CN211008954U - 一种控制风电变桨的冗余顺桨系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种控制风电变桨的冗余顺桨系统，包括轴柜，轴柜中设置有主电源、后备电源、驱动器、电机、编码器、控制器后备电源选择器，主电源和后备电源的输出端均与驱动器以及电机电源输入端连接；编码器连接控制器的信号输入端，控制器的信号输出端连接驱动器，驱动器连接电机的控制信号输入端，电机的输出端与桨叶的主动端连接，电机用于驱动桨叶；后备电源选择器为一种电路选择开关，有三路备选接口，第一接口连接本轴柜驱动器，第二接口连接下一轴柜驱动器，第三接口连接前一轴柜中的驱动器；在增加少量电路切换设备的基础上，将三套方案关键资源整合共享，能有助于风机桨叶在关键顺浆部件出现故障的情况下均实现顺浆动作。

Description

一种控制风电变桨的冗余顺桨系统

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种控制风电变桨的冗余顺桨系统。

背景技术

变桨系统在兆瓦级风力发电机组中起到气动安全停机的作用，如果变桨系统出现失效，无法顺桨的情况，可能导致风机出现飞车等安全事故。变桨系统在设计过程中，在安全性和可靠性方面已经有比较宽裕的设计裕量，但是一些关键的工作模块，如后备电源、驱动器等设备如果出现故障，还是可能导致风机一个或者多个叶片无法顺桨，造成一定的安全隐患。

风电变桨系统一般采用三轴柜式结构，分别控制风力发电机的三个桨叶。现有技术中，风电变桨系统的三个轴柜之间相互独立，每个轴柜内都有一套主电源、后备电源、驱动器、电机、编码器、控制系统及其他电气辅助设备。外部电源为变桨系统经过滑环的外部电源接入；主电源一般为整流单元；后备电源通过主电源进行充电，作用是当主电源失效时作为后备电源使用；驱动器作用是驱动电机带动桨叶转动，编码器的作用是记录并反馈桨叶位置信息。控制器的作用是对主电源、后备电源、驱动器、电机反馈的状态信息进行监视。

其中，当风力发电机出现故障需要停机时，三个变桨轴柜分别驱动三个桨叶进行顺桨工作，直至编码器反馈回本叶片的角度为85°至90°之间顺桨结束，才能实现安全停机。

当系统正常运行时，如图1所示，变桨系统的外部电源1经过滑环接入，一般为交流400V电源或交流220V电源；将外部电源整流为直流电源；后备电源一般为超级电容模组或蓄电池模组，其通过21进行充电，作用是当21电源失效时作为后备电源使用；驱动器用于驱动电机进行顺桨；电机执行顺浆动作。

由图1可知，当第一轴柜出现如下一种或者多种情况时，无法完成顺桨动作：轴柜中的主电源和后备电源失效、驱动器失效或电机失效。

实用新型内容

为了解决了现有技术中存在的问题，本实用新型公开了提供一种控制风电变桨的冗余顺桨系统，在变桨系统紧急顺桨过程中，如某个轴柜或者多个轴柜出现电源、驱动器或电机关键部件的失效，通过其他轴柜电源、驱动器或电机的共享使用，达到冗余顺桨的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一种控制风电变桨的冗余顺桨系统，包括三个轴柜，每一个轴柜中设置有主电源、后备电源、驱动器、电机、编码器、控制器、后备电源选择器以及伺服电机选择器，主电源和后备电源的输出端均与驱动器以及电机电源输入端连接；编码器设置在电机上，编码器的信号输出端连接控制器的信号输入端，控制器的信号输出端连接驱动器，驱动器连接电机的控制信号输入端，电机的输出端与桨叶的主动端连接；主电源和驱动器的电压监测端口均与控制器的信号输入端连接；每一个轴柜对应驱动一个桨叶；

后备电源选择器中有三路备选接口，第一接口连接本轴柜驱动器，第二接口连接下一轴柜驱动器，第三接口连接前一轴柜驱动器；后备电源选择器的信号输入端连接控制器的输出端；

伺服电机选择器中设置有三路备选接口，伺服电机选择器第一接口连接本轴柜电机，伺服电机选择器第二接口连接下一轴柜电机，伺服电机选择器第三接口连接前一轴柜电机；伺服电机选择器的控制信号输入端连接控制器的输出端。

主电源采用整流单元，将接入的外部电源整流为直流电源；后备电源采用超级电容模组或蓄电池模组，主电源的电力输出端还连接后备电源的电力输入端，主电源对后备电源充电。

后备电源选择器包括三个后备电源接触器，三个后备电源接触器分别作为后备电源选择器中的三路备选接口；伺服电机选择器包括三个伺服电机接触器，三个伺服电机接触器分别作为伺服电机选择器中的三路备选接口。

后备电源选择器的三个接触器的型号为ABB-A50接触器，伺服电机选择器的三个接触器的型号为ABB-AF300接触器。

主电源和后备电源的电压监测端口通过24V信号线与控制器的信号输入端连接。

控制器采用PLC控制器。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型所述冗余顺浆系统中，能够通过后备电源选择器和伺服电机选择器实现某一轴柜中的后备电源和其他轴柜中的后备电源共享，还能实现某一轴柜中的驱动器和其他轴柜中的驱动器共享，使得一个轴柜或者两个轴柜中的后备电源或者驱动器失效时也能够通过后备电源或/和驱动器共享来完成顺浆动作，使发电机顺利安全地执行停机，避免风机出现飞车事故，确保风电场的安全运行，同时也有利于电网的稳定。

进一步的，后备电源选择器和伺服电机选择器三路备选接口的均采用接触器来实现，不会明显增加安装成本以及安装空间。

附图说明

图1是背景技术中常规解决方案的说明图；

图2是本实用新型的一种后备电源共享方案1示意图；

图3是本实用新型的一种后备电源共享方案2示意图；

图4是本实用新型的一种驱动器共享方案1示意图；

图5是本实用新型的一种驱动器共享方案2示意图；

图6是本实用新型后备电源选择器和伺服电机选择器作为三路备选接口示意图。

1-外部电源，21-第一轴柜主电源，22-第二轴柜主电源，23-第三轴柜主电源，31-第一轴柜后备电源，32-第二轴柜后备电源，33-第三轴柜后备电源，41-第一轴柜驱动器，42-第二轴柜驱动器，43-第三轴柜驱动器，51-第一轴柜电机，52-第二轴柜电机，53-第三轴柜电机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细阐述。

参考图1～图6，一种控制风电变桨的冗余顺桨系统，包括轴柜，轴柜中设置有主电源、后备电源、驱动器、电机、编码器、控制器后备电源选择器，主电源和后备电源的输出端均与驱动器以及电机电源输入端连接；编码器连接控制器的信号输入端，控制器的信号输出端连接驱动器，驱动器连接电机的控制信号输入端，电机的输出端与桨叶的主动端连接，电机用于驱动桨叶；驱动器采用伺服驱动器，电机采用伺服电机。

编码器设置在桨叶主动端的齿轮处，

后备电源采用超级电容模组或蓄电池模组，后备电源的充电接口连接主电源的电力输出端口；

后备电源、主电源、电机、编码器均通过24V线路连接控制器的输入端；

轴柜包括第一轴柜、第二轴柜、第三轴柜，每个轴柜内均设置有一套主电源、后备电源、驱动器、电机、编码器、控制器、后备电源选择器、伺服电机选择器及电气辅助设备。如图6所示，其中，外部电源为变桨系统经过滑环的外部电源接入，采用交流400V电源或交流220V电源；主电源采用整流单元，将接入的外部电源整流为直流电源；后备电源采用超级电容模组或蓄电池模组，其通过主电源进行充电，作用是当主电源失效时作为后备电源使用；驱动器作用是驱动电机带动桨叶转动；编码器的作用是记录并反馈桨叶位置信息，控制器的作用是对主电源、后备电源、驱动器以及电机的状态信息进行监视。

后备电源选择器为一种电路选择开关，有三路备选接口，第一接口连接本轴柜伺服驱动器，第二接口连接下一轴柜伺服驱动器，第三接口连接前一轴柜伺服驱动器；

后备电源选择器的控制信号输入端连接控制器的输出端，正常情况下第一接口导通，在共享方案启动时通过后备电源选择器转换，选择第一接口或者第二接口导通；如图6所示，后备电源选择器为一种电路选择开关，有三路备选接口，第一接口连接本轴柜中的伺服驱动器，第二接口连接下一轴柜中的伺服驱动器，第三接口连接前一轴柜中的伺服驱动器。

伺服电机选择器中设置有三路备选接口，伺服电机选择器第一接口连接本轴柜电机，伺服电机选择器第二接口连接下一轴柜电机，伺服电机选择器第三接口连接前一轴柜电机；伺服电机选择器的控制信号输入端连接控制器的输出端；正常情况下伺服电机选择器第一接口导通，在共享方案中三路备选接口转换，伺服电机选择器第二接口或者伺服电机选择器第三接口导通。

如图1所示，对第一轴柜来说，下一轴柜指的是第二轴柜，前一轴柜指的是第三轴柜。对第二轴柜来说，下一轴柜指的是第三轴柜，前一轴柜指的是第一轴柜；对第三轴柜来说，下一轴柜指的是第一轴柜，前一轴柜指的是第二轴柜。

如图2所示，后备电源共享方案1，将第一轴柜、第二轴柜以及第三轴柜的后备电源选择器均选择为第二接口导通。

如图3所示，后备电源共享方案2，将第一轴柜、第二轴柜以及第三轴柜的后备电源选择器均选择为第三接口导通。

如图4所示，驱动器共享方案1，将第一轴柜、第二轴柜以及第三轴柜的伺服电机选择器均选择伺服电机选择器第二接口导通。

如图5所示，驱动器共享方案2，将第一轴柜、第二轴柜以及第三轴柜的伺服电机选择器均选择伺服电机选择器第三接口导通。

编码器安装在电机上，编码器的作用是记录并反馈桨叶位置信息，主电源、驱动器都是通过24V信号线向控制器反馈状态信号，如果有信号就正常，无信号就是故障，控制器对后备电源监视，后备电源通过电压监视值低于母线电压值或高于等于母线电压值反馈状态，电压监测端口与控制器输入端连接，控制器的作用是对主电源、后备电源、驱动器反馈的状态信息进行监视。

本实用新型的一种实施方式如图6所示,后备电源选择器能够用于切断当前轴柜内后备电源和伺服驱动器的连接，建立所述当前轴柜内后备电源与其前一轴柜或下一轴柜的伺服驱动器连接，伺服电机选择器切断当前轴内伺服驱动器和电机的连接，建立所述当前轴柜轴内伺服驱动器与其前一轴柜或下一轴柜内电机连接，后备电源选择器和伺服电机选择器由其轴柜内控制器进行控制。

本实用新型利用了变桨系统三轴柜间相互独立且相似的三套方案，在增加少量电路切换设备的基础上，将三套方案中的关键设备整合共享，起到良好的控制效果，类似的技术方案都在保护范围内。

Claims (6)

1.一种控制风电变桨的冗余顺桨系统，其特征在于，包括三个轴柜，每一个轴柜中设置有主电源、后备电源、驱动器、电机、编码器、控制器、后备电源选择器以及伺服电机选择器，主电源和后备电源的输出端均与驱动器以及电机电源输入端连接；编码器设置在电机上，编码器的信号输出端连接控制器的信号输入端，控制器的信号输出端连接驱动器，驱动器连接电机的控制信号输入端，电机的输出端与桨叶的主动端连接；主电源和驱动器的电压监测端口均与控制器的信号输入端连接；每一个轴柜对应驱动一个桨叶；

后备电源选择器中有三路备选接口，第一接口连接本轴柜驱动器，第二接口连接下一轴柜驱动器，第三接口连接前一轴柜驱动器；后备电源选择器的信号输入端连接控制器的输出端；

伺服电机选择器中设置有三路备选接口，伺服电机选择器第一接口连接本轴柜电机，伺服电机选择器第二接口连接下一轴柜电机，伺服电机选择器第三接口连接前一轴柜电机；伺服电机选择器的控制信号输入端连接控制器的输出端。

2.根据权利要求1所述的控制风电变桨的冗余顺桨系统，其特征在于，主电源采用整流单元，将接入的外部电源整流为直流电源；后备电源采用超级电容模组或蓄电池模组，主电源的电力输出端还连接后备电源的电力输入端，主电源对后备电源充电。

3.根据权利要求1所述的控制风电变桨的冗余顺桨系统，其特征在于，后备电源选择器包括三个后备电源接触器，三个后备电源接触器分别作为后备电源选择器中的三路备选接口；伺服电机选择器包括三个伺服电机接触器，三个伺服电机接触器分别作为伺服电机选择器中的三路备选接口。

4.根据权利要求3所述的控制风电变桨的冗余顺桨系统，其特征在于，后备电源选择器的三个接触器的型号为ABB-A50接触器，伺服电机选择器的三个接触器的型号为ABB-AF300接触器。

5.根据权利要求1所述的控制风电变桨的冗余顺桨系统，其特征在于，主电源和后备电源的电压监测端口通过24V信号线与控制器的信号输入端连接。

6.根据权利要求1所述的控制风电变桨的冗余顺桨系统，其特征在于，控制器采用PLC控制器。

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