專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的應(yīng)急順槳冗余控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的應(yīng)急順槳冗余控制裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)，具體涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的 應(yīng)急順槳冗余控制裝置。
背景技術(shù)：
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)主要包括:風(fēng)輪(包括葉 片和輪轂)、機(jī)艙、塔基及塔架。風(fēng)輪是吸收風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的部件，風(fēng)以一定速度 角度作用在葉片上，使葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā) 電。[0003]風(fēng)電機(jī)組可分為定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。多年來(lái)風(fēng)力發(fā)電機(jī) 的風(fēng)輪大都采用三槳葉與輪轂剛性連接的結(jié)構(gòu)，即所謂的定槳距風(fēng)輪。槳葉尖部一部分一 般設(shè)計(jì)成可控制的葉尖擾流器。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要脫網(wǎng)停機(jī)時(shí)，葉尖擾流器可按控制指 令釋放并旋轉(zhuǎn)角度形成阻尼板，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速迅速下降，這一機(jī)構(gòu)通常稱為空氣動(dòng)力剎車機(jī) 構(gòu)。[0004]近年來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)水平的不斷提高，在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是兆 瓦級(jí)機(jī)組以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)中，開(kāi)始采用變槳距風(fēng)輪，槳葉與輪轂不再采用剛性連 接，而通過(guò)可轉(zhuǎn)動(dòng)的推力軸承或?qū)ｉT為變距機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的聯(lián)軸器連接。這種風(fēng)輪可根據(jù)風(fēng)速 的變化調(diào)整氣流對(duì)葉片的攻角，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速后，輸出功率可穩(wěn)定地保持在額定功 率上，特別是在大風(fēng)情況下，風(fēng)力機(jī)處于順槳狀態(tài)，使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善，即 采用變槳系統(tǒng)。[0005]變槳系統(tǒng)實(shí)際上通過(guò)三個(gè)獨(dú)立的變槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制三個(gè)風(fēng)輪葉片動(dòng)作改變槳距 角，從而改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機(jī)輸出功率保持穩(wěn)定的控制方式， 并且在超高風(fēng)速下緊急順槳以保證風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行。變槳系統(tǒng)實(shí)際上是一種伺服控制系統(tǒng)， 它的控制對(duì)象是槳葉的位置，槳距角范圍在最佳發(fā)電槳葉角度與停機(jī)順槳角度之間，它的 控制方式有電動(dòng)變槳控制系統(tǒng)和液壓變槳控制系統(tǒng)。電動(dòng)變槳系統(tǒng)是利用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)槳葉位置的調(diào)節(jié)，一般包括變槳電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、控制器、傳感器及備用電源。備用電 源在機(jī)組突然故障或電網(wǎng)失電等情況下，為變槳系統(tǒng)供電，使得葉片達(dá)到順槳位置，保證機(jī) 組安全。[0006]變槳控制是變槳變速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心子系統(tǒng)之一，它不僅是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 功率調(diào)節(jié)的主要手段，同時(shí)也是變槳變速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全停機(jī)的唯一手段，這無(wú)疑將 對(duì)變槳系統(tǒng)的可靠性提出極高的要求。隨著現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組逐步走向大型化，海上機(jī) 型發(fā)展，機(jī)組具有維護(hù)困難和成本高等特點(diǎn)，因此，對(duì)機(jī)組的安全可靠性應(yīng)提出更高的要 求。[0007]變槳系統(tǒng)由三個(gè)變槳控制系統(tǒng)組成，每一個(gè)變槳控制系統(tǒng)控制一臺(tái)變槳電機(jī)來(lái)控 制一個(gè)槳葉的角度。主要控制思路是:根據(jù)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、變速、變槳、停機(jī)、維護(hù)等要求，由主控 制系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的槳距角調(diào)節(jié)命令，將三個(gè)葉片的槳距角同步調(diào)節(jié)到所需位置。系統(tǒng)正常工作時(shí)，變槳?jiǎng)幼餍枰碾娔苤饕扇嘟涣麟娋W(wǎng)提供；當(dāng)給變槳系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓掉電時(shí)， 超級(jí)電容組或蓄電池作為備用電源提供能量，直接給變槳系統(tǒng)供電，保證整套變槳系統(tǒng)內(nèi) 部電路正常工作前提下，使得葉片能順槳到安全位置，以保證機(jī)組安全。[0008]然而變槳系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器或控制器一旦出現(xiàn)故障，則葉片可能出現(xiàn)回不到安全位 置，存在安全隱患。特別是海上機(jī)型遠(yuǎn)離大陸，到達(dá)機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)較困難，而且需要很 長(zhǎng)時(shí)間，如果長(zhǎng)時(shí)間葉片不能順槳到安全位置，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組內(nèi)部系統(tǒng)和器件損壞，甚至存在 機(jī)組倒塌危險(xiǎn)的狀況。實(shí)用新型內(nèi)容[0009]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的應(yīng)急順槳冗 余控制裝置，將變槳系統(tǒng)中由于故障而不能順槳到安全位置的葉片重新自動(dòng)順槳到安全位 置，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠安全性。[0010]本實(shí)用新型提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的應(yīng)急順槳冗余控制裝置，包括:[0011]控制單元，所述控制單元用于接收變槳系統(tǒng)輸出的反饋信號(hào)，并將所述反饋信號(hào) 進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出反饋處理信號(hào)，所述變槳系統(tǒng)的三個(gè)備用電源單元相互并聯(lián)；[0012]驅(qū)動(dòng)單元，與所述控制單元和三個(gè)備用電源單元相連接，所述驅(qū)動(dòng)單元用于接收 備用電源單元輸出的備電信號(hào)以及控制單元輸出的反饋處理信號(hào)，通過(guò)備電信號(hào)提供的電 源能量，將反饋處理信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并向外輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；[0013]輸出切換單元，與所述驅(qū)動(dòng)單元連接，所述輸出切換單元用于接收驅(qū)動(dòng)單元輸出 的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，根據(jù)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，向?qū)?yīng)需要控制的變槳電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。[0014]進(jìn)一步地，所述的控制單元還與輸出切換單元連接，所述控制單元用于對(duì)輸出切 換單元進(jìn)行切換控制，將輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到對(duì)應(yīng)需要控制的變槳電機(jī)的輸入端。[0015]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)在于:[0016]本實(shí)用新型可以將變槳系統(tǒng)中由于故障而不能順槳到安全位置的葉片重新自動(dòng) 順槳到安全位置，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠安全性。


[0017]圖1是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的應(yīng)急順槳冗余控制裝置的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系示 意圖。[0018]圖中:1_應(yīng)急順槳冗余控制裝置；2_控制單元；3_驅(qū)動(dòng)單元；4_輸出切換單元； 5-變槳控制系統(tǒng)；6_變槳電機(jī)；7_備用電源單元。
具體實(shí)施方式
[0019]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員 可以更好的理解本實(shí)用新型并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。[0020]本實(shí)用新型提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的應(yīng)急順槳冗余控制裝置，如圖1所 示，在現(xiàn)有技術(shù)方案的變槳系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)應(yīng)急順槳冗余控制裝置，該應(yīng)急順槳 冗余控制裝置I由控制單元2、驅(qū)動(dòng)單元3、輸出切換單元4組成。控制單元2分別與三個(gè) 變槳控制系統(tǒng)5連接，分別采集三個(gè)變槳控制系統(tǒng)5中因故障而順槳失敗的反饋信號(hào)，并根據(jù)控制邏輯對(duì)原三個(gè)變槳控制系統(tǒng)5中未順槳成功的葉片進(jìn)行收槳控制，以使其后期達(dá)到 安全位置，同時(shí)輸出反饋處理信號(hào)。將原三個(gè)變槳控制系統(tǒng)5中的備用電源單元7進(jìn)行并 聯(lián)，然后再將并聯(lián)后的備用電源單元7連接到驅(qū)動(dòng)單元3，即與所述的驅(qū)動(dòng)單元3的直流輸 入母線相連接，根據(jù)備用電源單元7向驅(qū)動(dòng)單元3提供備用電源能量，驅(qū)動(dòng)單元3將反饋處 理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)并向外輸出，對(duì)應(yīng)該電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以得到電機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)能 力，以驅(qū)動(dòng)三個(gè)變槳控制系統(tǒng)5中的需要控制的對(duì)應(yīng)變槳電機(jī)6執(zhí)行動(dòng)作，控制變槳電機(jī)6 以設(shè)定的速度進(jìn)行安全順槳。輸出切換單元4接收驅(qū)動(dòng)單元3輸出的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并根 據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)向三個(gè)變槳系統(tǒng)5的變槳電機(jī)6輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào),對(duì)應(yīng)通過(guò)輸出切換單 元4將驅(qū)動(dòng)單元3的輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)切入控制到需要處理的對(duì)應(yīng)變槳控制系統(tǒng)5的變槳 電機(jī)6?？刂茊卧?與輸出切換單元4之間的信號(hào)連接主要作用是通過(guò)控制單元2對(duì)輸出 切換單元4進(jìn)行智能切換控制，將驅(qū)動(dòng)單元3的輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別切換控制到需要處 理的對(duì)應(yīng)變槳控制系統(tǒng)5的變槳電機(jī)6。通過(guò)控制單元2智能控制切換單元4，可以使得需 要處理的變槳電機(jī)分時(shí)獨(dú)自執(zhí)行動(dòng)作，而不是同時(shí)兩個(gè)或三個(gè)變槳電機(jī)執(zhí)行動(dòng)作而造成動(dòng) 作錯(cuò)誤執(zhí)行。[0021]本實(shí)用新型中控制單元可以主要由PLC或數(shù)字模擬控制電路組成；驅(qū)動(dòng)單元可以 主要由驅(qū)動(dòng)逆變器或電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成；輸出切換單元可以主要由接觸器和繼電器等其他 電路組成。[0022]控制單元I主要接收原變槳控制系統(tǒng)5傳遞的反饋信號(hào)，并控制驅(qū)動(dòng)單元2執(zhí)行 變槳?jiǎng)幼鳎或?qū)動(dòng)單元2的直流母線輸入信號(hào)是由原三個(gè)變槳控制系統(tǒng)5中的備用電源單元 7直接并聯(lián)接入，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出切換單元4切換輸出到變槳電機(jī)6。該應(yīng)急順槳冗余控 制裝置的工作原理:三個(gè)變槳控制系統(tǒng)5中的控制單元通過(guò)組合邏輯判斷是否因故障而無(wú) 法順槳，如果確定因故障而無(wú)法成功順槳，則響應(yīng)急順槳冗余控制裝置中的控制單元2反 饋?lái)槝∵壿嬓盘?hào)即反饋信號(hào)。如果三個(gè)變槳控制系統(tǒng)5中的控制單元出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象， 通過(guò)硬件邏輯同樣反饋?lái)槝⌒盘?hào)也即反饋信號(hào)。而應(yīng)急順槳冗余控制裝置I中的控制 單元2通過(guò)一定時(shí)序循環(huán)檢測(cè)三個(gè)變槳控制系統(tǒng)5中反饋的順槳失敗邏輯信號(hào)，一旦檢測(cè) 到順槳失敗邏輯信號(hào)后，則控制輸出切換單元4，將驅(qū)動(dòng)單元3的輸出信號(hào)切入到需要順槳 的變槳電機(jī)6，將葉片全部順槳到安全位置。當(dāng)給變槳控制系統(tǒng)5的電網(wǎng)掉電時(shí)，超級(jí)電容 組或蓄電池作為共享的備用電源單元7提供能量，直接給變槳控制系統(tǒng)5的變槳電機(jī)6供 電，使葉片全部順槳到安全位置。[0023]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)在于:[0024]1.增加本實(shí)用新型的應(yīng)急順槳冗余控制裝置1，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)，將未順槳的 葉片重新自動(dòng)順槳到安全位置，降低機(jī)組損傷，進(jìn)一步提高系統(tǒng)安全性，保證機(jī)組更加安全可靠；[0025]2.充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)的資源，將三個(gè)變槳控制系統(tǒng)中的備用電源單元7并聯(lián)在 一起，能量共享，提高能量的利用率，在提高系統(tǒng)安全性基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮系統(tǒng)的成本控制。[0026]本實(shí)用新型除了上述應(yīng)急順槳冗余控制裝置外，還可以通過(guò)增加一整套冗余變槳 控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣目的，但由于整套冗余變槳控制系統(tǒng)，增加了充電器、備用電源單元以 及其他控制器件和信號(hào)，不僅體積增大，而且成本也大大增加等缺點(diǎn)。[0027]本實(shí)用新型中的應(yīng)急順槳冗余控制裝置I的設(shè)計(jì)，通過(guò)增加少數(shù)部分器件，共享系統(tǒng)中的備電方案，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組的葉片全部安全順槳。它的設(shè)計(jì)可靠、容易，并進(jìn)一步提高 系統(tǒng)的安全性，特別是在大型海上風(fēng)機(jī)的應(yīng)用具有更重要的推廣意義。[0028]以上所述實(shí)施例僅是為充分說(shuō)明本實(shí)用新型而所舉的較佳的實(shí)施例，本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上所作的等同替代或變 換，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的應(yīng)急順槳冗余控制裝置，其特征在于，包括:控制單元，所述控制單元用于接收變槳系統(tǒng)輸出的反饋信號(hào)，并將所述反饋信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出反饋處理信號(hào)，所述變槳系統(tǒng)的三個(gè)備用電源單元相互并聯(lián)；驅(qū)動(dòng)單元，與所述控制單元和三個(gè)備用電源單元相連接，所述驅(qū)動(dòng)單元用于接收備用電源單元輸出的備電信號(hào)以及控制單元輸出的反饋處理信號(hào)，通過(guò)備電信號(hào)提供的電源能量，將反饋處理信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并向外輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；輸出切換單元，與所述驅(qū)動(dòng)單元連接，所述輸出切換單元用于接收驅(qū)動(dòng)單元輸出的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，根據(jù)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，向?qū)?yīng)需要控制的變槳電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的應(yīng)急順槳冗余控制裝置，其特征在于，所述的控制單元還與輸出切換單元連接，通過(guò)控制單元對(duì)輸出切 換單元進(jìn)行切換控制， 將輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到需要控制的變槳電機(jī)的輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的應(yīng)急順槳冗余控制裝置，控制單元，所述控制單元用于接收變槳系統(tǒng)輸出的反饋信號(hào)，輸出反饋處理信號(hào)，所述變槳系統(tǒng)的三個(gè)備用電源單元相互并聯(lián)；驅(qū)動(dòng)單元，與所述控制單元和三個(gè)備用電源單元相連接，所述驅(qū)動(dòng)單元用于接收備用電源單元輸出的備電信號(hào)以及控制單元輸出的反饋處理信號(hào)，通過(guò)備電信號(hào)提供的電源能量向外輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；輸出切換單元，與所述驅(qū)動(dòng)單元連接，所述輸出切換單元用于接收驅(qū)動(dòng)單元輸出的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并向?qū)?yīng)需要控制的電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。本實(shí)用新型可以將變槳系統(tǒng)中由于故障而不能順槳到安全位置的葉片重新自動(dòng)順槳到安全位置，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠安全性。
文檔編號(hào)F03D7/00GK203161440SQ20132013369
公開(kāi)日2013年8月28日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者胡清陽(yáng), 龐云亭, 申亮, 李慶江, 張黎杰 申請(qǐng)人:北京天誠(chéng)同創(chuàng)電氣有限公司