本發(fā)明屬于風(fēng)電行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種帶有控制器策略的獨(dú)立變槳系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電發(fā)展到，二十世紀(jì)八十年代，風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)還很少，技術(shù)也不夠成熟，到九十年代中期，世界風(fēng)力發(fā)電技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，設(shè)計(jì)，制造技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品進(jìn)入商品化階段，功率等級(jí)從幾十千瓦到幾百千瓦，逐漸發(fā)展為兆級(jí)。

國(guó)外最早的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要采用電動(dòng)定槳距系統(tǒng)。對(duì)于電動(dòng)定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在低風(fēng)速段的風(fēng)能利用系數(shù)高，而當(dāng)風(fēng)速接近額定點(diǎn)，風(fēng)能利用系數(shù)開(kāi)始人幅度下降，這時(shí)隨著風(fēng)速的升高，功率上升己趨緩，而過(guò)了額定點(diǎn)后，葉片已開(kāi)始失速，風(fēng)速升高，功率反而有所下降。所以電動(dòng)定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)風(fēng)能利用效率不高。

隨著風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，電動(dòng)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)越性越來(lái)越突出：風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的可靠性有了大大的提高；目前，單機(jī)容量越來(lái)越大，兆瓦級(jí)別的機(jī)組占據(jù)了主力位置，獨(dú)立變槳距技術(shù)已經(jīng)成為了風(fēng)電的發(fā)展趨勢(shì)，獨(dú)立變槳調(diào)速的方式對(duì)于捕獲風(fēng)能效率，獲得最佳能量輸出提出了較高的要求，這樣才能占據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主導(dǎo)地位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種帶有控制器策略的獨(dú)立變槳系統(tǒng)。它采用變槳控制器控制三個(gè)葉片的變槳驅(qū)動(dòng)器，變槳驅(qū)動(dòng)器根據(jù)風(fēng)速調(diào)節(jié)槳距角，能夠保證葉輪捕獲最大風(fēng)能，每個(gè)葉片都是獨(dú)立動(dòng)作，保證葉片的安全。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種帶有控制器策略的獨(dú)立變槳系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控控制器、變槳距控制器及對(duì)應(yīng)葉片的三組伺服驅(qū)動(dòng)器、備用電源、變槳電機(jī)、編碼器及限位裝置，變槳距控制器分別與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控控制器及三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器通訊，每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器分別連接變槳電機(jī)、電機(jī)編碼器、備用電源和限位裝置，電機(jī)編碼器安裝在變槳電機(jī)的尾端，角度編碼器與葉片軸承連接。

進(jìn)一步地，所述限位裝置為三組限位開(kāi)關(guān)，每組限位開(kāi)關(guān)分別設(shè)置于每個(gè)葉片轉(zhuǎn)軸的91度和94度位置，變槳系統(tǒng)執(zhí)行緊急順槳命令時(shí)控制葉片轉(zhuǎn)到91度限位位置，當(dāng)91度限位開(kāi)關(guān)失效時(shí)，94度限位開(kāi)關(guān)切斷電池供電電源，確保葉片的安全停轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，所述備用電源由儲(chǔ)能元件和充電器組成，在主電源發(fā)生停電故障時(shí)為系統(tǒng)供電，使變槳系統(tǒng)將葉片從0°驅(qū)動(dòng)到90°的順槳位置。

進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)能元件為蓄電池或者超級(jí)電容。

進(jìn)一步地，所述角度編碼器通過(guò)測(cè)量齒輪與葉片軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述變槳電機(jī)為刷直流電機(jī)、感應(yīng)異步電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)或永磁同步電機(jī)。

本發(fā)明帶有控制器策略的獨(dú)立變槳系統(tǒng)的變槳方法，主控控制器根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)功率和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，把變槳位置和變槳速度發(fā)送到變槳距控制器，變槳控制器接收主控控制箱發(fā)送的位置指令和速度指令，并將位置和速度分別發(fā)送給三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行變槳?jiǎng)幼鳎{(diào)節(jié)變槳槳距角，電機(jī)編碼器實(shí)時(shí)記錄電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的位置發(fā)送至伺服驅(qū)動(dòng)器，由伺服驅(qū)動(dòng)器傳送至變槳控制器，角度編碼器記錄風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)位置，并將該位置傳送至變槳控制器，變槳控制器通過(guò)邏輯判斷進(jìn)行校驗(yàn)比較，對(duì)采集的電機(jī)編碼器位置、角度編碼器位置實(shí)時(shí)進(jìn)行記錄，并記錄各個(gè)葉片軸的輸入輸出信號(hào)，各記錄值超出原始設(shè)定故障值時(shí)，變槳控制器把故障信息傳送至主控控制器，通過(guò)主控控制器保證變槳槳距角在0°～90°范圍轉(zhuǎn)動(dòng)，變槳距控制器與主控制器實(shí)時(shí)通訊，監(jiān)控變槳自身狀態(tài)，變槳控制器把運(yùn)行狀況反饋到風(fēng)機(jī)主控控制箱，出現(xiàn)故障執(zhí)行緊急順槳?jiǎng)幼?。所述變槳距控制器與主控控制器的實(shí)時(shí)通訊，是基于Canopen的通訊協(xié)議。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過(guò)變槳距控制器可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立變槳功能，對(duì)錯(cuò)誤診斷、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、防雷保護(hù)、電池管理實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)，不僅能夠適當(dāng)?shù)慕档惋L(fēng)機(jī)葉片的疲勞載荷，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命，而且控制簡(jiǎn)單可靠，不需要額外增設(shè)過(guò)多硬件，成本較低，安全性更高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明控制流程圖。

圖中：1為主控控制箱，2為滑環(huán)，3為變槳距控制器，4,5,6為變槳伺服驅(qū)動(dòng)器，7,8,9為超級(jí)電容模組，10,11,12為變槳電機(jī)，13,16,19為91度限位開(kāi)關(guān)，14,17,20為94度限位開(kāi)關(guān)，15,18,21為角度編碼器，22、23、24為電機(jī)編碼器。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例：如圖1所示，本發(fā)明一種帶有控制器策略的獨(dú)立變槳系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控控制器、變槳距控制器及對(duì)應(yīng)葉片的三組伺服驅(qū)動(dòng)器、備用電源、變槳電機(jī)、編碼器及限位裝置，變槳距控制器分別與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控控制器及三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器通訊，每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器分別連接變槳電機(jī)、電機(jī)編碼器、備用電源和限位裝置，電機(jī)編碼器安裝在變槳電機(jī)的尾端，角度編碼器與葉片軸承連接。

變槳距控制器是變槳系統(tǒng)的中樞，負(fù)責(zé)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控控制器及伺服驅(qū)動(dòng)器的通訊，以及溫度檢測(cè)與控制、配電管理、監(jiān)控保護(hù)、安全鏈和人機(jī)交互等功能。對(duì)外通過(guò)滑環(huán)與風(fēng)機(jī)主控控制箱進(jìn)行通信連接，對(duì)內(nèi)控制3個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器(Pitch Master)進(jìn)而控制葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)。從安全考慮，變槳距控制器在邏輯上保證在維護(hù)或者修理狀態(tài)下僅能有一個(gè)葉片離開(kāi)順槳位置。

如圖2所示，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)變槳控制器(PLC)發(fā)過(guò)來(lái)的指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)減速機(jī)后帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，完成對(duì)葉片角度的隨動(dòng)控制。變槳系統(tǒng)通常采用位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)的三閉環(huán)控制方式。按照位置環(huán)閉環(huán)位置的不同，伺服驅(qū)動(dòng)器功能可分為位置伺服控制和速度伺服控制兩類(lèi)。

備用電源由儲(chǔ)能元件和充電器組成。備用電源需在主電源發(fā)生停電故障時(shí)為系統(tǒng)供電，使變槳系統(tǒng)將葉片從0°驅(qū)動(dòng)到90°的順槳位置。出于對(duì)工作環(huán)境的考慮，儲(chǔ)能元件必須免維護(hù)、可倒置、隨葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)漏液，且必須滿足變槳系統(tǒng)對(duì)溫度范圍、壽命等方面的要求，通常采用蓄電池或者超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件。

變槳電機(jī)是變槳?jiǎng)幼鞯淖罱K執(zhí)行元件，其特性對(duì)變槳系統(tǒng)的性能有著重要影響。在變槳系統(tǒng)中，可采用的電機(jī)主要有4種：有刷直流電機(jī)、感應(yīng)異步電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)。

電機(jī)編碼器安裝在變槳電機(jī)的尾端，所述角度編碼器位于槳葉軸承內(nèi)齒旁，通過(guò)測(cè)量齒輪與葉片軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動(dòng)，均用來(lái)記錄變槳位置數(shù)據(jù)。

所述限位裝置為三組限位開(kāi)關(guān)，每組限位開(kāi)關(guān)分別設(shè)置于每個(gè)葉片轉(zhuǎn)軸的91度和94度位置，變槳系統(tǒng)執(zhí)行緊急順槳命令時(shí)控制葉片轉(zhuǎn)到91度限位位置，當(dāng)91度限位開(kāi)關(guān)失效時(shí)，94度限位開(kāi)關(guān)(冗余限位開(kāi)關(guān))切斷電池供電電源，確保葉片的安全停轉(zhuǎn)。

所述帶有控制器策略的獨(dú)立變槳系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

主控控制箱根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)功率和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，把變槳位置和變槳速度發(fā)送到變槳距控制器，變槳控制器接收主控控制箱發(fā)送的位置指令和速度指令，并將位置和速度分別發(fā)送給三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行變槳?jiǎng)幼?，調(diào)節(jié)變槳槳距角，電機(jī)編碼器實(shí)時(shí)記錄電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的位置發(fā)送至伺服驅(qū)動(dòng)器，由伺服驅(qū)動(dòng)器傳送至變槳控制器，角度編碼器記錄風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)位置，并將該位置傳送至變槳控制器，變槳控制器通過(guò)邏輯判斷進(jìn)行校驗(yàn)比較，對(duì)采集的電機(jī)編碼器位置、角度編碼器位置實(shí)時(shí)進(jìn)行記錄，并記錄各個(gè)葉片軸的輸入輸出信號(hào)，如葉片軸柜內(nèi)主電開(kāi)關(guān)、充電機(jī)開(kāi)關(guān)、防雷開(kāi)關(guān)反饋，柜內(nèi)溫度等，各記錄值超出原始設(shè)定故障值時(shí)，即：變槳控制器記錄的電機(jī)編碼器、角度編碼器不在初始范圍0°～90°運(yùn)行，軸柜開(kāi)關(guān)反饋不為初始值時(shí)，軸柜溫度高于設(shè)定報(bào)警值等故障信息出現(xiàn)，變槳控制器把故障信息傳送至主控控制器，通過(guò)主控控制器保證變槳槳距角在0°～90°范圍轉(zhuǎn)動(dòng)，變槳距控制器與主控制器實(shí)時(shí)通訊，監(jiān)控變槳自身狀態(tài)，變槳控制器把運(yùn)行狀況反饋到風(fēng)機(jī)主控控制器，出現(xiàn)故障執(zhí)行緊急順槳?jiǎng)幼鳌?/p>

變槳距控制器與主控制器的實(shí)時(shí)通訊，是基于一種Canopen通訊協(xié)議，它把變槳內(nèi)如電機(jī)編碼器位置，角度編碼器位置及各軸柜的一些狀態(tài)信息傳送至風(fēng)機(jī)主控控制箱，主控控制箱對(duì)變槳控制器下發(fā)啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)命令，如果變槳內(nèi)出現(xiàn)故障，例如電機(jī)位置錯(cuò)誤，變槳控制器將會(huì)把故障信息傳回至主控箱，主控控制箱會(huì)給變槳控制器發(fā)送停機(jī)指令，變槳控制器接收到停機(jī)指令后將會(huì)對(duì)各軸柜伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送停機(jī)命令，伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)將葉片順槳至安全位置，執(zhí)行緊急順槳?jiǎng)幼鳌?/p>

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由變槳電機(jī)、減速機(jī)、主動(dòng)齒輪、風(fēng)機(jī)葉片組成，伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)變槳槳距角，達(dá)到實(shí)現(xiàn)變槳目的。