一种风力机变桨驱动器、控制方法及风力发电机系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风力机变桨驱动器、控制方法及风力发电机系统，风力机变桨驱动器包括可控电力电子开关器件、电力电子开关控制器和相互串联的变桨驱动器、开关，该变桨驱动器和开关一端连接三相交流电源、另一端连接桨叶驱动电机；电力电子开关控制器与可控电力电子开关器件连接；可控电力电子开关器件并联在该变桨驱动器和开关两端。控制方法对上述风力机变桨驱动器进行控制，包括计算调制波、计算开关器件的动作控制条件、控制动作、接收限位开关反馈信号、驱动封波等步骤。风力发电机系统包括塔筒、风机、齿轮箱、发电机及变流器系统、变压器、风力机变桨驱动器、桨叶驱动电机和主控制器。本发明专利技术实现故障情况下风机安全收桨，增强系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于风力发电机桨叶驱动的风力机变桨驱动器，还涉及该风力机变桨驱动器的控制方法，以及使用该风力机变桨驱动器的风力发电机系统。
技术介绍
风力发电系统风机的每片桨叶(数目通常为3个)是分别由1个独立的变桨驱动器来进行驱动控制的，变桨驱动器依据风机主控器的命令控制桨叶角度，使得风机尽可能多发电又不至于因过速而造成系统损坏。变桨驱动器的直流母线上连接有后备电源，后备电源为电池或超级电容，用于系统掉电时给驱动器供电，完成风机的安全收桨过程。上述现有技术方案可在电网掉电工况下有效完成安全收桨操作，但是，在驱动器自身发生故障的情况下，则无法实现风机收桨动作，并可能因此引发更大的系统事故。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题之一是，提供一种风力机变桨驱动器，克服现有技术存在的在驱动器故障情况下无法安全收桨的缺陷。本专利技术要解决的技术问题之二是，提供一种风力机变桨驱动器控制方法，克服现有技术存在的在驱动器故障情况下无法安全收桨的缺陷。本专利技术要解决的技术问题之三是，提供一种风力发电机系统，使用上述风力机变桨驱动器，克服现有技术存在的在驱动器故障情况下无法安全收桨的缺陷。本专利技术解决其技术问题之一所采用的技术方案是：构造一种风力机变桨驱动器，包括相互串联的变桨驱动器和开关，该串联的变桨驱动器和开关一端连接三相交流电源、另一端连接桨叶驱动电机；其特征在于，还包括可控电力电子开关器件和电力电子开关控制器；该电力电子开关控制器与该可控电力电子开关器件、该风力发电机系统的主控制器连接；该可控电力电子开关器件并联在该串联连接的变桨驱动器和开关两端。在本专利技术的风力机变桨驱动器中，所述可控电力电子开关器件为相互反并联的半控器件，该半控器件为晶闸管；或所述可控电力电子开关器件为相互反并联的全控器件，该全控器件为绝缘栅双极型晶体管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管、集成门极换流晶闸管、门极可关断晶闸管之一。在本专利技术的风力机变桨驱动器中，其连接的所述桨叶驱动电机为同步电机或异步电机。在本专利技术的风力机变桨驱动器中，包括UPS电源，所述可控电力电子开关器件串联该UPS电源后再并联在所述串联连接的变桨驱动器和开关两端。本专利技术解决其技术问题之二所采用的技术方案是：提供一种风力机变桨驱动器控制方法，用于上述风力机变桨驱动器；所述控制方法包括如下步骤：电力电子开关控制器在接收到风力发电机系统的主控制器下发的驱动使能命令和开关断开的反馈信号后，依据电力电子开关控制器预先设定的桨叶驱动电机加速时间计算调制波；电力电子开关控制器根据所计算调制波，计算所述可控电力电子开关器件的动作控制条件，并根据所计算的动作控制条件控制所述可控电力电子开关器件动作，控制桨叶驱动电机拖动桨叶朝桨叶限位开关旋转；以及当该电力电子开关控制器接收到桨叶限位开关反馈信号后，对所述可控电力电子开关器件进行驱动封波。在本专利技术的风力机变桨驱动器控制方法中，所述电力电子开关控制器在接收到风力发电机系统的主控制器下发的驱动使能命令和开关断开的反馈信号后，依据电力电子开关控制器预先设定的桨叶驱动电机加速时间计算调制波的步骤包括：初始化所述电力电子开关控制器的控制软件；判断所述电力电子开关控制器是否接收到风力发电机系统的主控制器下发的驱动使能命令；当该电力电子开关控制器接收到主控制器下发的驱动使能命令后，继续判断该电力电子开关控制器是否接收到所述到开关断开的反馈信号；以及当该电力电子开关控制器接收到开关断开的反馈信号后，依据所述电力电子开关控制器预先设定的桨叶驱动电机加速时间计算调制波。在本专利技术的风力机变桨驱动器控制方法中，所述电力电子开关控制器根据所计算调制波，计算所述可控电力电子开关器件的动作控制条件，并根据所计算的动作控制条件控制所述可控电力电子开关器件动作，控制桨叶驱动电机拖动桨叶朝桨叶限位开关旋转的步骤具体包括：S1、该电力电子开关控制器根据所计算调制波，利用冲量等效原理在第N个电网工频周期/开关周期计算第N+1个工频周期/开关周期所述可控电力电子开关器件的开通/开通关断条件；S2、该电力电子开关控制器在第N+1个电网工频周期/开关周期依据步骤S1的计算结果控制所述可控电力电子开关器件的开通/开通关断；S3、重复步骤S1-S2，直到电力电子开关控制器接收到桨叶限位开关反馈信号为止。在本专利技术的风力机变桨驱动器控制方法中，所述可控电力电子开关器件为相互反并联的晶闸管；所述可控电力电子开关器件的开通条件为晶闸管的触发控制角。在本专利技术的风力机变桨驱动器控制方法中，所述可控电力电子开关器件为相互反并联的全控器件；所述可控电力电子开关器件的开通关断条件为相互反并联的全控器件开通关断时刻。本专利技术解决其技术问题之三所采用的技术方案是：构造一种风力发电机系统，包括塔筒、风机、齿轮箱、发电机及变流器系统、变压器、变桨装置和主控制器；所述变浆装置包括上述的风力机变桨驱动器和桨叶驱动电机。实施本专利技术的风力机变桨驱动器、控制方法及风力发电机系统，与现有技术比较，其有益效果是：1、实现了在驱动器故障的情况下风机的安全收桨，并于故障收桨起始阶段控制实现了桨叶驱动电机的软启过程，大大降低了桨叶驱动电机启动产生的冲击电流，减小了对电网和驱动电机的冲击，提高了系统的稳定性；2、避免桨叶驱动电机在启动时因冲击电流过大造成的损坏，提高了桨叶驱动电机的使用寿命；3、桨叶驱动电机采用交流同步电机或交流异步电机均可使用；4、在增加UPS电源后，在驱动器故障同时电网掉电的情况下，也可保证风机桨叶的顺利回收。附图说明图1是本专利技术风力机变桨驱动器实施例一的原理图。图2是本专利技术风力机变桨驱动器实施例二的原理图。图3是本专利技术风力机变桨驱动器实施例三的原理图。图4是本专利技术风力机变桨驱动器实施例四的原理图。图5是本专利技术风力机变桨驱动器控制方法实施例一的原理图。图6是本专利技术风力机变桨驱动器控制方法实施例二的原理图。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。风力机变桨驱动器实施例一如图1所示，本专利技术风力机变桨驱动器包括变桨驱动器10、开关20、可控电力电子开关11和电力电子开关控制器12。变桨驱动器10与开关20相互串联，串联后的变桨驱动器10和开关20一端连接三相交流电源、另一端连接桨叶驱动电机30。其中，变桨驱动器10包括变桨控制器和功率电路。桨叶驱动电机30为同步电机或异步电机。该电力电子开关控制器12与该可控电力电子开关11及该风力发电机系统的主控制器连接。其中，电力电子开关控制器12可以为独立的控制器，也可以与变桨驱动器的变桨控制器或者风力发电机系统的主控制器集成。风力发电机系统的主控制器包括带有PLC的控制器或者不带有PLC的控制器。该可控电力电子开关11并联在该串联连接的变桨驱动器10和开关20两端，构成连接桨叶驱动电机30与三相交流电源的备用支路。其工作原理如下：变桨驱动器10正常工作时开关20闭合，备用支路的可控电力电子开关11由电力电子开关控制器12控制断开，桨叶驱动电机30由变桨驱动器10进行驱动。当变桨驱动器10故障时，此故障信号通过通信上传给风力发电机系统的主控制器，主控制器接收到变桨驱动器10故障信号后，下发开关20断开命令以及备用支路可控电力电子开关11驱动使能命令，备用支路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力机变桨驱动器，包括相互串联的变桨驱动器和开关，该串联的变桨驱动器和开关一端连接三相交流电源、另一端连接桨叶驱动电机；其特征在于，还包括可控电力电子开关器件和电力电子开关控制器；该电力电子开关控制器与该可控电力电子开关器件、该风力发电机系统的主控制器连接；该可控电力电子开关器件并联在该串联连接的变桨驱动器和开关两端。

【技术特征摘要】
1.一种风力机变桨驱动器，包括相互串联的变桨驱动器和开关，该串联的变桨驱动器和开关一端连接三相交流电源、另一端连接桨叶驱动电机；其特征在于，还包括可控电力电子开关器件和电力电子开关控制器；该电力电子开关控制器与该可控电力电子开关器件、该风力发电机系统的主控制器连接；该可控电力电子开关器件并联在该串联连接的变桨驱动器和开关两端。2.如权利要求1所述的风力机变桨驱动器，其特征是，所述可控电力电子开关器件为相互反并联的半控器件，该半控器件为晶闸管；或所述可控电力电子开关器件为相互反并联的全控器件，该全控器件为绝缘栅双极型晶体管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管、集成门极换流晶闸管、门极可关断晶闸管之一。3.如权利要求1或2所述的风力机变桨驱动器，其特征是，其连接的所述桨叶驱动电机为同步电机或异步电机。4.如权利要求1或2所述的风力机变桨驱动器，其特征是，包括UPS电源，所述可控电力电子开关器件串联该UPS电源后再并联在所述串联连接的变桨驱动器和开关两端。5.一种风力机变桨驱动器控制方法，用于权利要求1-4任意一项所述的风力机变桨驱动器；所述控制方法包括如下步骤：电力电子开关控制器在接收到风力发电机系统的主控制器下发的驱动使能命令和开关断开的反馈信号后，依据电力电子开关控制器预先设定的桨叶驱动电机加速时间计算调制波；电力电子开关控制器根据所计算调制波，计算所述可控电力电子开关器件的动作控制条件，并根据所计算的动作控制条件控制所述可控电力电子开关器件动作，控制桨叶驱动电机拖动桨叶朝桨叶限位开关旋转；以及当该电力电子开关控制器接收到桨叶限位开关反馈信号后，对所述可控电力电子开关器件进行驱动封波。6.如权利要求5所述的风力机变桨驱动器控制方法，其特征是，所述电力电子开关控制器在接收到风力发电机系统的主控制器下发的驱动使能命令和开关断开的反馈信号后，依据电力电子开关控制器预先...

【专利技术属性】
技术研发人员：文熙凯，郑大鹏，
申请(专利权)人：深圳市禾望电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44