風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺的制作方法
【專利摘要】一種風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，屬于風力發(fā)電【技術領域】。包括加載驅(qū)動設備、加載執(zhí)行機構(gòu)、聯(lián)軸器和上位機；所述加載驅(qū)動設備通過加載執(zhí)行機構(gòu)和聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器與風力發(fā)電機組的變槳電機連接；所述變槳電機與其變槳控制系統(tǒng)連接，變槳控制系統(tǒng)PLC連接上位機。本發(fā)明接近真實的模擬風力發(fā)電機組變槳系統(tǒng)的運行；加載設備工作時可以將發(fā)出的電并入電網(wǎng)或自身循環(huán)使用；檢驗自主設計的變槳控制系統(tǒng)性能；檢驗后備電源性能，進而設計出高性能、高品質(zhì)、可靠性和安全性高的風力發(fā)電機組。本發(fā)明的實驗平臺設計容量較大，不但可以驗證自主設計的控制系統(tǒng)性能，還能對機械結(jié)構(gòu)和電氣原件做進一步改進和優(yōu)化。
【專利說明】風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于風電【技術領域】，具體是涉及一種風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺。【背景技術】
[0002]隨著世界范圍內(nèi)能源危機的爆發(fā)，核能發(fā)電的巨大危害性，風能等可再生能源越來越受到更廣泛的關注，并得到廣泛的應用，從而使得風力發(fā)電機組成為風能利用的主要設備。風力發(fā)電機組是風力發(fā)電的核心設備，其性能直接影響到風機的發(fā)電效率和穩(wěn)定性。
[0003]兆瓦級變速變距風力發(fā)電機組是目前市場上的主流機型，由于其結(jié)構(gòu)復雜、變槳系統(tǒng)的隨動特性明顯、風機運行的非線性特性等特點，使得變速變距風電機組控制技術成為風機制造商和研究機構(gòu)的研究熱點之一。兆瓦級風力發(fā)電機組的運行可以根據(jù)風速劃分為三個階段。第一階段:切入風速至額定風速；第二階段:額定風速至切出風速；第三階段:大于切出風速。風力發(fā)電機組運行在第一階段時，變槳系統(tǒng)使葉片開槳至最大迎風面，使風機葉片的升力達到最大，進而實現(xiàn)最大風能捕獲；風力發(fā)電機組運行在第二階段時，變槳系統(tǒng)根據(jù)風速、風向的反饋信號控制槳葉，進而使得發(fā)電機轉(zhuǎn)速維持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)；當風力發(fā)電機組運行在第三階段或出現(xiàn)故障的情況下，變槳系統(tǒng)控制槳葉緊急順槳，利用葉片的空氣動力學特性進行剎車制動，進而保證風機的安全運行。
[0004]由于新設計的兆瓦級風力發(fā)電機組存在很多不確定性因素，為了研發(fā)出更可靠、更安全的新機型，設計一套風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺是十分必要的。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

針對上述存在的技術問題，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺。其能夠提供接近真實的變槳系統(tǒng)，從而使實驗性能和數(shù)據(jù)真實、有效，達到新產(chǎn)品的安全性和可靠性。
[0006]本發(fā)明包括加載驅(qū)動設備、加載執(zhí)行機構(gòu)、聯(lián)軸器和上位機；所述加載驅(qū)動設備通過加載執(zhí)行機構(gòu)和聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器與風力發(fā)電機組的變槳電機連接；所述變槳電機與其變槳控制系統(tǒng)連接，變槳控制系統(tǒng)PLC連接上位機。
[0007]進一步地,所述加載驅(qū)動設備包括前端單元和三個逆變單元；所述前端單元分別連接三個逆變單元，用于驅(qū)動加載執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)不同工況和機型，設置所加載荷的大小。
[0008]進一步地，所述前端單元是共直流母線系統(tǒng)中的雙向整流裝置。
[0009]進一步地，所述加載執(zhí)行機構(gòu)為加載電機。
[0010]進一步地，所述變槳驅(qū)動電機的軸端設置有用于電機絕對位置反饋的多圈絕對值編碼器。
[0011]進一步地，所述變槳驅(qū)動電機為直流電機或交流電機。
[0012]進一步地，所述變槳控制系統(tǒng)的PLC用于接收上位機下發(fā)的速度和位置信號，并將命令下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)內(nèi)的伺服驅(qū)動器，驅(qū)動葉片電機，實現(xiàn)葉片的轉(zhuǎn)動。
[0013]進一步地，所述伺服驅(qū)動器還連接有超級電容，超級電容連接外部充電機，在外部供電掉電的情況下，切入備用電源繼續(xù)給伺服驅(qū)動器供電，使得葉片順槳。[0014]進一步地，所述上位機為安裝有Bladed軟件的PC電腦，模擬風力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)。
[0015]進一步地，所述上位機模擬風力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)的具體方法是:通過風模型、各工況數(shù)據(jù)和位置反饋值，把計算得到的槳距角和變槳速度下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)PLC，再由PLC同時下發(fā)給三個伺服驅(qū)動器驅(qū)動變槳電機旋轉(zhuǎn)槳葉；由變槳控制系統(tǒng)的內(nèi)部傳感器得到的槳葉位置和速度采集到PLC中，再由PLC上傳到PC機中進行計算分析，監(jiān)控變槳控制系統(tǒng)是否正常運行，給出相應的變槳指令。
本發(fā)明的有益效果:
1.本發(fā)明接近真實的模擬風力發(fā)電機組變槳系統(tǒng)的運行；加載設備工作時可以將發(fā)出的電并入電網(wǎng)或自身循環(huán)使用；檢驗自主設計的變槳控制系統(tǒng)性能；檢驗后備電源性能，進而設計出高性能、高品質(zhì)、可靠性和安全性高的風力發(fā)電機組。
[0016]2.本發(fā)明的實驗平臺設計容量較大，基本適用于IOMW以下的所有機型，不但可以驗證自主設計的控制系統(tǒng)性能，還能對機械結(jié)構(gòu)和電氣原件做進一步改進和優(yōu)化，并且加載系統(tǒng)可以將能量回饋電網(wǎng)，節(jié)約資源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1.加載驅(qū)動設備，2.前端單元，3.逆變單元，4.加載執(zhí)行機構(gòu)，5.聯(lián)軸器，6.變槳電機，7.超級電容模組，8.伺服驅(qū)動器，9.上位機，10.PLC，11.編碼器，12.變槳控制系統(tǒng)。
[0018]【具體實施方式】:
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細描述:
實施例:本發(fā)明包括加載驅(qū)動設備1、加載執(zhí)行機構(gòu)4、聯(lián)軸器5和上位機9，所述加載驅(qū)動設備I通過加載執(zhí)行機構(gòu)4和聯(lián)軸器5連接，聯(lián)軸器5與風力發(fā)電機組的變槳電機連接；所述變槳電機6與變槳控制系統(tǒng)12連接，變槳控制系統(tǒng)12的PLClO連接上位機。
[0019]所述加載驅(qū)動設備包括前端單元2和三個逆變單元3 ;所述前端單元2分別連接三個逆變單元3，用于驅(qū)動加載執(zhí)行機構(gòu)4，根據(jù)不同工況和機型，設置所加載荷的大小。所述加載執(zhí)行機構(gòu)4為加載電機。其中AFE為有源2，是共直流母線系統(tǒng)中的雙向(可回饋能量)整流裝置。需要在輸入測裝配外部濾波器LCL。前端單元AFE2不需要任何外部測試設備，可與逆變單元INU3接入同一個現(xiàn)場總線系統(tǒng)，由現(xiàn)場總線控制和監(jiān)控。逆變單元INU3是一個直流供電的雙向逆變器，可實現(xiàn)對電機的供電和控制。前端單元AFE2與逆變單元INU3配合使用，并通過加載電機M給變槳控制系統(tǒng)12加載，模擬葉片的轉(zhuǎn)動，通過監(jiān)控軟件實時觀測加載系統(tǒng)載荷的變化情況。所述變槳電機6的軸端設置有用于電機絕對位置反饋的多圈絕對值編碼器11。所述變槳電機6為直流電機或交流電機。所述聯(lián)軸器5的型號根據(jù)變槳電機的容量選擇。
[0020]所述變槳控制系統(tǒng)12包括相互連接的PLClO和伺服驅(qū)動器8，所述伺服驅(qū)動器8還連接有超級電容7，超級電容7連接外部充電機，在外部供電掉電的情況下，切入備用電源繼續(xù)給伺服驅(qū)動器8供電，使得葉片順槳，保證風機完成緊急順槳并安全停車。變槳控制系統(tǒng)12用于接收上位機下發(fā)的速度和位置信號，并將命令下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)12內(nèi)的伺服驅(qū)動器8，驅(qū)動葉片電機，實現(xiàn)葉片的轉(zhuǎn)動。
[0021]本發(fā)明的整個加載驅(qū)動設備I同時驅(qū)動加載電機4 (直流或交流伺服電機)，通過聯(lián)軸器5給變槳電機6進行加載，真實模擬風機葉片的功能。絕對值編碼器11作為變槳電機的絕對位置反饋給變槳控制系統(tǒng)12的PLC10，進而反饋給上位機9。上位機9通過模擬風速、風向等外部輸入信號，計算并下發(fā)變槳速度和變槳位置到變槳系統(tǒng)12，實現(xiàn)葉片的隨動功能。
[0022]所述上位機為安裝有Bladed軟件的PC電腦，模擬風力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)，具體方法為:首先將風機模型寫入軟件，并加載風速模型，Bladed軟件通過風模型、各工況數(shù)據(jù)和位置反饋值，把計算得到的槳距角和變槳速度下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)PLC，再由PLC同時下發(fā)給三個伺服驅(qū)動器驅(qū)動變槳電機旋轉(zhuǎn)槳葉；由變槳控制系統(tǒng)的內(nèi)部傳感器得到的槳葉位置和速度采集到PLC中，再由PLC上傳到PC機中進行計算分析，監(jiān)控變槳控制系統(tǒng)是否正常運行，給出相應的變槳指令。
[0023]所述變槳控制系統(tǒng)12，分為兩種運行模式:手動運行和自動運行。其中，手動運行可以3個軸柜單獨控制、順時針和逆時針點動、尋原點。自動運行時，變槳PLClO接收來自上位機9的位置和速度指令并下發(fā)給伺服驅(qū)動器8。當有故障觸發(fā)，變槳PLClO會給伺服驅(qū)動器下發(fā)停機指令，利用葉片的空氣動力學特性安全停車。利用變槳PLClO的可視化界面監(jiān)控變槳系統(tǒng)的反饋值，深入了解新機型的設計缺陷并加以優(yōu)化。
[0024]所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺適用于10麗以下電動變槳距控制系統(tǒng)。變槳控制系統(tǒng)12、變槳電機6、聯(lián)軸器5，根據(jù)機型不同進行替換。
[0025]所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，可以測試變槳控制系統(tǒng)的超級電容性能，在加載系統(tǒng)工作的情況下切掉外部供電測試順槳次數(shù)。
[0026]本發(fā)明可以真實模擬風機變槳控制系統(tǒng)，加載系統(tǒng)中的能量是雙向的，節(jié)能效果明顯。上位機是由裝有Bladed軟件的PC構(gòu)成，可以真實模擬風力發(fā)電機組主控系統(tǒng)。該實驗平臺可以大大挺高新機型的安全性和可靠性。
【權利要求】
1.一種風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，其特征在于:包括加載驅(qū)動設備、加載執(zhí)行機構(gòu)、聯(lián)軸器和上位機；所述加載驅(qū)動設備通過加載執(zhí)行機構(gòu)和聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器與風力發(fā)電機組的變槳電機連接；所述變槳電機與其變槳控制系統(tǒng)連接，變槳控制系統(tǒng)PLC連接上位機。
2.如權利要求1所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，其特征在于:所述加載驅(qū)動設備包括前端單元和三個逆變單元；所述前端單元分別連接三個逆變單元，用于驅(qū)動加載執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)不同工況和機型，設置所加載荷的大小。
3.如權利要求2所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，其特征在于:所述前端單元是共直流母線系統(tǒng)中的雙向整流裝置。
4.如權利要求1或2所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，其特征在于:所述加載執(zhí)行機構(gòu)為加載電機。
5.如權利要求1所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，其特征在于:所述變槳驅(qū)動電機的軸端設置有用于電機絕對位置反饋的多圈絕對值編碼器。
6.如權利要求1所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，其特征在于:所述變槳驅(qū)動電機為直流電機或交流電機。
7.如權利要求1所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，其特征在于:所述變槳控制系統(tǒng)的PLC用于接收上位機下發(fā)的速度和位置信號，并將命令下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)內(nèi)的伺服驅(qū)動器，驅(qū)動葉片電機，實現(xiàn)葉片的轉(zhuǎn)動。
8.如權利要求7所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，其特征在于:所述伺服驅(qū)動器還連接有超級電容，超級電容連接外部充電機，在外部供電掉電的情況下，切入備用電源繼續(xù)給伺服驅(qū)動器供電，使得葉片順槳。
9.如權利要求1所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，其特征在于:所述上位機為安裝有Bladed軟件的PC電腦，模擬風力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)。
10.如權利要求9所述風力發(fā)電機組電動變槳距實驗平臺，其特征在于:所述上位機模擬風力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)的具體方法是:通過風模型、各工況數(shù)據(jù)和位置反饋值，把計算得到的槳距角和變槳速度下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)PLC，再由PLC同時下發(fā)給三個伺服驅(qū)動器驅(qū)動變槳電機旋轉(zhuǎn)槳葉；由變槳控制系統(tǒng)的內(nèi)部傳感器得到的槳葉位置和速度采集到PLC中，再由PLC上傳到PC機中進行計算分析，監(jiān)控變槳控制系統(tǒng)是否正常運行，給出相應的變槳指令。
【文檔編號】G05B23/02GK103558030SQ201310508088
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權日:2013年10月24日
【發(fā)明者】徐健, 蔡曉峰, 劉衍選, 胡明清, 張海平, 徐向宇 申請人:沈陽華創(chuàng)風能有限公司, 青島華創(chuàng)風能有限公司, 通遼華創(chuàng)風能有限公司, 寧夏華創(chuàng)風能有限公司