專利名稱：一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)及方法，特別是關(guān)于一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳 的冗余控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
變槳系統(tǒng)是保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)整體安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在工作過程中 通過調(diào)節(jié)變槳系統(tǒng)的槳葉角度來進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。為了保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體安全， 必須在出現(xiàn)任何故障的情況下都要保證槳葉能夠可靠順槳和剎車制動(dòng)。順槳就是調(diào)
節(jié)槳葉向90度角的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，順槳失敗可能使風(fēng)機(jī)帶來齒輪 箱損毀甚至塔架倒塌等災(zāi)難性后果。
現(xiàn)有的變槳系統(tǒng)一般采用伺服電機(jī)進(jìn)行槳葉驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)對(duì)槳葉進(jìn)行伺服控 制。所謂伺服控制，是指對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)的有效控制，變槳系統(tǒng)中的伺服電機(jī)對(duì)槳葉 轉(zhuǎn)動(dòng)的速度、位置、加速度進(jìn)行控制，變槳系統(tǒng)中的伺服電機(jī)可以為交流伺服電機(jī) 或直流伺服電機(jī)。目前風(fēng)力發(fā)電中的變槳系統(tǒng)更多地采用直流伺服電機(jī)，直流伺服 電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于可以使變漿系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠順漿，當(dāng)出現(xiàn)主電源斷電故障時(shí)，由于直 流伺服電機(jī)采用備用直流電源供電，因此可將電機(jī)的電樞繞組接到備用電源進(jìn)行順 槳，無需其他變換設(shè)備，但是直流電機(jī)具有換向裝置的維護(hù)和可靠性不穩(wěn)定的問題。 而現(xiàn)有的交流電機(jī)方案在交流電源掉電時(shí)，必須通過電力電子逆變裝置才能獲取電 能以完成順槳，比直流方案多了一個(gè)逆變環(huán)節(jié)，從而降低了順槳的可靠度。
綜上所述，在風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)中，只要能提高交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在斷電故障下的 順槳可靠性，交流電機(jī)系統(tǒng)就能取代直流電機(jī)系統(tǒng)，最大程度地發(fā)揮交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的優(yōu)勢(shì)。如中國專利申請(qǐng)"變槳距控制裝置"(專利號(hào):200420002630.4)，介紹了 使用后備電源，使槳葉在電網(wǎng)失電等意外情況下可靠順槳，保證機(jī)組安全的方法， 但其并未考慮伺服控制器在發(fā)生故障時(shí)，無法完成順槳的情況。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可有效提高交流變槳電機(jī)的順槳可靠 性的用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制系統(tǒng)及方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控 制系統(tǒng)，其特征在于它包括第一套變漿系統(tǒng)、第二套變漿系統(tǒng)、第三套變漿系統(tǒng)、上位機(jī)和三相交流電源；所述上位機(jī)與所述第一套變槳系統(tǒng)、第二套變槳系統(tǒng)、第 三套變漿系統(tǒng)相連，所述三相交流電源輸入端連接所述第一套變漿系統(tǒng)、第二套變 漿系統(tǒng)和第三套變漿系統(tǒng)的交流電源輸入端;所述第一套變漿系統(tǒng)包括第一伺服控 制器、第一變槳電機(jī)、第一備用直流電源、第一主接觸器組和第一制動(dòng)裝置；所述 第二套變槳系統(tǒng)包括第二伺服控制器、第二變槳電機(jī)、第二備用直流電源、第二主 接觸器組和第二制動(dòng)裝置；所述第三套變槳系統(tǒng)包括第三伺服控制器、第三變槳電 機(jī)、第三備用直流電源、第三主接觸器組和第三制動(dòng)裝置；
所述第一伺服控制器的輸出端分別通過第一主接觸器組和第二聯(lián)絡(luò)接觸器組 與第一變槳電機(jī)的輸入端和第二變槳電機(jī)的輸入端相連，第二伺服控制器的輸出端 分別通過第二主接觸器組和第三聯(lián)絡(luò)接觸器組與第二變槳電機(jī)的輸入端和第三變 槳電機(jī)的輸入端相連，第三伺服控制器的輸出端分別通過第三主接觸器組和第一聯(lián) 絡(luò)接觸器組與第三變槳電機(jī)的輸入端和第一變槳電機(jī)的輸入端相連;所述第一備用 直流電源與第一伺服控制器上的直流電源輸入端相連，所述第二備用直流電源與第 二伺服控制器的直流電源輸入端相連，所述第三備用直流電源與第三伺服控制器的 直流電源輸入端相連;所述第一備用直流電源通過第二聯(lián)絡(luò)接觸器與第二伺服控制 器相連，所述第二備用直流電源通過第三聯(lián)絡(luò)接觸器與第三伺服控制器相連，所述 第三備用直流電源通過第一聯(lián)絡(luò)接觸器與第一伺服控制器相連；
所述上位機(jī)的信號(hào)輸入端連接各個(gè)所述伺服控制器的信號(hào)輸出端，所述上位機(jī) 的信號(hào)輸出端連接各個(gè)所述伺服控制器的信號(hào)輸入端，所述上位機(jī)的輸出制動(dòng)端口 分別連接各變槳電機(jī)內(nèi)部的制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組，各個(gè)制動(dòng)裝置電源分別取用 各自對(duì)應(yīng)的備用直流電源。
所述各備用直流電源和與其對(duì)應(yīng)的伺服控制器之間設(shè)置有箝位二極管。
所述各制動(dòng)裝置和與其對(duì)應(yīng)的備用直流電源輸入端之間設(shè)置可變電阻。
所述變槳電機(jī)可以為同步電機(jī)或者異步電機(jī)。
一種實(shí)現(xiàn)所述用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制系統(tǒng)的用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余 控制方法，其特征在于它包括三套變槳系統(tǒng)、上位機(jī)和三相交流電源，所述每套 變槳系統(tǒng)包括伺服控制器、變槳電機(jī)、備用直流電源、主接觸器組和制動(dòng)裝置；其 步驟包括
I)所述上位機(jī)中的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述三相交流電源是否掉電，若是，則執(zhí)行步驟 II，若否，則執(zhí)行步驟III;
n)所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)各變槳系統(tǒng)中的伺服控制器是否發(fā)生故障，若是，則執(zhí)行故
6障處理子程序，處理后結(jié)束監(jiān)測(cè)過程；若否，則執(zhí)行掉電處理子程序，處理后結(jié)束 監(jiān)測(cè)過程；
III)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)伺服控制器是否發(fā)生故障，若是，則執(zhí)行故障處理子程序，處 理后結(jié)束監(jiān)測(cè)過程；若否，則返回步驟I。 所述掉電處理子程序的步驟包括-
i) 所述上位機(jī)接通各變槳電機(jī)內(nèi)部的的制動(dòng)裝置；
ii) 所述上位機(jī)監(jiān)測(cè)來自各變槳電機(jī)限位開關(guān)的動(dòng)作信號(hào)。
iii) 若沒有監(jiān)測(cè)到來自限位開關(guān)的動(dòng)作信號(hào)，則返回步驟ii);否則，表明 順槳完成，斷開所述制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，斷開制動(dòng)裝置 的電源。
所述故障處理子程序的步驟包括
1) 斷開出現(xiàn)故障伺服控制器的主接觸器組，所述系統(tǒng)接通除所述故障伺服控 制器之外的兩個(gè)伺服控制器的制動(dòng)裝置的電源；
2) 制動(dòng)裝置開始工作后，所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述兩制動(dòng)裝置內(nèi)的限位開關(guān)是否轉(zhuǎn) 動(dòng)到預(yù)先設(shè)定的槳距角，若沒有轉(zhuǎn)到設(shè)定的槳距角，則返回步驟1);否則，則執(zhí) 行步驟3);
3) 斷開所述兩個(gè)伺服控制器的制動(dòng)裝置的電源，并斷開所述兩個(gè)伺服控制器 對(duì)應(yīng)的主接觸器組；
4) 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述三相交流電源是否掉電，若掉電，則執(zhí)行步驟5);否則，執(zhí) 行步驟6);
5) 則閉合所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的備用直流電源與所述兩個(gè)伺服控制器之 間的聯(lián)絡(luò)接觸器；
6) 然后接通所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)與其冗余伺服控制器之間的 聯(lián)絡(luò)接觸器組，接通所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)的制動(dòng)裝置的電源；
7) 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)的槳葉順槳，若監(jiān)測(cè)到限位
開關(guān)信號(hào)，則執(zhí)行步驟8)，否則返回步驟6);
8) 斷開所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)的動(dòng)裝置的電源，并斷開所述故
障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)與其冗余伺服控制器之間的聯(lián)絡(luò)接觸器組；
9) 閉合所述兩伺服控制器的主接觸器組。
所述限位開關(guān)可以為冗余限位開關(guān)，限位開關(guān)和冗余限位開關(guān)的槳距角設(shè)置在
[90'，100')之內(nèi)。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明利用伺服控制器 的冗余性，采用備用電源的冗余控制，在不增加伺服控制器數(shù)量的前提下，能夠保 證變槳系統(tǒng)在某個(gè)伺服控制器發(fā)生故障時(shí)能夠順利完成順槳過程，這樣在提高可靠 性的同時(shí)，也降低了電源的成本。2、本發(fā)明充分利用三個(gè)伺服控制器和備用直流 電源之間的相互關(guān)系，當(dāng)伺服控制器發(fā)生故障時(shí)，與其相連的變槳電機(jī)能擁有足夠 電源容量保證順槳完成。本發(fā)明在不增加系統(tǒng)裝置數(shù)量的情況下，既能使系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 相對(duì)簡(jiǎn)單又能保證造價(jià)低廉，可廣泛用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。


圖1是本發(fā)明冗余控制系統(tǒng)的電路原理示意圖 圖2是本發(fā)明冗余控制方法的流程圖 圖3是本發(fā)明冗余控制方法掉電處理流程圖 圖4是本發(fā)明上位機(jī)接口示意圖 圖5是本發(fā)明變槳電機(jī)內(nèi)部的制動(dòng)裝置示意圖 圖6是本發(fā)明冗余控制方法故障處理流程圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖l所示，本發(fā)明的風(fēng)電變槳冗余控制系統(tǒng)由三套變槳系統(tǒng)、上位機(jī)和三相 交流電源組成。上位機(jī)與三套變槳系統(tǒng)均相連，第一套變槳系統(tǒng)1包括第一伺服控 制器ll、第一變槳電機(jī)12、第一備用直流電源13、第一主接觸器組14和第一制 動(dòng)裝置15;第二套變槳系統(tǒng)2包括第二伺服控制器21、第二變槳電機(jī)22、第二備 用直流電源23、第二主接觸器組24和第二制動(dòng)裝置25;第三套變槳系統(tǒng)3包括第 三伺服控制器31、第三變槳電機(jī)32、第三備用直流電源33、第三主接觸器組34 和第三制動(dòng)裝置35。三相交流電源輸入端Zp A和^分別通過交流電源輸入端
丄,,、^和^連接第一伺服控制器11，三相交流電源輸入端A、丄2和4分別通過交流 電源輸入端丄21、丄22和丄23連接第二伺服控制器21，三相交流電源輸入端A、丄2和丄3分 別通過交流電源輸入端丄31、丄32和^連接第三伺服控制器31。
每套變槳系統(tǒng)的伺服控制器的輸出端通過主接觸器組與相應(yīng)的變槳電機(jī)相連 第一伺服控制器11的輸出端t/u、 ^和『u通過第一主接觸器組14與第一變槳電機(jī) 12的輸入端[/12、 ^和『12相連；第二伺服控制器21的輸出端[/21、 ^和『21通過第二 主接觸器組24與第二變槳電機(jī)22的輸入端[/22、 ^和『22相連；第三伺服控制器31 的輸出端A,、 &和『31通過第三主接觸器組34與第三變槳電機(jī)32的輸入端 [/32、 &和『32相連；這些連接主要用于變槳系統(tǒng)的正常工作。每套變槳系統(tǒng)的備用直流電源與各自對(duì)應(yīng)的伺服控制器相連:第一備用直流電 源13與第一伺服控制器11的直流電源輸入端UB,+和UB「相連；第二備用直流電源23與第二伺服控制器21的直流電源輸入端UB2+和UB2-相連；第三備用直流電源33 與第三伺服控制器31的直流電源輸入端UB3+和UB3-相連。這些連接是為保證當(dāng)交 流電源掉電時(shí)，提供備用直流電源完成槳葉順槳。各備用直流電源與其對(duì)應(yīng)的伺服 控制器之間設(shè)置有箝位二極管VD,和VD2，以此來保護(hù)備用直流電源，確保其單向 供電，并且當(dāng)三相交流電源掉電時(shí)，這些箝位二極管可以保證備用直流電源自動(dòng)接 入伺服控制器。每套變槳系統(tǒng)的伺服控制器的輸出端通過各自的聯(lián)絡(luò)接觸器組與相鄰的變槳電機(jī)的輸入端相連第一伺服控制器11的輸出端t/n、 ^和『u通過第一伺服控制器的聯(lián)絡(luò)接觸器組42與第二變槳電機(jī)22的輸入端[/22、 ^和『22連接；第二伺服控制 器21的輸出端^/21、 ^和『21通過第二伺服控制器的聯(lián)絡(luò)接觸器組43與第三變槳電 機(jī)32的輸入端^/32、 ^和『32連接；第三伺服控制器31的輸出端[/31、 ^和『31通過 第三伺服控制器的聯(lián)絡(luò)接觸器組41與變槳電機(jī)12的輸入端^/12、 ^和『12連接。這 些連接主要用于故障情況下的冗余控制，本發(fā)明的實(shí)施例中，第一伺服控制器11 是第二變槳電機(jī)22的冗余伺服控制器，所述第二伺服控制器21是第三變槳電機(jī) 32的冗余伺服控制器，所述第三伺服控制器31是第一變槳電機(jī)12的冗余伺服控 制器。每套變槳系統(tǒng)的備用直流電源通過聯(lián)絡(luò)接觸器還與相鄰的伺服控制器相連，第 一備用直流電源13通過聯(lián)絡(luò)接觸器Id與第三伺服控制器31的直流電源輸入端1183+ 和UB3-相連；第二備用直流電源23通過聯(lián)絡(luò)接觸器K2與第一伺服控制器11的直 流電源輸入端UB一和UB,-相連；第三備用直流電源33通過聯(lián)絡(luò)接觸器K3與第二伺 服控制器21的直流電源輸入端UB2+和UB2-相連。為了保護(hù)備用直流電源，確保其 單向供電，備用直流電源與伺服控制器之間設(shè)置有箝位二極管V"和VD4。這些連 接用于當(dāng)伺服控制器出現(xiàn)故障且交流電源掉電時(shí)，為了驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)故障的伺服控制器 對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)順槳，向變槳電機(jī)提供冗余伺服控制器和足夠的備用直流電源。如圖2所示，為實(shí)現(xiàn)在故障情況下變槳電機(jī)的可靠順槳，在系統(tǒng)啟動(dòng)后，上位 機(jī)執(zhí)行冗余控制方法監(jiān)測(cè)三相交流電源丄21、丄22和￡23是否掉電或者伺服控制器是否 出現(xiàn)故障，冗余控制方法步驟如下I) 上位機(jī)中的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)三相交流電源￡21、丄22和￡23是否掉電，若是，則執(zhí)行步驟II，若否，則執(zhí)行步驟ni。II) 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)第一伺服控制器11、第二伺服控制器21和第三伺服控制器31是否發(fā)生故障，若是，則執(zhí)行故障處理子程序，處理后結(jié)束監(jiān)測(cè)過程；若否，則執(zhí)行 掉電處理子程序，處理后結(jié)束監(jiān)測(cè)過程。III)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)伺服控制器是否發(fā)生故障，若是，則執(zhí)行故障處理子程序，處 理后結(jié)束監(jiān)測(cè)過程；若否，則返回步驟I。如圖3所示，無論三相交流電源丄21、丄^和^掉電還是伺服控制器出現(xiàn)故障， 系統(tǒng)均需要變槳電機(jī)的可靠順槳，即執(zhí)行掉電處理子程序和故障處理子程序。當(dāng)監(jiān) 測(cè)到三相交流電源掉電后，備用直流電源在硬件上自動(dòng)接入其對(duì)應(yīng)的伺服控制器， 同時(shí)系統(tǒng)軟件執(zhí)行掉電處理子程序，掉電處理子程序步驟如下i) 上位機(jī)接通第一變槳電機(jī)12、第二變槳電機(jī)22和第三變槳電機(jī)32內(nèi)部的 的第一制動(dòng)裝置15、第二制動(dòng)裝置25和第三制動(dòng)裝置35。ii) 上位機(jī)循環(huán)監(jiān)測(cè)來自各變槳電機(jī)限位開關(guān)的動(dòng)作信號(hào)，如當(dāng)槳距角在91?；?96°時(shí)，限位開關(guān)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。iii) 若沒有監(jiān)測(cè)到來自限位開關(guān)的動(dòng)作信號(hào)，則返回步驟ii);否則，表明 順槳完成，斷開制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TK，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，斷開制動(dòng)裝置 的電源。如圖4所示，上位機(jī)的輸入端口 L、 12、和13分別連接第一伺服控制器11、 第二伺服控制器21和第三伺服控制器31的信號(hào)輸出端；上位機(jī)的輸出端口 0i、 02、 和03分別連接第一伺服控制器11、第二伺服控制器21和第三伺服控制器31的信 號(hào)輸入端；上位機(jī)的輸出制動(dòng)端口 SId、 SK2和SK3分別控制第一制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接 觸器組Tld、第二制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TK2和第三制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TK3。圖5所示，以第一制動(dòng)裝置15為例，第一制動(dòng)裝置15的電源來自第一伺服控 制器11的直流電源輸入端UB,+和UB「，通過第一制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TId進(jìn) 行控制。在第一制動(dòng)裝置15與直流電源輸入端UB,+和UB,-之間設(shè)置一個(gè)可變電阻 R,，它可以減小制動(dòng)裝置在工作時(shí)帶來的干擾，具有濾波作用。上位機(jī)控制制動(dòng)裝 置電源的具體操作是由上位機(jī)控制第一制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TKi動(dòng)作，當(dāng)?shù)?一制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TId吸合時(shí)，第一制動(dòng)裝置15通電，當(dāng)?shù)谝蛔儤姍C(jī) 12的槳葉順槳時(shí)的槳距角達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，限位開關(guān)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，第一變 槳電機(jī)12制動(dòng)，槳葉停止順槳；當(dāng)?shù)谝恢苿?dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TK,斷開時(shí)，第 一制動(dòng)裝置15斷電，第一變槳電機(jī)12停止制動(dòng)。同樣地，第二變槳電機(jī)22內(nèi)的第二制動(dòng)裝置25的電源來自第二伺服控制器 21的直流電源輸入端UB2+和UB2-，通過第二制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TK2進(jìn)行控制。 第三變槳電機(jī)32內(nèi)的第三制動(dòng)裝置35的電源來自第三伺服控制器31的直流電源輸入端UB3+和UB3-，通過第三制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TK3進(jìn)行控制。上位機(jī)控制 制動(dòng)裝置電源的具體操作與第一制動(dòng)裝置15相同。本發(fā)明的實(shí)施例中，在步驟ii)的槳距角91。上設(shè)置一個(gè)限位開關(guān)，在槳距角 96。上設(shè)置一限位開關(guān)作為91。限位開關(guān)的冗余，即冗余限位開關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到 槳距角為91。時(shí)，表明順槳完成，斷開制動(dòng)裝置上的聯(lián)絡(luò)接觸器組TK，系統(tǒng)回到初 始狀態(tài)，斷開制動(dòng)裝置電源。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到槳距角為96。，同樣表明順槳完成，斷 開制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TK，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，斷開制動(dòng)裝置電源。本發(fā)明 系統(tǒng)的實(shí)際操作中，限位開關(guān)和冗余限位開關(guān)可以設(shè)置在槳距角[90。，100。)的范圍 內(nèi)，冗余限位開關(guān)的設(shè)置可以提高系統(tǒng)的可靠性。上位機(jī)監(jiān)測(cè)各伺服控制器的工作情況，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，各個(gè)主接觸器組閉 合，各個(gè)聯(lián)絡(luò)接觸器組斷開，此時(shí)若某一伺服控制器發(fā)生故障，第一伺服控制器 11、第二伺服控制器21或第三伺服控制器31分別將各自的故障信號(hào)送入上位機(jī)的 輸入端口L、 12或13，上位機(jī)根據(jù)故障處理子程序，經(jīng)過邏輯判斷后輸出控制信號(hào) 通過上位機(jī)的輸出端口 O,、 02、和03輸入到伺服控制器中；假設(shè)出現(xiàn)故障的伺服控 制器為第一伺服控制器ll，此時(shí)，由上位機(jī)調(diào)用第一伺服控制器ll的冗余伺服控 制器，即第二伺服控制器21和第三伺服控制器31控制第二變槳電機(jī)22和第三變 槳電機(jī)32的槳葉順槳后，閉合第一聯(lián)絡(luò)接觸器組41，調(diào)用第三伺服控制器31來 控制第一變槳電機(jī)12順槳。如圖1和圖6所示，如第一套變槳系統(tǒng)1出現(xiàn)故障，則故障處理子程序步驟如下1) 斷開出現(xiàn)故障的第一伺服控制器11的第一主接觸器組14，上位機(jī)控制接 通第二制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TK2和第三制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TK3，即接通 變槳電機(jī)22和變槳電機(jī)23內(nèi)第二制動(dòng)裝置25和第三制動(dòng)裝置35的電源。2) 制動(dòng)裝置開始工作后，上位^L的系統(tǒng)循環(huán)監(jiān)測(cè)其余兩制動(dòng)裝置的限位開關(guān) 是否轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)先設(shè)定的槳距角，若沒有轉(zhuǎn)到設(shè)定的槳距角，則重復(fù)執(zhí)行步驟2;否 則，執(zhí)行步驟3。3) 斷開第二制動(dòng)裝置25和第三制動(dòng)裝置35的電源，并斷開第二主接觸器組 24和第三主接觸器組34。4) 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)交流電源輸入端；、^和^是否掉電，若掉電，則執(zhí)行步驟5; 否則，執(zhí)行步驟6。5) 閉合第一備用直流電源13的聯(lián)絡(luò)接觸器Id，進(jìn)行步驟6)。6) 接通伺服控制器的聯(lián)絡(luò)接觸器組41,上位機(jī)控制閉合第一變槳電機(jī)12的第一制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組TId。7) 系統(tǒng)循環(huán)監(jiān)測(cè)變槳電機(jī)12的槳葉順槳，若監(jiān)測(cè)到限位開關(guān)信號(hào)，則執(zhí)行步 驟8)，否則返回步驟6)。8) 斷開第一變槳電機(jī)12的第一制動(dòng)裝置15的電源，并斷開第一伺服控制器 的聯(lián)絡(luò)接觸器組41。9) 閉合第二伺服控制器21和第三伺服控制器31的第二主接觸器組24和第三 主接觸器組34。故障處理子程序中設(shè)置的互為冗余的伺服控制器如下當(dāng)?shù)谝凰欧刂破?1 故障時(shí)，若交流電源掉電，則在第二伺服控制器21和第三伺服控制器31控制完成 槳葉的順槳后，閉合聯(lián)絡(luò)接觸器K，將第一備用電源13接入第三伺服控制器31; 當(dāng)?shù)诙欧刂破?1故障時(shí)，若交流電源掉電，則在第一伺服控制器11和第三伺 服控制器31制完成槳葉的順槳后，閉合聯(lián)絡(luò)接觸器K2，將第二備用電源23接入第 一伺服控制器ll;當(dāng)?shù)谌欧刂破?1故障時(shí)，若交流電源掉電，則在第一伺服 控制器11和第二伺服控制器21控制完成槳葉的順槳后，閉合聯(lián)絡(luò)接觸器K3，將第 三備用電源33接入第二伺服控制器21。綜上所述，各伺服控制器、各備用直流電 源兩兩之間互為備份、互為冗余，提高了系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明的實(shí)施例中，上位機(jī)的系統(tǒng)啟動(dòng)后，循環(huán)監(jiān)測(cè)三相交流電源是否出現(xiàn)掉 電及伺服控制器故障，當(dāng)監(jiān)測(cè)到第一伺服控制器ll出現(xiàn)故障時(shí)，變槳系統(tǒng)安全鏈 動(dòng)作，第二、第三伺服控制器執(zhí)行槳葉順槳的任務(wù)；第二伺服控制器21和第三伺 服控制器31完成槳葉順槳后，斷開第二變槳電機(jī)22和第三變槳電機(jī)32內(nèi)部的制 動(dòng)裝置電源，斷開二主接觸器組24和第三主接觸器組34。當(dāng)監(jiān)測(cè)到第一主接觸器 組14處于斷開狀態(tài)時(shí)，若此時(shí)三相交流電源正常，則無需接入備用直流電源，否 則，閉合聯(lián)絡(luò)接觸器Id,即將第一備用直流電源13接入第三伺服控制器31，閉合 第一聯(lián)絡(luò)接觸器組41，將第三伺服控制器31接入第一變槳電機(jī)12;上位機(jī)控制第 一變槳電機(jī)12內(nèi)部的第一制動(dòng)裝置15的電源接通，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到變槳角在91?；?冗余變槳角在96。間的限位開關(guān)動(dòng)作后，第一變槳系統(tǒng)l順槳完成；斷開第一變槳 電機(jī)12的第一制動(dòng)裝置15電源，斷開第一伺服控制器的聯(lián)絡(luò)接觸器組41和聯(lián)絡(luò) 接觸器組Id，當(dāng)監(jiān)測(cè)到第一伺服控制器的聯(lián)絡(luò)接觸器組41斷開后，閉合第二主接 觸器組24和第三主接觸器組34，系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制系統(tǒng)，其特征在于它包括第一套變漿系統(tǒng)、第二套變漿系統(tǒng)、第三套變漿系統(tǒng)、上位機(jī)和三相交流電源；所述上位機(jī)與所述第一套變漿系統(tǒng)、第二套變漿系統(tǒng)、第三套變漿系統(tǒng)相連，所述三相交流電源輸入端連接所述第一套變漿系統(tǒng)、第二套變漿系統(tǒng)和第三套變漿系統(tǒng)的交流電源輸入端；所述第一套變漿系統(tǒng)包括第一伺服控制器、第一變槳電機(jī)、第一備用直流電源、第一主接觸器組和第一制動(dòng)裝置；所述第二套變槳系統(tǒng)包括第二伺服控制器、第二變槳電機(jī)、第二備用直流電源、第二主接觸器組和第二制動(dòng)裝置；所述第三套變槳系統(tǒng)包括第三伺服控制器、第三變槳電機(jī)、第三備用直流電源、第三主接觸器組和第三制動(dòng)裝置；所述第一伺服控制器的輸出端分別通過第一主接觸器組和第二聯(lián)絡(luò)接觸器組與第一變槳電機(jī)的輸入端和第二變槳電機(jī)的輸入端相連，第二伺服控制器的輸出端分別通過第二主接觸器組和第三聯(lián)絡(luò)接觸器組與第二變槳電機(jī)的輸入端和第三變槳電機(jī)的輸入端相連，第三伺服控制器的輸出端分別通過第三主接觸器組和第一聯(lián)絡(luò)接觸器組與第三變槳電機(jī)的輸入端和第一變槳電機(jī)的輸入端相連；所述第一備用直流電源與第一伺服控制器上的直流電源輸入端相連，所述第二備用直流電源與第二伺服控制器的直流電源輸入端相連，所述第三備用直流電源與第三伺服控制器的直流電源輸入端相連；所述第一備用直流電源通過第二聯(lián)絡(luò)接觸器與第二伺服控制器相連，所述第二備用直流電源通過第三聯(lián)絡(luò)接觸器與第三伺服控制器相連，所述第三備用直流電源通過第一聯(lián)絡(luò)接觸器與第一伺服控制器相連；所述上位機(jī)的信號(hào)輸入端連接各個(gè)所述伺服控制器的信號(hào)輸出端，所述上位機(jī)的信號(hào)輸出端連接各個(gè)所述伺服控制器的信號(hào)輸入端，所述上位機(jī)的輸出制動(dòng)端口分別連接各變槳電機(jī)內(nèi)部的制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組，各個(gè)制動(dòng)裝置電源分別取用各自對(duì)應(yīng)的備用直流電源。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制系統(tǒng)，其特征在于: 各備用直流電源和與其對(duì)應(yīng)的伺服控制器之間設(shè)置有箝位二極管。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制系統(tǒng)，其特征在于: 各制動(dòng)裝置和與其對(duì)應(yīng)的備用直流電源輸入端之間設(shè)置可變電阻。
4、 如權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)力發(fā)電變槳用的冗余控制系統(tǒng)，其特征在于 各制動(dòng)裝置和與其對(duì)應(yīng)的備用直流電源輸入端之間設(shè)置可變電阻。
5、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種風(fēng)力發(fā)電變槳用的兀余控制系統(tǒng)， 其特征在于所述變槳電機(jī)可以為同步電機(jī)或者異步電機(jī)。
6、 一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1 5所述系統(tǒng)的用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制方法， 其特征在于它包括三套變槳系統(tǒng)、上位機(jī)和三相交流電源，所述每套變槳系統(tǒng) 包括伺服控制器、變槳電機(jī)、備用直流電源、主接觸器組和制動(dòng)裝置；其步驟包 括I) 所述上位機(jī)中的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述三相交流電源是否掉電，若是，則執(zhí)行步驟n，若否，則執(zhí)行步驟ni;II) 所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)各變槳系統(tǒng)中的伺服控制器是否發(fā)生故障，若是，則執(zhí)行故障處理子程序，處理后結(jié)束監(jiān)測(cè)過程；若否，則執(zhí)行掉電處理子程序，處理后結(jié) 束監(jiān)測(cè)過程；III) 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)伺服控制器是否發(fā)生故障，若是，則執(zhí)行故障處理子程序，處 理后結(jié)束監(jiān)測(cè)過程；若否，則返回步驟I。
7、 如權(quán)利要求6所述的一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制方法，其特征在于 所述掉電處理子程序的步驟包括i) 所述上位機(jī)接通各變槳電機(jī)內(nèi)部的的制動(dòng)裝置；ii) 所述上位機(jī)監(jiān)測(cè)來自各變槳電機(jī)限位開關(guān)的動(dòng)作信號(hào)；iii) 若沒有監(jiān)測(cè)到來自限位開關(guān)的動(dòng)作信號(hào)，則返回步驟ii);否則，表明 順槳完成，斷開所述制動(dòng)裝置的聯(lián)絡(luò)接觸器組，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，斷開制動(dòng)裝 置的電源。
8、 如權(quán)利要求6所述的一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制方法，其特征在于 所述故障處理子程序的步驟包括1) 斷開出現(xiàn)故障伺服控制器的主接觸器組，所述系統(tǒng)接通除所述故障伺服控 制器之外的兩個(gè)伺服控制器的制動(dòng)裝置的電源；2) 制動(dòng)裝置開始工作后，所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述兩制動(dòng)裝置內(nèi)的限位開關(guān)是否轉(zhuǎn) 動(dòng)到預(yù)先設(shè)定的槳距角，若沒有轉(zhuǎn)到設(shè)定的槳距角，則返回步驟l);否則，則執(zhí) 行步驟3);3) 斷開所述兩個(gè)伺服控制器的制動(dòng)裝置的電源，并斷開所述兩個(gè)伺服控制器 對(duì)應(yīng)的主接觸器組；4) 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述三相交流電源是否掉電，若掉電，則執(zhí)行步驟5);否則，執(zhí) 行步驟6);5) 則閉合所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的備用直流電源與所述兩個(gè)伺服控制器之間的聯(lián)絡(luò)接觸器；6) 然后接通所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)與其冗余伺服控制器之間的 聯(lián)絡(luò)接觸器組，接通所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)的制動(dòng)裝置的電源；7) 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)的槳葉順槳，若監(jiān)測(cè)到限位 開關(guān)信號(hào)，則執(zhí)行步驟8)，否則返回步驟6);8) 斷開所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)的動(dòng)裝置的電源，并斷開所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)與其冗余伺服控制器之間的聯(lián)絡(luò)接觸器組；9) 閉合所述兩伺服控制器的主接觸器組。
9、 如權(quán)利要求7所述的一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制方法，其特征在于 所述故障處理子程序的步驟包括1) 斷開出現(xiàn)故障伺服控制器的主接觸器組，所述系統(tǒng)接通除所述故障伺服控 制器之外的兩個(gè)伺服控制器的制動(dòng)裝置的電源；2) 制動(dòng)裝置開始工作后，所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述兩制動(dòng)裝置內(nèi)的限位開關(guān)是否轉(zhuǎn) 動(dòng)到預(yù)先設(shè)定的槳距角，若沒有轉(zhuǎn)到設(shè)定的槳距角，則返回步驟l);否則，則執(zhí) 行步驟3);3) 斷開所述兩個(gè)伺服控制器的制動(dòng)裝置的電源，并斷開所述兩個(gè)伺服控制器 對(duì)應(yīng)的主接觸器組；4) 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述三相交流電源是否掉電，若掉電，則執(zhí)行步驟5);否則，執(zhí) 行步驟6);5) 則閉合所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的備用直流電源與所述兩個(gè)伺服控制器之 間的聯(lián)絡(luò)接觸器；6) 然后接通所述故障伺服控制器與其冗余伺服電機(jī)之間的聯(lián)絡(luò)接觸器組，接 通所述故障伺服控制器的制動(dòng)裝置的電源；7) 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)的槳葉順槳，若監(jiān)測(cè)到限位 開關(guān)信號(hào)，則執(zhí)行步驟8)，否則返回步驟6);8) 斷開所述故障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)的動(dòng)裝置的電源，并斷開所述故 障伺服控制器對(duì)應(yīng)的變槳電機(jī)與其冗余伺服控制器之間的聯(lián)絡(luò)接觸器組；9) 閉合所述兩伺服控制器的主接觸器組。
10、 如權(quán)利要求6或7或8或9所述的一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制方 法，其特征在于所述限位開關(guān)可以為冗余限位開關(guān)，限位開關(guān)和冗余限位開關(guān) 的槳距角設(shè)置在[90。，100。)之內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電變槳的冗余控制系統(tǒng)及方法，其特征在于它包括第一套變漿系統(tǒng)、第二套變漿系統(tǒng)、第三套變漿系統(tǒng)、上位機(jī)和三相交流電源；三相交流電源輸入端連接第一套變漿系統(tǒng)、第二套變漿系統(tǒng)和第三套變漿系統(tǒng)的交流電源輸入端；第一套變漿系統(tǒng)、第二套變槳系統(tǒng)和第三套變槳系統(tǒng)分別包括伺服控制器、變槳電機(jī)、備用直流電源、主接觸器組和制動(dòng)裝置；上位機(jī)與第一套變漿系統(tǒng)、第二套變漿系統(tǒng)、第三套變漿系統(tǒng)相連，其用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否出現(xiàn)交流電源掉電以及各個(gè)伺服控制器是否出現(xiàn)故障，并控制變槳電機(jī)可靠順槳。本發(fā)明在不增加系統(tǒng)裝置數(shù)量的情況下，既能使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單又能保證造價(jià)低廉，可廣泛用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)F03D7/00GK101624969SQ20091009028
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者康 余, 吳國榮, 慶 康, 柴建云, 曦 肖, 哲 黃 申請(qǐng)人:清華大學(xué)