含电网供电和后备电源储能)；实现了第一子变桨系统包括的器件(第一变桨控制器、第一驱动模块和第一变桨电机)与第二子变桨系统包括的器件(第二变桨控制器、第二驱动模块和第二变桨电机)的冗余运行，当第一子变桨系统包括的器件异常时，可以直接切换到第二子变桨系统中的器件使变桨系统能够正常运行，减少变桨系统故障率、减少停机时间，提高风力发电机组的发电率。

较佳地，本实用新型具体实施例中的第一变桨控制器207和第二变桨控制器208集成为一体，如图3所示，第一变桨控制器207和第二变桨控制器208集成为一体可以节约空间，具体实施时，可以将第一变桨控制器207和第二变桨控制器208集成在一个集中式控制器中，图3中包括第一变桨控制器207和第二变桨控制器208的实线框表示集中式控制器的结构框图。

当然，在实际设计时，第一变桨控制器207和第二变桨控制器208也可以设置在不同位置处，这样的设计方式更加灵活多变，与第一变桨控制器207和第二变桨控制器208集成为一体相比，能够降低集成度，节约生产成本。

进一步地，本实用新型具体实施例还对位置传感器进行冗余控制，较佳地，如图4所示，第一子变桨系统21还包括用于感测第一变桨电机201转动位置的第一位置传感器203，每一第二子变桨系统22还包括用于感测第二变桨电机202转动位置的第二位置传感器204；第一位置传感器203与第一变桨电机201、第一驱动模块205和第一变桨控制器207电连接；第二位置传感器204与第二变桨电机202、第二驱动模块206和第二变桨控制器208电连接。

具体地，本实用新型具体实施例中第一子变桨系统21中包括的各部件的结构与第二子变桨系统22包括的各部件的结构完全相同；即：本实用新型具体实施例中第一变桨电机201和第二变桨电机202的结构完成相同，第一位置传感器203和第二位置传感器204的结构完全相同，第一驱动模块205和第二驱动模块206的结构完全相同，第一变桨控制器207和第二变桨控制器208的结构完全相同。

第一子变桨系统21包括的各部件的设置位置多种多样，较佳地，第一变桨控制器207、第一驱动模块205、第一变桨电机201和第一位置传感器203整合安装在同一位置处；或，第一变桨控制器207、第一驱动模块205、第一变桨电机201和第一位置传感器203安装在不同位置处；即，第一子变桨系统21包括的各部件可以整合安装到一起使用，也可以进行拆分安装，这样，第一子变桨系统21包括的各部件的设计方式更加灵活、多变。

第二子变桨系统22包括的各部件的设置位置多种多样，较佳地，第二变桨控制器208、第二驱动模块206、第二变桨电机202和第二位置传感器204整合安装在同一位置处；或，第二变桨控制器208、第二驱动模块206、第二变桨电机202和第二位置传感器204安装在不同位置处；即，第二子变桨系统22包括的各部件可以整合安装到一起使用，也可以进行拆分安装，这样，第二子变桨系统22包括的各部件的设计方式更加灵活、多变。

较佳地，本实用新型具体实施例中第一变桨电机201和第二变桨电机202安装在同一位置处，具体实施时，第一变桨电机201和第二变桨电机202可以安装在风力发电机组的轮毂内，也可以安装在风力发电机组的轮毂和导流罩之间的位置；当然，在实际生产过程中，第一变桨电机201和第二变桨电机202也可以安装在不同的位置处，如：第一变桨电机201安装在风力发电机组的轮毂内，第二变桨电机202安装在风力发电机组的轮毂和导流罩之间的位置。

较佳地，如图5所示，本实用新型具体实施例中的第一位置传感器203设置在第一变桨电机201内部；第二位置传感器204设置在第二变桨电机202内部；这种设置方式使得第一位置传感器203和第二位置传感器204能够更精确的测量叶片角度。

较佳地，本实用新型具体实施例中第一驱动模块205设置在变桨系统的变桨柜内；第二驱动模块206设置在变桨系统的变桨柜内；第一驱动模块205和第二驱动模块206的这种设置方式在实际生产过程中简单、易行。

较佳地，本实用新型具体实施例中第一变桨控制器207与每一第二变桨控制器208通过通讯总线连接；第一变桨控制器207与每一第二变桨控制器208通过通讯总线进行相互之间的数据交互，即：第一子变桨系统21包括的第一变桨控制器207和第一驱动模块205等部件与第二子变桨系统22包括的第二变桨控制器208和第二驱动模块206等部件之间可以相互通讯实现信息共享和交互控制。

本实用新型具体实施例中第一子变桨系统与每一第二子变桨系统可以实现多器件冗余，与现有技术相比，解决了变桨系统内部多器件冗余控制，提高变桨系统可靠性；解决了变桨系统无法很好的驱动叶片收回到安全位置的问题，提高了变桨系统的安全性。

如图5所示，第一子变桨系统21正常工作时，第一变桨控制器207给第一驱动模块205发送变桨控制信号，第一驱动模块205驱动第一变桨电机201转动，实现叶片变桨功能。第二子变桨系统22中的第二变桨控制器208实时监控第一子变桨系统21运行状态信息，检测第一变桨控制器207、第一驱动模块205、第一变桨电机201和第一位置传感器203的状态信息，根据检测的各部件的状态信息判断各部件是否异常，如果判断出其中任何一个部件出现故障或异常，第二子变桨系统22直接进行部件切换，保证整个变桨系统的正常运行，各个部件的具体切换方法将在下面冗余控制方法部分进行详细介绍。

下面结合附图5详细介绍一下本实用新型具体实施例提供的第一子变桨系统和至少一第二子变桨系统共同驱动叶片的工作过程，以及第一子变桨系统和第二子变桨系统包括的各部件的冗余控制方法。

当风力发电机组叶片载荷超过第一子变桨系统21的驱动能力时：

如图5所示，第一变桨控制器207发送控制指令给第二变桨控制器208，第二变桨控制器208给第二驱动模块206发送变桨控制信号，第二驱动模块206驱动第二变桨电机202转动，实现第一变桨电机201和第二变桨电机202同步控制，加大整体变桨系统的驱动能力，驱动叶片正常实现变桨功能。

具体地，本实用新型具体实施例对第一变桨电机201和第二变桨电机202进行同步控制，其控制方法为：第一变桨控制器207接收风力发电机组的主控控制器112下发的速度命令或角度命令，如：速度命令对应的速度为V，第一变桨控制器207根据接收到的速度命令或角度命令控制第一驱动模块205驱动第一变桨电机201运行，第一变桨控制器207采集第一变桨电机201内部的第一位置传感器203所测的角度值，并根据第一位置传感器203所测的角度值，计算变桨速度，如：计算得到的变桨速度为V1，同时，第一变桨控制器207对计算得到的变桨速度进行限幅，以滤除第一位置传感器203跳变对第一变桨控制器207的影响；第一变桨控制器207将计算出的变桨速度V1作为控制命令传输给第二变桨控制器208，第二变桨控制器208控制第二驱动模块206按照变桨速度V1驱动第二变桨电机202运行。

下面介绍本实用新型具体实施例中第一位置传感器203和第二位置传感器204的冗余控制方法：

如图5所示，第一变桨控制器207采集第一位置传感器203所测的角度值，第二变桨控制器208采集第二位置传感器204所测的角度值，同时，第一变桨控制器207和第二变桨控制器208之间通过通讯总线实现第一位置传感器203和第二位置传感器204的数据交互，从而实现第一位置传感器203和第二位置传感器204的冗余运行。

具体实施时，当第一位置传感器203发生故障后，第一变桨控制器207直接给第二变桨控制器208发送指令，直接切换到第二位置传感器204所测的角度值，实现了第一位置传感器203故障的冗余运行。

具体控制方法为：第一变桨控制器207和第二变桨控制器208同步采集第一位置传感器203和第二位置传感器204的角度值，并进行角度值对比，当第一位置传感器203所测的角度值为0，而第二位置传感器204所测的角度值不为0时；或，第一位置传感器203所测的角度值发生较大跳变，而第二位置传感器204所测的角度值未发生跳变；或，第一位置传感器203所测的角度值不再变化，而第二位置传感器204所测的角度值在正常变化，则第一变桨控制器207根据第二位置传感器204所测的角度值，对第一变桨电机201继续执行控制命令，使变桨系统冗余运行而不触发故障。

下面介绍本实用新型具体实施例中第一驱动模块205和第二驱动模块206的冗余控制方法：

如图5所示，第一变桨控制器207与第一驱动模块205通信，采集第一驱动模块205的状态信息；第二变桨控制器208与第二驱动模块206通信，采集第二驱动模块206的状态信息；当第一驱动模块205出现故障或异常时，第一子变桨系统21直接切换到第二子变桨系统22，第二变桨控制器208控制第二驱动模块206驱动第二变桨电机202转动保证叶片正常变桨功能。

下面介绍本实用新型具体实施例中第一变桨电机201和第二变桨电机202的冗余控制方法：

如图5所示，当第一变桨控制器207检测到第一变桨电机201发生故障后，第一变桨控制器207对第一驱动模块205发出软件复位信号，第一变桨电机201为跟随传动没有输出；同时切换第二驱动模块206开始工作以驱动第二变桨电机202运行，实现了第一变桨电机201和第二变桨电机202的切换，且在保证风力发电机组的安全下，使变桨系统不触发故障、不停机，提高了变桨系统可靠性，同时确保风力发电机组故障时叶片能够正常收桨，提高变桨系统安全性。

本实用新型具体实施例中第一变桨电机201和第一驱动模块205异常时，这两个器件是联动的，任何一个异常时均需要同时切换两个器件，如：第一变桨电机201异常时，需要同时切换到第二驱动模块206和第二变桨电机202；第一驱动模块205异常时，需要同时切换到第二驱动模块206和第二变桨电机202。

下面介绍本实用新型具体实施例中第一变桨控制器207和第二变桨控制器208的冗余控制方法：

如图5所示，当第一变桨控制器207故障时，直接切换到第二变桨控制器208，同时，变桨故障信息反馈给主控控制器112，因为第一变桨控制器207故障安全等级较高，因此，在切换到第二变桨控制器208的同时，主控控制器112进行安全链停机控制，安全链停机的具体控制方法与现有技术相同，这里不再赘述。

本实用新型具体实施例中第一子变桨系统和第二子变桨系统之间通过通讯总线进行相互之间的数据交互传输，第一子变桨系统包括的第一驱动模块、第一变桨电机、第一变桨控制器和第一位置传感器的信息数据均可以和每一第二子变桨系统包括的第二驱动模块、第二变桨电机、第二变桨控制器和第二位置传感器的信息数据之间进行交互传输，即本实用新型具体实施例提供的变桨系统中的所有信息数据均进行共享，实现了多套子变桨系统之间多器件冗余控制。

基于同一实用新型构思，本实用新型具体实施例还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括本实用新型具体实施例提供的上述变桨系统。

综上所述，本实用新型具体实施例提供的变桨系统具有如下有益效果：

第一、当第一子变桨系统故障或异常时，能够直接切换到第二子变桨系统，通过第二子变桨系统实现变桨功能，增强变桨系统安全性和可靠性。

第二、实现了变桨系统包括的多个器件的冗余功能，可减少风力发电机组的故障率和停机时间。

第三、当风力发电机组叶片载荷超过第一子变桨系统驱动能力时，至少一第二子变桨系统同时驱动叶片，加强了变桨系统的负载驱动能力，同时很好的实现了变桨功能。

第四、第一子变桨系统和第二子变桨系统之间通过通信方式进行数据传输，实现多器件数据信息和控制信息的交互控制，本实用新型实施例变桨系统包括的各部件之间通过通讯和硬件电气连接进行切换和控制功能，不需要设置切换开关。

第五、能够满足海上或高可靠性要求的恶劣、复杂环境。

第六、变桨系统同步采集对比多个位置传感器测的角度值，当角度值不再变化且不为零时，而变桨控制器下发的速度命令不为零时，且第一变桨电机电流值不为过载电流值时，可以确认第一驱动模块或第一变桨电机发生异常，因此不需要有延时时间；同时，由于本实用新型具体实施例的变桨系统不需要设置切换开关(如接触器)，没有开关吸合时间的延时，所以第一驱动模块或第一变桨电机发生异常时，第二变桨电机的启动时间很短，不会造成三个叶片的角度偏差值过大。

第七、与现有技术相比，本实用新型具体实施例的位置传感器和变桨电机的同步控制运行方法，不影响位置传感器冗余运行和变桨电机冗余运行的控制方法。

第八、与现有技术相比，本实用新型具体实施例的位置传感器和变桨电机的同步控制运行方法，不会由于变桨电机转矩值波动导致控制的不稳定。

第九、与现有技术相比，本实用新型具体实施例的位置传感器和变桨电机的同步控制运行方法，当第一变桨电机的转速发生变化时，由于第一位置传感器所测角度与叶片的角度值之间的传动比较大，也就是需除以的倍数较大，所以第一变桨电机的转速的波动，对速度值的影响比较小，其同步控制精度很高。

第十、与现有技术相比，本实用新型具体实施例第一变桨电机的速度涵盖了启动加速、停止减速的全过程，所以在第一变桨电机启动、停止的过程中，也能实现变桨电机的同步控制。

第十一、本实用新型具体实施例第一子变桨系统和至少一第二子变桨系统的设置，实现了多个驱动模块之间的切换和同步变桨功能，合理分配驱动能力或载荷，能够节约变桨消耗能量(包含电网供电和后备电源储能)，实现变桨系统节能，节约生产成本。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种变桨系统，其特征在于，包括：第一子变桨系统(21)和至少一第二子变桨系统(22)；

所述第一子变桨系统(21)和每一所述第二子变桨系统(22)电连接；

所述第一子变桨系统(21)包括依次连接的第一驱动模块(205)和第一变桨电机(201)；

每一所述第二子变桨系统(22)包括依次连接的第二驱动模块(206)和第二变桨电机(202)；

所述变桨系统包括集中控制器，与第一驱动模块(205)和第二驱动模块(206)电连接；或者，所述第一子变桨系统(21)包括与第一驱动模块(205)连接的第一变桨控制器(207)，所述第二子变桨系统(22)包括与第二驱动模块(206)连接的第二变桨控制器(208)；当所述第一子变桨系统(21)故障时，至少一所述第二子变桨系统(22)工作；

当叶片载荷超过所述第一子变桨系统(21)的驱动能力时，至少一所述第二子变桨系统(22)用于与所述第一子变桨系统(21)共同工作。

2.根据权利要求1所述的变桨系统，其特征在于，所述第一变桨控制器(207)和所述第二变桨控制器(208)集成为一体；

或，所述第一变桨控制器(207)和所述第二变桨控制器(208)设置在不同位置处。

3.根据权利要求2所述的变桨系统，其特征在于，所述第一子变桨系统(21)还包括用于感测第一变桨电机(201)转动位置的第一位置传感器(203)，每一所述第二子变桨系统(22)还包括用于感测第二变桨电机(202)转动位置的第二位置传感器(204)；

所述第一位置传感器(203)与所述第一变桨电机(201)、所述第一驱动模块(205)和所述第一变桨控制器(207)电连接；

所述第二位置传感器(204)与所述第二变桨电机(202)、所述第二驱动模块(206)和所述第二变桨控制器(208)电连接。

4.根据权利要求3所述的变桨系统，其特征在于，所述第一变桨控制器(207)、所述第一驱动模块(205)、所述第一变桨电机(201)和所述第一位置传感器(203)整合安装在同一柜体中。

5.根据权利要求4所述的变桨系统，其特征在于，所述第二变桨控制器(208)、所述第二驱动模块(206)、所述第二变桨电机(202)和所述第二位置传感器(204)整合安装在同一柜体中。

6.根据权利要求5所述的变桨系统，其特征在于，所述第一变桨电机(201)和所述第二变桨电机(202)安装在同一柜体中。

7.根据权利要求6所述的变桨系统，其特征在于，所述第一位置传感器(203)设置在所述第一变桨电机(201)内部；所述第二位置传感器(204)设置在所述第二变桨电机(202)内部。

8.根据权利要求7所述的变桨系统，其特征在于，所述第一驱动模块(205)设置在所述变桨系统的变桨柜内；所述第二驱动模块(206)设置在所述变桨柜内。

9.根据权利要求1-8任一项所述的变桨系统，其特征在于，所述第一变桨控制器(207)与第二变桨控制器(208)通过通讯总线连接。

10.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的变桨系统。