CN208718824U - 一种潮流能发电机组变桨控制装置 - Google Patents

Abstract

一种潮流能发电机组变桨控制装置，其包括至少两个并联的变桨控制单元。每一个变桨控制单元相互独立地控制对应的永磁同步电机和与永磁同步电机相连的桨叶的变桨动作。变桨控制单元中设置有电抗器、变桨控制驱动器和超级电容组，电抗器的出线与变桨控制驱动器的电源端相连，超级电容组与变桨控制驱动器的电容端口相连。变桨控制单元以能通信的方式连接到潮流能发电机组的以太网络。该变桨控制装置结构上高度集成紧凑，无需升出水面即可进行远程维护，能够控制实现0°～90°和180°～270°的大范围变桨动作，使得潮流能发电机组在涨潮和落潮时均可进行发电，各个变桨控制单元各自独立地控制对应桨叶的变桨动作，能够减少塔影效应的影响。

Description

一种潮流能发电机组变桨控制装置

技术领域

本发明属于海洋潮流能发电技术领域，具体涉及一种潮流能发电机组变桨控制装置。

背景技术

海洋潮流能资源是可再生清洁能源之一，我国沿岸海岛附近蕴藏丰富。潮流能的主要利用方式是发电。水平轴式的潮流能发电系统具有明显的优势且技术日渐成熟，正在朝产业化的方向迈进。然而，水平轴式潮流能发电机组的发电功率通常较小，且为定桨距系统。随着潮流能发电机组的装机容量从小到大，小桨叶向大桨叶逐渐发展，定桨距系统已经很难满足潮流能发电机组的控制要求。

此外，潮流能发电机组平时在水下运行，水平轴机组不能偏航。由于其特殊性，若发生不可复位故障，需要将发电机组升出水面拆开密封盖后进行维修、维护，维护完后对端盖进行密封后才能再次下水。

目前，潮流能发电机组轮毂空间较小，应用于水平轴潮流能发电机组的变桨机构仅有液压型变桨系统，存在以下问题：(1)液压油的管路容易发生泄漏；(2)不能远程进行维护；(3) 液压系统由于受液压油黏温特性的影响，对环境温度的要求比较高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种可靠性高、体积小且可以通过远程进行简易维护的潮流能发电机组变桨控制装置。

所述潮流能发电机组变桨控制装置包括至少两个并联的变桨控制单元。每一个所述变桨控制单元相互独立地控制对应的永磁同步电机和与所述永磁同步电机相连的桨叶的变桨动作。其中，每个所述变桨控制单元中设置有电抗器、变桨控制驱动器和超级电容组，所述电抗器的出线与所述变桨控制驱动器的电源端相连，所述超级电容组与所述变桨控制驱动器的电容端口相连。其中一个所述变桨控制单元中设置有以太网交换机，其他的所述变桨控制单元以能通信的方式连接到所述以太网交换机。

优选地，所述变桨控制驱动器包括功率模块和控制模块，所述功率模块的驱动输出端口与所述永磁同步电机相连，所述控制模块集成有驱动控制器和PLC控制器。所述控制模块设有用于连接所述潮流能发电机组的主控装置的CANopen接口和用于连接所述潮流能发电机组的以太网络的以太网接口。

优选地，所述变桨控制单元的所述电抗器的进线用于与所述潮流能发电机组上滑环的 400V电源通道相连，所述电抗器的出线与所述变桨控制驱动器的所述功率模块的电源端相连。所述超级电容组与所述变桨控制驱动器的所述功率模块的电容端口相连。

优选地，其中一个所述变桨控制单元的所述CANopen接口用于经由所述潮流能发电机组的滑环上的CANopen信号通道连接到所述潮流能发电机组的主控装置，其他的所述变桨控制单元的所述CANopen接口并联在CANopen总线上。

优选地，所述永磁同步电机通过减速器与所述桨叶相连，所述永磁同步电机包括用于记录所述桨叶的位置的旋转变压器和用于在必要时限制所述永磁同步电机旋转的制动器，所述旋转变压器和所述制动器均以可通信的方式连接到所述控制模块。

优选地，在每个所述变桨控制单元外部设置用于测量桨叶轴承处泄漏压力的压力传感器，所述压力传感器连接到所述PLC控制器的AI端口。

优选地，还设置有与所述滑环的400V电源通道相连的电源防浪涌保护器，所述电源防浪涌保护器与所述电抗器并联。

优选地，所述潮流能发电机组变桨控制装置还包括在各个所述变桨控制单元的外部分别设置的两个接近开关，所述两个接近开关中的一个设置在所述潮流能发电机组轮毂桨叶法兰的12°位置，另一个设置在所述潮流能发电机组轮毂桨叶法兰的192°位置，所述少两个接近开关连接到所述控制模块的所述PLC控制器的DI端口。

优选地，所述潮流能发电机组变桨控制装置还包括在每个所述变桨控制单元外部分别设置的两个限位开关，所述两个限位开关中的一个设置在所述潮流能发电机组轮毂桨叶法兰的 92°位置，另一个设置在所述潮流能发电机组轮毂桨叶法兰的272°位置，所述两个限位开关连接到所述控制模块的所述PLC控制器的DI端口。

本实用新型的变桨控制装置在结构上具有高度集成紧凑的特点，可以在不升出水面的情况下进行控制程序升级、故障诊断与复位等远程维护，从而避免由于发电机组升出水面等原因导致的大量工作量和故障停机时间。该变桨控制装置能够控制潮流能发电机组实现0°～90°和180°～270°的大范围变桨动作，使得潮流能发电机组在涨潮和落潮时均可进行发电。此外，变桨控制装置中的各个变桨控制单元以并联方式布置，各自独立地控制对应桨叶的变桨动作，从而能够减少塔影效应的影响。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的潮流能发电机组变桨控制装置的结构示意图。

图2是图1的变桨控制装置中的永磁同步电机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。附图和具体实施方式仅用于说明本实用新型，并不用来限制本实用新型和权利要求的范围。

图1示出了本实用新型具体实施方式中的潮流能发电机组变桨控制装置的结构示意图，其中具体示出了并联的两个变桨控制单元A、B，可以用于对两桨叶的潮流能发电机组的变桨距操作进行控制。

变桨控制单元A、B相互独立地控制各自对应的永磁同步电机8，各自分别接收来自潮流能发电机组主控装置(下文简称为发电机组主控装置)的指令并根据指令执行相应的操作。发电机组主控装置可以是任何能与变桨控制系统进行通信的装置或设备，例如，计算机。

虽然图1中具体示出了两个变桨控制单元，但是在实践中，变桨控制单元的数量并不限于两个，可以是多于两个。各个变桨控制单元的结构组成大体相同。下面将结合图1，以变桨控制单元A为例对变桨控制单元的结构进行详细说明。

变桨控制单元A中安装有电抗器A1、变桨控制驱动器A2以及超级电容组A3。电抗器A1的进线与潮流能发电机组上滑环1的400V电源通道相连。变桨控制驱动器A2包括功率模块A21和控制模块A22。电抗器A1的出线与功率模块A21的电源端相连。超级电容组A3 与功率模块A21的电容端口相连。变桨控制驱动器A2可以通过控制超级电容组从DC430V 到DC450V之间的充放电，计算超级电容组A3的实时容量。

功率模块A21的驱动输出端口与永磁同步电机8相连。永磁同步电机8通过减速器(未示出)连接桨叶轴承来控制桨叶角度。如图2所示，永磁同步电机8包括旋转变压器81和制动器82，可选地包括编码器(未示出)，其中制动器82位于永磁同步电机8的前端，旋转变压器81或编码器位于永磁同步电机8的后端。旋转变压器81或编码器与控制模块A22的编码器接口相连，制动器82与控制模块A22的制动器接口相连。

控制模块A22从发电机组主控装置接收指令，然后基于所接收到的指令对功率模块A21 进行控制以驱动永磁同步电机8的运动。永磁同步电机8通过减速器(未示出)带动所连接着的桨叶转动，从而实现变桨操作。旋转变压器81记录桨叶的相对位置，制动器82能在桨叶处于安全位置或失电等情况下将永磁同步电机8固定住，限制其旋转。旋转变压器81和制动器82可以集成于永磁同步电机8内。

功率模块A21集成有交流永磁同步电机驱动系统、开关电源和超级电容充电器。

控制模块A22集成有驱动控制器和PLC系统。控制模块A22设置有CANopen接口，该CANopen接口经由滑环1的CANopen信号通道连接到发电机组主控装置，以便从发电机组主控装置接收指令。CANopen防浪涌保护器A4经由CANopen接口连接到变桨控制单元A的控制模块A22，另一方面经由滑环1的CANopen信号通道连接到发电机组主控装置。

图1示出了以太网交换机A6安装在变桨控制单元A中，变桨控制单元B以能通信的方式例如通过网线连接到以太网交换机A6。以太网交换机A6的一个网络接口经滑环1的网络信号通道连接到发电机组以太网络。以太网交换机A6也可以安装在变桨控制单元B中，变桨控制单元A以能通信的方式例如通过网线连接到以太网交换机A6。也就是说，只需在其中一个变桨控制单元中安装以太网交换机，其他的变桨控制单元以能通信的方式连接到该以太网交换机。

为了增强变桨控制装置工作时的稳定性和可靠性，设置连接到以太网交换机A6的网络防浪涌保护器A5。为了使整个变桨控制装置的结构更加紧凑，网络防浪涌保护器A5的设置位置可以与以太网交换机A6的位置保持一致。图1示出了以太网交换机A6位于变桨控制单元 A中，网络防浪涌保护器A5相应地也位于变桨控制单元A中。该网络防浪涌保护器A5经由滑环1的网络信号通道接连到发电机组以太网络。变桨控制单元A、B的变桨控制驱动器A2 的控制模块A22上设置有以太网接口，各个以太网接口能分别连接到以太网交换机6。

以太网络连接线优选采用四芯网线，以便节省滑环1的滑道。

在变桨控制单元A的外部设置有压力传感器90。变桨控制单元A的控制模块A22包括 PLC控制器(未图示)，压力传感器90连接到PLC控制器的AI端口。压力传感器90优选安装在桨叶轴承上，用于测量海水向轮毂内的泄漏压力，当测得的压力值大于预定值时指示轮毂漏水，发出漏水警报。

在变桨控制单元A的外部设置接近开关(图1中示出两个，分别标示为91、93)和限位开关(图1中示出两个，分别标示为92、94)。接近开关91、93和限位开关92、94分别连接到PLC控制器的DI端口。虽然图1示出了两个接近开关和两个限位开关，但是在实践中接近开关和限位开关的数量并不仅限于两个，可以多于两个。

优选地，接近开关91安装在轮毂桨叶法兰的12°位置，接近开关93安装在102°位置，用于校验桨叶位置的准确性。优选地，限位开关92安装在92°位置，限位开关94安装在272°位置，作为0°～90°运行时旋转变压器失效的安全停机位置。利用这样的结构，本实用新型的变桨控制装置可以控制执行0°～90°和180°～270°范围的变桨动作，使得潮流能发电机组在涨潮和落潮时均可进行发电。

变桨控制装置中还设置有电源防浪涌保护器A7，电源防浪涌保护器A7与电抗器A1并联，与电抗器A1的进线端相连。

相较于现有技术，本实用新型的变桨控制装置集成度高、结构紧凑，体积小；安全性、稳定性更好；并且可远程进行变桨控制装置控制程序升级、故障诊断、故障复位等操作。

以上具体实施方式和附图仅仅是用来例示，用于帮助更好地理解本实用新型的思想，而并非对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员可以在不脱离本实用新型精神的情况下对本实用新型进行变化。在不脱离本实用新型精神的前提下所作出的任何改进或变化都应当落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种潮流能发电机组变桨控制装置，包括至少两个并联的变桨控制单元，其特征在于：

每一个所述变桨控制单元相互独立地控制对应的永磁同步电机和与所述永磁同步电机相连的桨叶的变桨动作，

其中，每个所述变桨控制单元中设置有电抗器、变桨控制驱动器和超级电容组，所述电抗器的出线与所述变桨控制驱动器的电源端相连，所述超级电容组与所述变桨控制驱动器的电容端口相连，

其中一个所述变桨控制单元中设置有以太网交换机，其他的所述变桨控制单元以能通信的方式连接到所述以太网交换机。

2.如权利要求1所述的潮流能发电机组变桨控制装置，其特征在于：

所述变桨控制驱动器包括功率模块和控制模块，所述功率模块的驱动输出端口与所述永磁同步电机相连，所述控制模块集成有驱动控制器和PLC控制器，

所述控制模块设有用于连接所述潮流能发电机组的主控装置的CANopen接口和用于连接所述潮流能发电机组的以太网络的以太网接口。

3.如权利要求2所述的潮流能发电机组变桨控制装置，其特征在于，所述变桨控制单元的所述电抗器的进线用于与所述潮流能发电机组上滑环的400V电源通道相连，所述电抗器的出线与所述变桨控制驱动器的所述功率模块的电源端相连，

所述超级电容组与所述变桨控制驱动器的所述功率模块的电容端口相连。

4.如权利要求2所述的潮流能发电机组变桨控制装置，其特征在于：

其中一个所述变桨控制单元的所述CANopen接口用于经由所述潮流能发电机组的滑环上的CANopen信号通道连接到所述潮流能发电机组的主控装置，其他的所述变桨控制单元的所述CANopen接口并联在CANopen总线上。

5.根据权利要求2所述的潮流能发电机组变桨控制装置，其特征在于，所述永磁同步电机通过减速器与所述桨叶相连，所述永磁同步电机包括用于记录所述桨叶的位置的旋转变压器和用于在必要时限制所述永磁同步电机旋转的制动器，所述旋转变压器和所述制动器均以可通信的方式连接到所述控制模块。

6.如权利要求2所述的潮流能发电机组变桨控制装置，其特征在于：在每个所述变桨控制单元外部设置用于测量桨叶轴承处泄漏压力的压力传感器，所述压力传感器连接到所述PLC控制器的AI端口。

7.如权利要求3所述的潮流能发电机组变桨控制装置，其特征在于：还设置有与所述滑环的400V电源通道相连的电源防浪涌保护器，所述电源防浪涌保护器与所述电抗器并联。

8.如权利要求2所述的潮流能发电机组变桨控制装置，其特征在于：还包括在各个所述变桨控制单元的外部分别设置的两个接近开关，所述两个接近开关中的一个设置在所述潮流能发电机组轮毂桨叶法兰的12°位置，另一个设置在所述潮流能发电机组轮毂桨叶法兰的192°位置，所述少两个接近开关连接到所述控制模块的所述PLC控制器的DI端口。

9.如权利要求2所述的潮流能发电机组变桨控制装置，其特征在于：还包括在每个所述变桨控制单元外部分别设置的两个限位开关，所述两个限位开关中的一个设置在所述潮流能发电机组轮毂桨叶法兰的92°位置，另一个设置在所述潮流能发电机组轮毂桨叶法兰的272°位置，所述两个限位开关连接到所述控制模块的所述PLC控制器的DI端口。