專利名稱：可適應(yīng)變化力矩的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)頻控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)，特別是涉及 一 種能夠穩(wěn) 定輸出電壓頻率的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的大趨勢(shì)下，風(fēng)力發(fā)電事業(yè)得到 了迅速發(fā)展。眾所周知，風(fēng)力發(fā)電的核心部件，即，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是 由風(fēng)能帶動(dòng)槳葉旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使線圈切割磁力線產(chǎn)生 電流。當(dāng)繞組線圏匝數(shù)和磁場(chǎng)強(qiáng)度都固定時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓頻 率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率成正比。因此，只要轉(zhuǎn)速恒定，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的
電壓頻率就能維持不變。然而，經(jīng)常發(fā)生的情況是，隨著風(fēng)能發(fā)生 變化，其對(duì)槳葉的推動(dòng)力也將不斷發(fā)生改變，進(jìn)而影響了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 動(dòng)速率，致使發(fā)電機(jī)的電壓頻率發(fā)生變化。因此，如何獲得穩(wěn)定的 電壓頻率是目前需要解決的技術(shù)問(wèn)題。
目前，常用的穩(wěn)定發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率的方法是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的 頻率變化的交流電首先通過(guò)整流器整流成直流電，然后再通過(guò)逆變 器將直流電變換為恒定頻率的交流電。這種方法雖然能夠使發(fā)電機(jī) 的電壓頻率穩(wěn)定，但是，其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，在發(fā)電機(jī)組 成本中占有相當(dāng)比例。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種可 適應(yīng)變化力矩的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)頻控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)風(fēng) 力的實(shí)際變化控制繞組開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟與閉合，從而可以控制定子繞組的接通數(shù)量，由此使發(fā)電機(jī)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程中直接得 到穩(wěn)定的電壓頻率。
本發(fā)明的目的是通過(guò)采用如下的技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的 一種可適應(yīng)變化力矩的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)頻控制系統(tǒng)，該控制系 統(tǒng)包括用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)陣列狀態(tài)、檢測(cè)發(fā)電機(jī)電參數(shù)和控制定子繞組 通斷的控制箱，以及用于控制所述控制箱運(yùn)行的工控機(jī)。工控機(jī)包 括用于監(jiān)控發(fā)電機(jī)、控制箱及開(kāi)關(guān)陣列模塊的運(yùn)行狀態(tài)的控制模塊、 用于采集開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)并輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制信號(hào)采集模塊和 用于采集發(fā)電機(jī)電信號(hào)的電信號(hào)采集模塊?？刂葡浒ㄓ糜诳刂评@ 組接通個(gè)數(shù)的開(kāi)關(guān)陣列模塊、用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)電參數(shù)的發(fā)電機(jī)電信 號(hào)檢測(cè)模塊。
在該控制系統(tǒng)內(nèi)，發(fā)電機(jī)的待檢測(cè)電參數(shù)經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)陣列模塊輸入 到所述發(fā)電機(jī)電信號(hào)檢測(cè)模塊，發(fā)電機(jī)電信號(hào)檢測(cè)模塊的信號(hào)輸出 端均與工控機(jī)內(nèi)的電信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸入端相連，電信號(hào)采集 模塊的輸出端與控制模塊的信號(hào)輸入端相連，控制模塊內(nèi)的控制器 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并將開(kāi)關(guān)控制信號(hào)通過(guò)控制信號(hào)采集模塊傳 輸至開(kāi)關(guān)陣列模塊，用于控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟與閉合。
本發(fā)明通過(guò)將發(fā)電機(jī)的每一個(gè)定子繞組與單獨(dú)的開(kāi)關(guān)相連，可由 控制系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)多級(jí)負(fù)載的要求。另外，本發(fā)明的控制系 統(tǒng)內(nèi)采用ADRC，由此可以準(zhǔn)確控制每一個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟與閉合，進(jìn) 而控制定子中接通繞組的個(gè)數(shù)，這樣可以控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì) 發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率的調(diào)整，并使發(fā)電機(jī)的輸出電壓頻率維持在一 個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。同時(shí)，由于利用了本發(fā)明的發(fā)電機(jī)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)變 為電能的過(guò)程中能夠直接得到穩(wěn)定的電壓頻率，無(wú)變頻器的設(shè)計(jì)大 大降低了風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)成本。


圖1是陣列式穩(wěn)頻永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中所示陣列式穩(wěn)頻永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)去掉端蓋時(shí)的定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖3是圖1中所示陣列式穩(wěn)頻永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子陣列 結(jié)構(gòu)示意圖4是圖3中所示陣列結(jié)構(gòu)的一組定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的可適應(yīng)變化力矩的永磁 風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)頻控制系統(tǒng)示意示意圖；以及
圖7是發(fā)電機(jī)的穩(wěn)頻控制系統(tǒng)的控制流程圖。 附圖標(biāo)記
1電才幾軸；2定子；3轉(zhuǎn)子；21繞組；31永》茲體；4電^L
殼；
5固定部；6工控機(jī)；7控制箱；8風(fēng)力發(fā)電機(jī)；9開(kāi)關(guān)； 61控制模塊；62電信號(hào)采集模塊；63控制信號(hào)采集模塊； 71風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓頻率檢測(cè)模塊；72開(kāi)關(guān)陣列模塊； 73開(kāi)關(guān)檢測(cè)模塊。
具體實(shí)施例方式
下面將根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)以及優(yōu)選實(shí)施 方式進(jìn)4于詳細(xì)i兌明。
圖1示出了陣列式穩(wěn)頻永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 示出了圖1中所示風(fēng)力發(fā)電機(jī)去掉端蓋時(shí)的定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意 圖。從以上兩圖中可見(jiàn)，該陣列式穩(wěn)頻永》茲風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括定子2 和分別安裝在其兩端的兩個(gè)端蓋4,該定子2和兩個(gè)端蓋4圍成一個(gè) 腔體，其上共軸線地設(shè)置定子2的電機(jī)軸1從該腔體內(nèi)向外突出。 在該電機(jī)軸1上還安裝有轉(zhuǎn)子3,而且該轉(zhuǎn)子3套接于定子2內(nèi)。
在本實(shí)施例中，定子2的外周上設(shè)有多個(gè)用于將其固定在塔架上 的固定部5。并且，電機(jī)殼4上開(kāi)設(shè)有多個(gè)通孔，該通孔用于將發(fā)電 機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)散出，有利于發(fā)電機(jī)的正常工作。圖3示出了陣列式穩(wěn)壓永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子2和轉(zhuǎn)子3的陣列 結(jié)構(gòu)，由于本發(fā)明的定子2和轉(zhuǎn)子3采用陣列式結(jié)構(gòu)，根據(jù)風(fēng)力的 大小，可以對(duì)定子2和轉(zhuǎn)子3陣列的工作方式進(jìn)行粗調(diào)，即，可以 根據(jù)實(shí)際需要使只有若干組定子2工作，也可以使多組定子2同時(shí) 工作。這樣，可以保證發(fā)電機(jī)8在不同的風(fēng)力條件下能夠具有差別 不大的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而能夠產(chǎn)生在誤差允許范圍內(nèi)相同的電壓頻率，為 后續(xù)的并網(wǎng)創(chuàng)造有利條件。
從圖中可見(jiàn)，定子2、轉(zhuǎn)子3以及電機(jī)軸1具有相同的軸心，轉(zhuǎn) 子2固定于電^/L軸1上且套4妄于定子2內(nèi)，其可由電^/L軸1帶動(dòng)而 在定子2內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施方式中，定子2和轉(zhuǎn)子3的數(shù)量均為4 個(gè)，但亦可實(shí)施為其他的數(shù)量。
圖4示出了一組定子2和轉(zhuǎn)子3的結(jié)構(gòu)。具體而言，在轉(zhuǎn)子3 的外圓周上按照預(yù)定間隔均勻地設(shè)置有多個(gè)永》茲體31,而在定子2 的內(nèi)圓周上按照預(yù)定間隔均勻地設(shè)置有多個(gè)繞組21。該永磁體31 和繞組21均沿轉(zhuǎn)子3和定子2的徑向設(shè)置，且中心線都通過(guò)電機(jī)軸 1的軸心。本發(fā)明的繞組21的個(gè)數(shù)為3的倍數(shù)，將所有繞組21按照 1， 2, 3......的順序編號(hào)，序號(hào)被3除后余數(shù)相等的所有繞組21之
間均以并聯(lián)方式連4妄成一組，在所有的組與組之間以串聯(lián)方式連4妄， 并且在每個(gè)繞組21上均設(shè)置有可由外部電控系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟與閉 合的開(kāi)關(guān)。
在本實(shí)施方式中，永磁體31為"U"型寬溫釹鐵硼永磁體，繞 組21為纏繞在"U"型輒鐵的線圏繞組。所有繞組21的導(dǎo)線纏繞方 式和線圈數(shù)目均相等，并且，在本是實(shí)施方式中，所有的繞組21均 為獨(dú)立的一個(gè)線圏，但亦可實(shí)施為由多個(gè)子繞組串聯(lián)而成。
在本發(fā)明中，定子2上繞組21的數(shù)目為36個(gè)，轉(zhuǎn)子3上永磁體 31的數(shù)目為24個(gè)。當(dāng)風(fēng)能帶動(dòng)槳葉運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)軸2旋轉(zhuǎn)時(shí)， 轉(zhuǎn)子3也將隨電機(jī)軸2 —起在定子2內(nèi)旋轉(zhuǎn)。由于繞組21在定子2 上、永磁體31在轉(zhuǎn)子3上都是均勻分布的，因此，在轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn) 過(guò)程中，同時(shí)有12對(duì)繞組21和永》茲體31相遇，即，定子2和轉(zhuǎn)子3的耦合度為12。如果當(dāng)次耦合瞬間對(duì)應(yīng)的定子繞組21編號(hào)為sl， s4，…，s34,下一次耦合瞬間對(duì)應(yīng)的定子繞組21編號(hào)為s2, s5,…，s35, 再一次耦合瞬間對(duì)應(yīng)的定子繞組21編號(hào)為s3， s6,…,s36,這樣，當(dāng) 發(fā)生三次耦合后，所有的定子繞組21均與永磁體31相遇過(guò)，完成 一個(gè)循環(huán)過(guò)程。當(dāng)轉(zhuǎn)子3繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，耦合瞬間對(duì)應(yīng)的定子繞組21 的編號(hào)又恢復(fù)到sl, s4，…，s34，由此開(kāi)始了下一個(gè)循環(huán)過(guò)程。
在本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子永磁體31與定子繞組21相遇時(shí)，由于繞 組21的線圈切割磁力線，因此能夠產(chǎn)生周期為T(mén)的正弦波電流，并 且轉(zhuǎn)子3與定子2發(fā)生前后兩次耦合的時(shí)間間隔為T(mén)/3，這樣，編號(hào) 為sl, s4，…，s34的繞組產(chǎn)生電流的相^[立與編號(hào)為s2, s5，…，s35的繞 組產(chǎn)生電流的相位就相差120度。因此，可以4巴編號(hào)為sl, s4，…,s34 的繞組21并聯(lián)作為三相電中的第一相，4巴編號(hào)為s2, s5，…，s35的繞 組21并聯(lián)作為三相電中的第二相，4巴編號(hào)為s3， s6，…,s36的繞組 21并聯(lián)作為三相電中的第三相，由此i"更產(chǎn)生了三相電。本發(fā)明的永 磁體31與定子繞組21并不限于數(shù)量為(24、 36)的組合，只要是 滿足永磁體31與定子繞組21的數(shù)量比值為2/3的其他組合，均可以 在本發(fā)明中實(shí)施。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例的可適應(yīng)變化力矩的 永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)頻控制系統(tǒng)示意圖。該穩(wěn)頻控制系統(tǒng)包括用于檢 測(cè)開(kāi)關(guān)陣列狀態(tài)、檢測(cè)發(fā)電機(jī)電參數(shù)和控制定子繞組通斷的控制箱 7，以及用于控制控制箱運(yùn)行的工控機(jī)6。該工控機(jī)6包括用于監(jiān)控 發(fā)電機(jī)8、控制箱7及開(kāi)關(guān)陣列模塊72的運(yùn)行狀態(tài)的控制模塊61、 用于釆集開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)并輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制信號(hào)采集卡模塊 62和用于采集發(fā)電機(jī)8的電信號(hào)的電信號(hào)采集模塊63。控制箱7包 括用于控制繞組21接通個(gè)數(shù)的開(kāi)關(guān)陣列模塊72、用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)8 的電參數(shù)的發(fā)電機(jī)電信號(hào)檢測(cè)模塊。
在本實(shí)施方式中，開(kāi)關(guān)陣列模塊72上的開(kāi)關(guān)為雙向開(kāi)關(guān)晶閘管。 發(fā)電機(jī)的待檢測(cè)電參數(shù)為發(fā)電機(jī)的電壓頻率。發(fā)電機(jī)電信號(hào)檢測(cè)模發(fā)電機(jī)8的電壓頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)陣列模塊72輸入到發(fā)電機(jī)電 壓頻率檢測(cè)模塊71 ，發(fā)電機(jī)電壓頻率檢測(cè)模塊71的信號(hào)輸出端均與 工控機(jī)6的電信號(hào)采集模塊62的信號(hào)輸入端相連，而電信號(hào)采集模 塊卡62的輸出端與控制模塊61的信號(hào)輸入端相連。這樣，通過(guò)電 信號(hào)采集模塊62，發(fā)電機(jī)8的電壓頻率信號(hào)得以傳輸至控制模塊61。 在控制模塊61的內(nèi)部采用ADRC對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，得到開(kāi)關(guān)控 制信號(hào)，并將該開(kāi)關(guān)控制信號(hào)傳輸至開(kāi)關(guān)陣列模塊72，用于控制開(kāi) 關(guān)的開(kāi)啟與閉合。其中，ADRC技術(shù)請(qǐng)參看本申請(qǐng)人曾申請(qǐng)的題為 "磁懸浮抗震控制器及其控制方法"且公開(kāi)號(hào)為CN101077694A的 專利申請(qǐng)，該專利申請(qǐng)中的內(nèi)容可以作為本申請(qǐng)內(nèi)容的補(bǔ)充。
除上述的描述以外，控制箱7還進(jìn) 一 步包括用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài) 的開(kāi)關(guān)檢測(cè)模塊73,該開(kāi)關(guān)檢測(cè)模塊73的信號(hào)輸入端與開(kāi)關(guān)陣列模 塊72的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出端相連，其信號(hào)輸出端通過(guò)控制信號(hào)采集模塊 63將開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸送至工控機(jī)6內(nèi)的控制模塊61。
此外，在控制箱7內(nèi)的發(fā)電機(jī)電壓頻率檢測(cè)模塊71上設(shè)有交流 電壓互感器，該交流電壓互感器首先將發(fā)電機(jī)電壓按比例下降后， 該電壓頻率檢測(cè)模塊71再進(jìn)行檢測(cè)并采樣。
當(dāng)發(fā)電機(jī)8工作時(shí)，如果風(fēng)力發(fā)生變化，則其對(duì)發(fā)電機(jī)槳葉的推 動(dòng)力也將不斷發(fā)生改變。為了保證發(fā)電機(jī)8的輸出電壓頻率恒定， 就要求轉(zhuǎn)子時(shí)刻保持恒定的轉(zhuǎn)速。這就要求發(fā)電機(jī)的阻力矩必須時(shí) 刻隨風(fēng)力的變化進(jìn)行調(diào)整當(dāng)風(fēng)力變大時(shí)，發(fā)電機(jī)的阻力矩相應(yīng)變 大；反之，發(fā)電機(jī)的阻力矩隨風(fēng)力的變小而減小。
當(dāng)風(fēng)力變大時(shí)，風(fēng)力對(duì)槳葉的推動(dòng)力加大，轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)速提高， 發(fā)電機(jī)8的輸出電壓頻率增大。此時(shí)，發(fā)電機(jī)8的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)開(kāi) 關(guān)檢測(cè)模塊73傳輸至開(kāi)關(guān)陣列模塊72，再傳入發(fā)電機(jī)電壓頻率檢測(cè) 模塊71，經(jīng)過(guò)該發(fā)電機(jī)電壓頻率檢測(cè)模塊71取樣并將取樣信號(hào)傳輸 至電信號(hào)采集模塊62,經(jīng)過(guò)該電信號(hào)采集模塊62將取樣的發(fā)電機(jī)電 壓頻率傳輸至控制模塊61的內(nèi)部。在本實(shí)施例中，控制模塊61內(nèi) 采用了 ADRC對(duì)輸入的發(fā)電機(jī)8的電壓頻率信號(hào)進(jìn)行處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)8上的電壓頻率高于額定值時(shí)，發(fā)出增大發(fā)電機(jī)阻力矩的命 令，即，通過(guò)控制信號(hào)采集模塊63向開(kāi)關(guān)陣列模塊72傳輸信號(hào)， 增加閉合開(kāi)關(guān)的數(shù)量，進(jìn)而增多開(kāi)通的定子繞組21的數(shù)量，使發(fā)電 機(jī)的阻力矩增大，轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)速降低，由此使得發(fā)電機(jī)8的輸出電 壓頻率降低。
當(dāng)發(fā)電機(jī)8的電壓頻率與額定值在誤差允許的范圍內(nèi)相等時(shí)，控 制模塊61不再發(fā)出增大或減小發(fā)電機(jī)阻力矩的命令，從而使開(kāi)通的 繞組21的數(shù)量恒定，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和阻力矩維持平衡，因 此保證了轉(zhuǎn)子3有恒定的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而產(chǎn)生恒定的電壓頻率。
圖6示出了利用開(kāi)關(guān)8對(duì)定子繞組21進(jìn)行開(kāi)啟或者閉合控制的 模塊結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施方式中，定子繞組21的開(kāi)關(guān)8為雙向開(kāi) 關(guān)晶閘管，且該雙向開(kāi)關(guān)晶閘管的數(shù)量與定子繞組21的數(shù)量相等。 每個(gè)雙向開(kāi)關(guān)晶閘管與一個(gè)繞組21相連，用于控制該繞組21的開(kāi) 啟與關(guān)閉。雙向開(kāi)關(guān)晶閘管的陽(yáng)極與繞組21連接，其陰極經(jīng)過(guò)負(fù)載 電阻接地，由此形成一個(gè)閉合回路?？刂颇K61經(jīng)過(guò)ADRC輸出的 控制命令傳輸至控制信號(hào)采集模塊63的信號(hào)輸入端，并經(jīng)該控制信 號(hào)采集模塊63將控制命令傳輸至雙向開(kāi)關(guān)晶閘管，進(jìn)而控制該雙向 開(kāi)關(guān)晶閘管的開(kāi)啟與閉合，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)8的定子繞組21的切 斷與開(kāi)通，調(diào)整了發(fā)電機(jī)8的轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩，進(jìn)而調(diào)整了轉(zhuǎn) 子3的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，也即調(diào)整了發(fā)電機(jī)8輸出電壓的頻率。
圖7為發(fā)電機(jī)的穩(wěn)頻控制系統(tǒng)的控制流程圖。其包括如下步驟
第一步接通工控機(jī)6和控制箱7的電源；
第二步控制箱7內(nèi)的開(kāi)關(guān)檢測(cè)模塊73檢測(cè)開(kāi)關(guān)陣列模塊72 上的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并把檢測(cè)信號(hào)通過(guò)控制信號(hào)采集模塊63傳輸至工控 機(jī)6的控制模塊61內(nèi)；
第三步控制箱7內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓頻率檢測(cè)模塊71檢測(cè)發(fā) 電機(jī)8的電壓頻率，并把發(fā)電機(jī)電壓頻率的釆樣值通過(guò)電信號(hào)采集 模塊62傳輸至工控機(jī)6的控制模塊61內(nèi)；
第四步控制模塊61根據(jù)電信號(hào)采集模塊62傳輸來(lái)的風(fēng)力發(fā)電
10機(jī)的電壓頻率采樣值、以及電壓頻率的額定值，通過(guò)其內(nèi)的控制器
對(duì)發(fā)電機(jī)8的電壓頻率進(jìn)行控制，使之保持與額定值在誤差允許的
范圍內(nèi)一致。
當(dāng)進(jìn)行穩(wěn)頻控制時(shí)，首先開(kāi)啟工控機(jī)6和控制箱7的電源，然后， 控制箱7的開(kāi)關(guān)檢測(cè)模塊73檢測(cè)開(kāi)關(guān)陣列模塊72上開(kāi)關(guān)9的狀態(tài)， 并把檢測(cè)信號(hào)通過(guò)控制信號(hào)采集模塊63傳輸至工控機(jī)6的控制模塊 61內(nèi)。
與此同時(shí)，在控制箱7內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓頻率檢測(cè)模塊71檢 測(cè)發(fā)電機(jī)8的電壓頻率值并采樣。該采樣值通過(guò)電信號(hào)采集模塊62 傳輸至控制模塊61內(nèi)?？刂颇K61內(nèi)的控制器根據(jù)發(fā)電機(jī)8的電 壓頻率和額定值的比較值發(fā)出控制命令，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)電壓頻
率的穩(wěn)定。
在本實(shí)施方式中，控制模塊61內(nèi)的控制器為ADRC,其控制步 驟包括
安排過(guò)渡過(guò)程步驟將電壓頻率的額定值作為設(shè)定值，生成 ADRC的過(guò)渡過(guò)程中間變量；
擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)步驟將發(fā)電機(jī)8的電壓頻率作為被控輸出值，將 開(kāi)關(guān)9的導(dǎo)通個(gè)數(shù)作為控制、量，生成ADRC的系統(tǒng)估計(jì)中間變量；
控制量生成步驟根據(jù)過(guò)渡過(guò)程中間變量和系統(tǒng)估計(jì)中間變量最 終生成實(shí)際控制量。
當(dāng)進(jìn)行穩(wěn)頻控制時(shí)，將電壓頻率的額定值作為設(shè)定值輸入ADRC 的安排過(guò)渡過(guò)程裝置，生成過(guò)渡過(guò)程中間變量，將接收到的風(fēng)力發(fā) 電機(jī)8的電壓頻率和開(kāi)關(guān)檢測(cè)模塊檢73測(cè)到的開(kāi)關(guān)9的導(dǎo)通個(gè)數(shù)分 別作為ADRC的被控輸出值和控制量，然后將它們輸入擴(kuò)張狀態(tài)觀 測(cè)器，生成系統(tǒng)估計(jì)中間變量。最后將過(guò)渡過(guò)程中間變量和該系統(tǒng) 估計(jì)中間變量共同輸入控制量生成器生成發(fā)電機(jī)的新的控制量，即， 開(kāi)關(guān)陣列模塊72中的開(kāi)關(guān)9的導(dǎo)通個(gè)數(shù)。具體的控制命令是當(dāng)發(fā) 電機(jī)8的電壓頻率低于額定值時(shí)，控制模塊61詢開(kāi)關(guān)陣列模塊72 上的雙向開(kāi)關(guān)晶閘管發(fā)出開(kāi)啟信號(hào)，使其開(kāi)啟，從而關(guān)斷定子繞組21;若發(fā)電機(jī)8的電壓頻率高于額定值時(shí)，控制模塊61向開(kāi)關(guān)陣列 模塊72上的雙向開(kāi)關(guān)晶閘管發(fā)出閉合信號(hào)，使晶閘管關(guān)閉，接通定 子繞組21。
經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，ADRC完成了一次運(yùn)算。如果此時(shí)發(fā)電機(jī)8的電 壓頻率和額定值的差距大于誤差允許的范圍，ADRC將進(jìn)行下一次
循環(huán)控制，直至發(fā)電機(jī)8的電壓頻率和額定值的差距在誤差允許的 范圍內(nèi)，此時(shí)，定子繞組21的接通個(gè)數(shù)穩(wěn)定，發(fā)電機(jī)的電壓頻率穩(wěn) 定。
以上所披露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本 發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍?？梢岳斫?，依據(jù)本發(fā)明所附權(quán)利要求中限定 的實(shí)質(zhì)和范圍所作的等同變化，仍屬于本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種可適應(yīng)變化力矩的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)頻控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)陣列狀態(tài)、檢測(cè)發(fā)電機(jī)電參數(shù)和控制定子繞組通斷的控制箱以及用于控制所述控制箱運(yùn)行的工控機(jī)，其特征在于，所述工控機(jī)包括用于監(jiān)控發(fā)電機(jī)、控制箱及開(kāi)關(guān)陣列模塊的運(yùn)行狀態(tài)的控制模塊、用于采集開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)并輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制信號(hào)采集模塊和用于采集發(fā)電機(jī)電信號(hào)的電信號(hào)采集模塊，所述控制箱包括用于控制繞組接通個(gè)數(shù)的開(kāi)關(guān)陣列模塊、用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)電參數(shù)的發(fā)電機(jī)電信號(hào)檢測(cè)模塊，其中，所述發(fā)電機(jī)的待檢測(cè)電參數(shù)經(jīng)過(guò)所述開(kāi)關(guān)陣列模塊輸入到所述發(fā)電機(jī)電信號(hào)檢測(cè)模塊，所述發(fā)電機(jī)電信號(hào)檢測(cè)模塊的信號(hào)輸出端均與所述工控機(jī)內(nèi)的電信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸入端相連，所述電信號(hào)采集模塊的輸出端與所述控制模塊的信號(hào)輸入端相連，所述控制模塊內(nèi)的控制器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并將開(kāi)關(guān)控制信號(hào)通過(guò)所述控制信號(hào)采集模塊傳輸至所述開(kāi)關(guān)陣列模塊，用于控制所述開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟與閉合。
2. 如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制 箱進(jìn)一 步包括用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)的開(kāi)關(guān)檢測(cè)模塊，該開(kāi)關(guān)檢測(cè)模 塊的信號(hào)輸入端與所述開(kāi)關(guān)陣列模塊的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出端相連，其信 號(hào)輸出端通過(guò)控制信號(hào)采集模塊將開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸送至所述工控機(jī) 的控制模塊。
3. 如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電 機(jī)的待檢測(cè)電參數(shù)為發(fā)電機(jī)電壓頻率，所述發(fā)電機(jī)電信號(hào)檢測(cè)模塊
4. 如權(quán)利要求3所述的穩(wěn)頻控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述控 制箱內(nèi)的發(fā)電機(jī)電壓頻率檢測(cè)模塊上設(shè)有用于使電壓按比例下降以 便測(cè)量的交流電壓頻率互感器。
5. 如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)陣列模塊上的開(kāi)關(guān)個(gè)數(shù)與發(fā)電機(jī)定子繞組的個(gè)數(shù)相等，并且所述的 每個(gè)開(kāi)關(guān)均與一個(gè)對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)定子繞組相連。
6. 如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述開(kāi)關(guān) 為雙向開(kāi)關(guān)晶閘管。
7. 如權(quán)利要求1所述的穩(wěn)頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制 模塊內(nèi)的控制器為ADRC。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可適應(yīng)變化力矩的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)穩(wěn)頻控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)陣列狀態(tài)、檢測(cè)發(fā)電機(jī)電參數(shù)和控制定子繞組通斷的控制箱，以及用于控制所述控制箱運(yùn)行的工控機(jī)。該發(fā)明通過(guò)將發(fā)電機(jī)的每一個(gè)定子繞組與單獨(dú)的開(kāi)關(guān)相連，可由控制系統(tǒng)控制其實(shí)現(xiàn)多級(jí)負(fù)載的要求。同時(shí)，本發(fā)明的控制系統(tǒng)內(nèi)采用ADRC，可以準(zhǔn)確控制每一個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟與閉合，進(jìn)而控制定子中接通繞組的個(gè)數(shù)，從而控制了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率的調(diào)整，使發(fā)電機(jī)的輸出電壓頻率維持在一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。
文檔編號(hào)H02K11/00GK101594113SQ20091013365
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月13日
發(fā)明者畢大川, 陳澤森 申請(qǐng)人:北京前沿科學(xué)研究所