一种控制风电变桨的冗余顺桨系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种控制风电变桨的冗余顺桨系统及方法，包括三个轴柜，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；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；在增加少量电路切换设备的基础上，能够通过后备电源选择器和伺服电机选择器实现轴柜间关键部件共享完成顺浆动作。

A redundant feathering system and method for controlling wind turbine pitch

【技术实现步骤摘要】
一种控制风电变桨的冗余顺桨系统及方法
本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种控制风电变桨的冗余顺桨系统及方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了解决了现有技术中存在的问题，本专利技术公开了提供一种控制风电变桨的冗余顺桨系统及方法，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，本专利技术采用的技术方案是，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，电机用于驱动桨叶；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。一种风电变桨控制系统冗余顺桨控制方法，包括以下步骤：第一步，风机发出顺桨停机指令后，判断三个桨叶是否均顺桨完成，如果有一只或者多只叶片没有顺桨完成，则执行第二步，第二步，判断未顺桨完成的变桨系统内核心失效部件；核心失效部件有两类，一类是后备电源失效，且外部电源中断；另一类是驱动器失效；对当前轴柜中后备电源和驱动器反馈回的状态信号判断其是否失效；如果是后备电源失效，转至第三步；如果是驱动器失效，转至第五步；如果后备电源和驱动器均失效，分别同时执行第三和第五步；第三步，如果是当前轴柜后备电源失效，切断当前轴柜中后备电源和驱动器，切断下一轴柜中后备电源和驱动器，切断前一轴柜后备电源和驱动器，建立当前后备电源和下一轴柜中驱动器之间的电连接；建立下一轴柜中后备电源和当前轴柜的上一轴柜中驱动器之间的电连接；建立当前轴柜的上一轴柜中后备电源和当前轴柜中驱动器的电连接；三个桨叶重新执行顺桨指令；电路切断和建立通过后备电源选择器来实现；第四步，如果第三步顺浆失败，切断当前轴柜中后备电源和下一轴柜的驱动器；切断下一轴柜的后备电源和上一轴柜驱动器；切断上一轴柜后备电源和当前轴柜驱动器；建立当前轴柜中后备电源和上一轴柜中驱动器之间的电连接；建立下一轴柜中后备电源和当前轴柜中驱动器之间的电连接；建立上一轴柜中后备电源和下一轴柜中驱动器之间的电连接；三个桨叶重新执行顺桨指令，电路切断和建立通过后备电源选择器来实现；第五步，如果是驱动器失效，切断当前轴柜中驱动器和电机的连接；切断下一轴柜中驱动器和电机之间的连接；切断上一轴柜中驱动器和电机之间的连接；建立当前轴柜中驱动器和下一轴柜中电机之间的电连接；建立下一轴柜中驱动器和上一轴柜中电机之间的电连接；建立上一轴柜中驱动器和当前轴柜中电机之间的电连接，三个桨叶重新执行顺桨指令，电路切断和建立采用伺服电机选择器来实现；第六步，如果第五步顺桨失败，切断当前轴柜中驱动器和下一轴柜中电机之间的连接；切断下一轴柜中驱动器和上一轴柜中电机之间的连接；切断上一轴柜中驱动器和当前轴柜中电机之间的连接；建立当前轴柜中驱动器和上一轴柜中电机之间的电连接；建立下一轴柜中驱动器和当前轴柜中电机之间的电连接；建立上一轴柜中驱动器和下一轴柜中电机之间的电连接，三个桨叶重新执行顺桨指令，电路切断和建立采用伺服电机选择器来实现。第一步中，判断叶片的角度是否在85°至89°之间来定位未顺浆的叶片。第二步中，通过后备电源或者驱动器反馈至控制器的状态信号判断后备电源或者驱动器是否工作正常。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术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文档来自技高网...

【技术保护点】
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，电机用于驱动桨叶；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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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，电机用于驱动桨叶；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。


7.一种风电变桨控制系统冗余顺桨控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，风机发出顺桨停机指令后，判断三个桨叶是否均顺桨完成，如果有一只或者多只叶片没有顺桨完成，则执行第二步，
第二步，判断未顺桨完成的变桨系统内核心失效部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，王剑钊，童彤，任鑫，王恩民，王晨，杨晓峰，赵鹏程，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11