CN208900281U - 一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于风力发电机组技术领域，具体涉及一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统。由于在电机启动时，对电机电流进行分阶段限制，因此可以很好对电机在启动过程中的峰值电流进行控制，从而减小加载到轴承齿面的峰值力矩，同时主驱动器直接对从驱动器电流给定，主从驱动的电流响应几乎一致，保证加载到轴承齿面的力矩一致；双驱控制可以对载荷平均分配，使得单个驱动器的出力更小，进而可以减小加载到轴承齿面的疲劳载荷，延长变桨轴承寿命；双驱控制主要在电流响应时设置专门的限流及同步控制，通常在us级，对系统位置响应时间几乎无影响，双驱变桨技术具有与单驱动变桨相当的响应时间，可达到120ms，也可以实现独立变桨的控制功能。

Description

一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统

技术领域

本实用新型属于风力发电机组技术领域，具体涉及一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统。

背景技术

能源是社会经济和人类生活的主要物质基础，是社会发展的动力。然而，作为世界能源主要支柱的石油、煤炭、天然气等不可再生的能源的储量日趋减少，世界各个国家都在发展风力发电，风力发电作为新能源，已经形成了成熟的规模。

风力发电机组是将风能转换成电能的设备。在风力发电过程中，风带动风力发电机组的桨叶转动，从而带动风力发电机组中风力发电机转动并产生电能。风速越大，风力发电机的转速越快。为了保证风力发电机的转速稳定，需要根据风速调节桨叶的桨距角，即进行变桨。

现阶段中，利用单个电机输出动力来驱动变桨轴承转动，实现变桨功能。具体的，单个电机连接有减速器，减速器和变桨轴承分别与传动装置传动连接，从而使得单个电机输出的动力通过减速器传递到传动装置上，在通过传动装置带动变桨轴承转动，从而实现变桨功能。但是，在风场的实际工况中，变桨系统带动叶片变桨角度范围大部分位于0-20°区间，因此，变桨轴承大部分时间只有几个齿进行载荷传递，这对变桨轴承轮齿的受力非常不利，容易造成轴承轮齿的疲劳损坏，近几年，国内风电市场也多次出现过该种事故。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统，可以减小变桨轴承齿面的极限受力和疲劳受力，提高变桨轴承的疲劳寿命，解决现有变桨控制系统对变桨轴承的损伤。

本专利解决上述技术问题的技术方案如下：一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统，包括两条电机控制链路和变桨轴承，电机控制链路和变桨轴承，两条电机控制链路均连接所述变桨轴承，两条电机控制链路同时驱动所述变桨轴承运动。

进一步地，所述电机控制链路包括顺次连接的位置控制器、速度控制器、电流控制器、驱动器、驱动电机和减速箱，所述驱动电机还分别与所述位置控制器和速度控制器连接，所述位置控制器用于通过测量驱动电机机轴的转角间接测量所述变桨轴承的桨叶节距的实际角度；所述速度控制器用于接收所述位置控制器输出的速度指令信号以及所述驱动电机发出的实际转速，通过比较发出电磁转矩指令值；所述电流控制器用于接收所述速度控制器发出的电磁转矩指令值控制电流响应到额定值，所述驱动器用于通过接收所述电流控制器的电流值从而驱动所述驱动电机的输出扭矩，所述减速箱用于在所述驱动电机的带动下，驱动所述变桨轴承转动。

进一步地，所述两条电机控制链路中的其中一个驱动电机为主驱动电机，另外一个驱动电机为从驱动电机，所述主驱动电机对应的驱动器与所述从驱动电机对应的驱动器相连接。

进一步地，所述主驱动电机对应的电流控制器为主电流控制器，所述从驱动电机对应的电流控制器为从电流控制器。

进一步地，所述主驱动电机还与所述主电流控制器连接，所述主电流控制器与所述从电流控制器连接。

本专利的有益效果是：

1、由于在电机启动时，对电机电流进行分阶段限制，因此可以很好对电机在启动过程中的峰值电流进行控制，从而减小加载到轴承齿面的峰值力矩，同时主驱动器直接对从驱动器电流给定，主从驱动的电流响应几乎一致，从而保证加载到轴承齿面的力矩一致；

2、双驱控制可以对载荷平均分配，从而使得单个驱动器的出力更小，进而可以减小加载到轴承齿面的疲劳载荷，大大延长变桨轴承寿命；

3、变桨系统的控制性能主要由位置响应时间决定，一般在ms级，而双驱控制主要在电流响应时设置专门的限流及同步控制，通常在us级，对系统位置响应时间几乎没有影响，双驱变桨技术具有与单驱动变桨相当的响应时间，可达到120ms，也可以实现独立变桨的控制功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型具体实施例所述的一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统的结构框图；

图2为本实用新型具体实施例2的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

包括两条电机控制链路和变桨轴承，所述电机控制链路包括顺次连接的位置控制器、速度控制器、电流控制器、驱动器、驱动电机和减速箱，所述驱动电机还分别与所述位置控制器和速度控制器连接，所述位置控制器用于通过测量驱动电机机轴的转角间接测量所述变桨轴承的桨叶节距的实际角度；所述速度控制器用于接收所述位置控制器输出的速度指令信号以及所述驱动电机发出的实际转速，通过比较发出电磁转矩指令值；所述电流控制器用于接收所述速度控制器发出的电磁转矩指令值控制电流响应到额定值，所述驱动器用于通过接收所述电流控制器的电流值从而驱动所述驱动电机的输出扭矩，所述减速箱用于在所述驱动电机的带动下，驱动所述变桨轴承转动。

独立变桨控制(单驱动变桨)：任一驱动器接收到变桨命令后，发送指令给驱动电机，驱动电机发送指令给减速箱，进而驱动变桨轴承，在此过程中，驱动电机发送指令给位置控制器以及速度控制器，速度控制器同时接收位置控制器的指令，然后速度控制器发送信号给电流控制器，电流控制器发送信号给驱动器，驱动器控制驱动电机的输出扭矩。

变桨轴承进行变桨所需的扭矩能够从两个驱动电机得到，由两个驱动电机带动减速箱共同向变桨轴承提供进行变桨所需的扭矩。从而使得每个减速箱的负载都比较小，避免减速箱负载过大的情况。需要说明的是，在两个驱动电机和减速箱中，两个驱动电机能够提供的输出扭矩之和大于或等于变桨轴承进行变桨所需的驱动扭矩。

可以将一个电机以及与该电机对应的减速箱看作一条变桨传动链路。本实施例中的风力发电机组变桨双电机驱动控制系统包括两条变桨传动链路，变桨传动链路中的驱动电机还发送信号给位置控制器和速度控制器，速度控制器同时接收位置控制器的信号，用于传送信号给电流控制器，电流控制器用于发送信号给驱动器，两条变桨传动链路相对独立，因此，当风力发电机组变桨双电机驱动控制系统中的任意一条变桨传动链路出现故障时，另外的变桨传动链路并不受到影响，可以继续正常工作。风力发电机组可以利用未发生故障的变桨传动链路带动变桨轴承进行变桨，提高了风力发电机组的运行可靠性。

实施例2

包括两条电机控制链路和变桨轴承，所述电机控制链路包括顺次连接的位置控制器、速度控制器、电流控制器、驱动器、驱动电机和减速箱，所述驱动电机还分别与所述位置控制器和速度控制器连接，所述位置控制器用于通过测量驱动电机机轴的转角间接测量所述变桨轴承的桨叶节距的实际角度；所述速度控制器用于接收所述位置控制器输出的速度指令信号以及所述驱动电机发出的实际转速，通过比较发出电磁转矩指令值；所述电流控制器用于接收所述速度控制器发出的电磁转矩指令值控制电流响应到额定值，所述驱动器用于通过接收所述电流控制器的电流值从而驱动所述驱动电机的输出扭矩，所述减速箱用于在所述驱动电机的带动下，驱动所述变桨轴承转动，可以将两个驱动电机中的一个电机作为主驱动电机，另外一个驱动电机作为从驱动电机，主电机对应的驱动器与从电机对应的驱动器相连接。比如，如图1所示，将下面的驱动电机作为主驱动电机，对应的则是控制主驱动电机的驱动器，另外一个驱动电机作为从驱动电机，对应的是控制从驱动电机的驱动器。主驱动电机对应的驱动器可被配置为向从驱动电机对应的驱动器发送控制指令，从驱动电机对应的驱动器可被配置为根据控制指令，控制从驱动电机的输出扭矩，主驱动电机对应的驱动器可以集成有指令收发的功能，可以通过各种指令对从驱动电机对应的驱动器进行控制，便于控制。具体的，主驱动电机对应的驱动器可以通过总线与从驱动电机对应的驱动器进行通讯，比如主驱动电机对应的驱动器通过总线向从驱动电机对应的驱动器发送控制指令。

所述两条电机控制链路中的其中一个驱动电机为主驱动电机，另外一个驱动电机为从驱动电机，所述主驱动电机对应的驱动器与所述从驱动电机对应的驱动器相连接，所述主驱动电机对应的电流控制器为主电流控制器，所述从驱动电机对应的电流控制器为从电流控制器。

进一步地，所述主驱动电机还与所述主电流控制器连接，所述主电流控制器与所述从电流控制器连接，实现主驱动器直接对从驱动器的电流给定，主从驱动的电流响应几乎一致，从而保证加载到轴承齿面的力矩一致。

在设置了主驱动电机和从驱动电机的场景中，如图2所示，具体的工作流程为：在主驱动器接收到变桨命令后，同时将命令传输给从驱动器，在主从驱动器接收到变桨命令后判断相应的驱动变桨电机的刹车状态，直到状态为开时，进行变桨系统电流环PI的调节，该阶段电流限制在额定电流幅度，以此两个变桨电机不会出现峰值电流，峰值力矩，更好的保护变桨轴承齿面；当主从电机均达到电流额定值时，主驱动器继续进行电流环的响应，同时将电流时时给到从驱动器，从驱动器也进行电流环的响应，这样两个电机电流环同时同步响应，避免了电机单独响应时电流过大，同时也很好的保证了主从电机电流响应的一致性，不会出现单电机较大峰值，保护轴承轮齿的同时，使得运行更加平稳。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统，其特征在于：包括两条电机控制链路和变桨轴承，两条电机控制链路均连接所述变桨轴承，两条电机控制链路同时驱动所述变桨轴承运动。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统，其特征在于：所述电机控制链路包括顺次连接的位置控制器、速度控制器、电流控制器、驱动器、驱动电机和减速箱，所述驱动电机还分别与所述位置控制器和速度控制器连接，所述位置控制器用于通过测量驱动电机机轴的转角间接测量所述变桨轴承的桨叶节距的实际角度；所述速度控制器用于接收所述位置控制器输出的速度指令信号以及所述驱动电机发出的实际转速，通过比较发出电磁转矩指令值；所述电流控制器用于接收所述速度控制器发出的电磁转矩指令值控制电流响应到额定值，所述驱动器用于通过接收所述电流控制器的电流值从而驱动所述驱动电机的输出扭矩，所述减速箱用于在所述驱动电机的带动下，驱动所述变桨轴承转动。

3.根据权利要求2所述的一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统，其特征在于：所述两条电机控制链路中的其中一个驱动电机为主驱动电机，另外一个驱动电机为从驱动电机，所述主驱动电机对应的驱动器与所述从驱动电机对应的驱动器相连接。

4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统，其特征在于：所述主驱动电机对应的电流控制器为主电流控制器，所述从驱动电机对应的电流控制器为从电流控制器。

5.根据权利要求4所述的一种风力发电机组变桨双电机驱动控制系统，其特征在于：所述主驱动电机还与所述主电流控制器连接，所述主电流控制器与所述从电流控制器连接。