CN108317037A - 一种集成化风力发电机组变桨*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力发电电气控制技术领域，具体的是一种基于集成化风力发电机组变桨***，包括三个变桨控制柜、三个备用电源柜、滑环和集成化控制器；三个变桨控制柜依次相连，变桨控制柜通过滑环分别于集成化控制器和主控柜连接；每个变桨控制柜内部有一个智能IO设备，每个变桨控制柜与一个对应的备用电源柜相连，所述变桨控制柜内部的电机控制器连接相应的变桨电机，所述电机控制器通过控制变桨电机实现桨距角调节。变桨***的控制在集成化控制器中进行，同时集成化控制器还负责主控和变流器的控制，集成化控制器能够全面掌握风电机组主控、变流和变桨***的运行信息，能够全面、准确的判断机组的运行状况，有利于对变桨***做出合理的控制。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电电气控制技术领域，具体的是一种基于集成化控制的风力发电机组变桨***。
技术背景
风能是一种清洁的可再生资源，近年来风力发电技术飞速发展，风电装机容量迅速攀升。随着风电行业的不断发展和竞争的加剧，一方面要求风电机组成本不断下降，另一方面要求风电机组可靠性不断提高。变桨***作为风电机组电控***的重要子***之一，其降本和可靠性要求越来越高。
风电机组电控***主要包含主控、变桨和变流三个子***。现行主流的控制方案中主控、变桨和变流器三大子***都有独立的控制器，分别完成主控***、变桨***和变流***各自的控制。其中主控***通过现场总线（如CAN、PROFIBUS、RS485等）和变桨***进行连接通信，实现主控***和变桨***的信号交互。
由于主控***和变桨***采用独立的控制器，主控***只能通过现场总线获得变桨***的部分信号，因此不能全面掌握变桨***的运行状态，这会对主控***的故障诊断功能带来局限性；主控***与变桨***通信需要有数据转换和解析等过程，占用各自控制器的总线周期，降低了***的控制性能和可靠性；由于主控和变桨***采用不同的控制器，如果两者基于不同的控制平台，对整机厂的后期维护带来了不便。
现有专利申请如：专利申请号为CN201610577603.7，申请日为2016.07.21，名称为“一种风力发电变桨控制***”的发明专利，其技术方案如下：本发明涉及风力发电控制***领域，尤其涉及一种风力发电变桨控制***，包括若干台变桨柜、若干台变桨电机、若干个冗余编码器、若干个接近开关和若干个限位开关，其中，每台所述变桨柜安装有一集成驱动控制单元，所述集成驱动控制单元内集成有安全链继电器，所述若干台变桨柜通过各自的所述安全链继电器串联，并通过一滑环接入主控；每台所述变桨柜通过所述集成驱动控制单元与一台所述变桨电机、一个所述冗余编码器、一个所述接近开关和一个所述位置开关相连；每台所述变桨电机内置有旋转变压器和刹车器，且每台所述变桨电机通过一减速箱与一桨叶相连，所述集成驱动控制单元接收所述主控的控制命令，驱动所述变桨电机对所述桨叶执行变桨操作。上述发明没有提出变桨***与主控***的具体方式，变桨***控制单独在变桨***中完成，变桨***与主控***只是通过通信方式进行信号交互，交互性信号的实时性与数据量受到限制。
发明内容
为了解决现行主控***与变桨***采用独立控制器带来的一系列问题，本发明提出了一种基于集成化控制的风力发电机组变桨***。
为实现上述技术效果，本申请的技术方案如下：
一种集成化风力发电机组变桨***，其特征在于：包括三个变桨控制柜、三个备用电源柜、滑环和集成化控制器；三个变桨控制柜依次相连，变桨控制柜通过滑环分别于集成化控制器和主控柜连接；每个变桨控制柜内部有一个智能IO设备，每个变桨控制柜与一个对应的备用电源柜相连，所述变桨控制柜内部的电机控制器连接相应的变桨电机，所述电机控制器通过控制变桨电机实现桨距角调节。
所述备用电源柜为变桨控制柜提供备用动力电源，当通过滑环传输的动力电源出现故障时，备用电源柜内储能单元将向变桨控制柜提供动力电源，确保变桨的正常运行。备用电源柜内采用蓄电池或超级电容作为储能元件。
所述滑环为静止设备和轮毂中旋转设备的接线接口，所述滑环中通过的信号包括实时工业以太网传输线、安全链连接线、三相400VAC动力电源和230V电源。
所述集成化控制器通过实时工业以太网与变桨控制柜内智能IO设备连接，各个控制柜内的智能IO设备作为集成化控制器的IO设备，智能IO设备属于IO设备的一种，同时智能IO设备也具备独立控制的功能。
所述集成化控制器通过实时工业以太网与三个变桨控制柜的智能IO设备进行连接。集成化控制器和各个智能IO都具备甄别通信网络是否中断的功能。
当集成化控制器与所有智能IO模块正常通信时，集成化控制器通过智能IO采集各个变桨控制柜的信号，集成化控制器再结合从主控、变流器采集的信息，经过计算和诊断，最后向智能IO设备发送相应的控制指令，智能IO根据集成化控制器发送过来的指令控制变桨***的正常运行。
当集成化控制器与某个智能IO模块通信中断时，集成化控制器将控制主控***和变流器做出相应的动作，同时集成化控制器还要向与之没有中断通信的其他IO模块发送控制指令。与集成化控制器中断通信的智能IO模块将不再受集成化控制器控制，直接对相应的变桨电机进行控制。
本发明的优点是：
变桨***的控制在集成化控制器中进行，同时集成化控制器还负责主控和变流器的控制，集成化控制器能够全面掌握风电机组主控、变流和变桨***的运行信息，能够全面、准确的判断机组的运行状况，有利于对变桨***做出合理的控制。
本专利提出的是集成化变桨***，变桨控制与主控控制均在集成化控制器中进行，主控能直接获取变桨***的运行信息，不需要采用特别的通信方式。
变桨和主控、变流三个***采用一个集成化控制器，不需要三个***之间进行信号的交互，有利于提升整个风电机组电控***的控制性能和可靠性。
集成化控制器与智能IO设备之间的通信具备中断甄别功能，当通信中断时，智能IO设备能接管对相应变桨电机的控制，有利于避免变桨***通信中断导致的不受控现象，提升了***的可靠性。
变桨控制器与主控控制器共用，变桨***不再采用单独的PLC控制器，有利于降低***的成本。
附图说明
图1是集成化风力发电机组变桨***的框图。
图2是滑环的接线示意图。
图3是集成化风力发电机组变桨***的控制架构图。
图4是集成化风力发电机组变桨***中变桨控制柜的接线示意图。
具体实施方式
实施例1
一种集成化风力发电机组变桨***包括三个变桨控制柜、三个备用电源柜、滑环和集成化控制器；三个变桨控制柜依次相连，变桨控制柜通过滑环分别于集成化控制器和主控柜连接；每个变桨控制柜内部有一个智能IO设备，每个变桨控制柜与一个对应的备用电源柜相连，所述变桨控制柜内部的电机控制器连接相应的变桨电机，所述电机控制器通过控制变桨电机实现桨距角调节。变桨***的控制在集成化控制器中进行，同时集成化控制器还负责主控和变流器的控制，集成化控制器能够全面掌握风电机组主控、变流和变桨***的运行信息，能够全面、准确的判断机组的运行状况，有利于对变桨***做出合理的控制。
实施例2
一种集成化风力发电机组变桨***包括三个变桨控制柜、三个备用电源柜、滑环和集成化控制器；三个变桨控制柜依次相连，变桨控制柜通过滑环分别于集成化控制器和主控柜连接；每个变桨控制柜内部有一个智能IO设备，每个变桨控制柜与一个对应的备用电源柜相连，所述变桨控制柜内部的电机控制器连接相应的变桨电机，所述电机控制器通过控制变桨电机实现桨距角调节。
所述备用电源柜为变桨控制柜提供备用动力电源，当通过滑环传输的动力电源出现故障时，备用电源柜内储能单元将向变桨控制柜提供动力电源，确保变桨的正常运行。备用电源柜内采用蓄电池或超级电容作为储能元件。
所述滑环为静止设备和轮毂中旋转设备的接线接口，所述滑环中通过的信号包括实时工业以太网传输线、安全链连接线、三相400VAC动力电源和230V电源。
所述集成化控制器通过实时工业以太网与变桨控制柜内智能IO设备连接，各个控制柜内的智能IO设备作为集成化控制器的IO设备，智能IO设备属于IO设备的一种，同时智能IO设备也具备独立控制的功能。
所述集成化控制器通过实时工业以太网与三个变桨控制柜的智能IO设备进行连接。集成化控制器和各个智能IO都具备甄别通信网络是否中断的功能。
当集成化控制器与所有智能IO模块正常通信时，集成化控制器通过智能IO采集各个变桨控制柜的信号，集成化控制器再结合从主控、变流器采集的信息，经过计算和诊断，最后向智能IO设备发送相应的控制指令，智能IO根据集成化控制器发送过来的指令控制变桨***的正常运行。
当集成化控制器与某个智能IO模块通信中断时，集成化控制器将控制主控***和变流器做出相应的动作，同时集成化控制器还要向与之没有中断通信的其他IO模块发送控制指令。与集成化控制器中断通信的智能IO模块将不再受集成化控制器控制，直接对相应的变桨电机进行控制。
变桨***的控制在集成化控制器中进行，同时集成化控制器还负责主控和变流器的控制，集成化控制器能够全面掌握风电机组主控、变流和变桨***的运行信息，能够全面、准确的判断机组的运行状况，有利于对变桨***做出合理的控制。
本专利提出的是集成化变桨***，变桨控制与主控控制均在集成化控制器中进行，主控能直接获取变桨***的运行信息，不需要采用特别的通信方式。
变桨和主控、变流三个***采用一个集成化控制器，不需要三个***之间进行信号的交互，有利于提升整个风电机组电控***的控制性能和可靠性。
集成化控制器与智能IO设备之间的通信具备中断甄别功能，当通信中断时，智能IO设备能接管对相应变桨电机的控制，有利于避免变桨***通信中断导致的不受控现象，提升了***的可靠性。
变桨控制器与主控控制器共用，变桨***不再采用单独的PLC控制器，有利于降低***的成本。
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1所示是本发明中集成化风力发电机组变桨***的框图。集成化风电机组变桨***包含一个滑环、三个变桨控制柜和三个逐一与变桨控制柜配套的备用电源柜。变桨***通过滑环与集成化控制器和主控柜进行连接。
通过滑环的信号包括实时工业以太网通信线、三相交流400V动力电源线、230V电源线和安全链信号线，如图2所示。滑环上的400V动力电源线、230V电源线和安全链信号线来自主控柜，工业实时以太网用于集成化控制器与三个变桨控制柜内部的智能IO设备相连接。
当集成化控制器与三个智能IO设备正常通信工作时，集成化控制器通过智能IO设备对变桨***进行信号采集，同时集成化控制器根据从变流器和主控***采集的信号进行综合计算和诊断，然后向智能IO设备发出控制指令对变桨***进行控制。变桨***的控制架构图如图3所示。当集成化控制器与某个智能IO设备通信中断时，智能IO设备将接管对变桨***的控制。
图4所示是实施例中集成化风力发电机组变桨***中变桨控制柜的接线示意图。集成化风力发电机组变桨***包含滑环、三个变桨控制柜和三个备用电源柜。每个变桨控制柜内部包含一个智能IO设备和一个变桨电机控制器。
三个变桨控制器的动力电源都来自滑环上的动力电源线，三个智能IO设备通过实时工业以太网连接，并连接到来自滑环的以太网网络。三个变桨控制柜还有一组安全链连接线，确保安全链断开时能被主控检测并进行保护，确保机组的安全。
备用电源柜向变桨控制柜内的电机控制器提供备用电源，当来自滑环的动力电源出现故障时，备用电源将向电机控制器提供动力，保证变桨机构的正确动作，确保机组的安全。
智能IO模块负责采集的信号主要包括浆叶的位置信号，具体有3~5°传感器信号、90°传感器信号和95°限位开关信号。电机控制器需要采集电机的温度信号，并通过检测电机转子位置控制变桨电机。电机控制器与智能IO设备之间通过现场总线进行通信，一方面智能IO设备从电机控制器获得反馈信息，另一方面向电机控制器发送变桨指令和其他控制指令。
Claims (7)
1.一种集成化风力发电机组变桨***，其特征在于：包括三个变桨控制柜、三个备用电源柜、滑环和集成化控制器；三个变桨控制柜依次相连，变桨控制柜通过滑环分别于集成化控制器和主控柜连接；每个变桨控制柜内部有一个智能IO设备，每个变桨控制柜与一个对应的备用电源柜相连，所述变桨控制柜内部的电机控制器连接相应的变桨电机，所述电机控制器通过控制变桨电机实现桨距角调节。
2.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨***，其特征在于：所述备用电源柜为变桨控制柜提供备用动力电源，当通过滑环传输的动力电源出现故障时，备用电源柜内储能单元将向变桨控制柜提供动力电源，备用电源柜内采用蓄电池或超级电容作为储能元件。
3.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨***，其特征在于：所述滑环为静止设备和轮毂中旋转设备的接线接口，所述滑环中通过的信号包括实时工业以太网传输线、安全链连接线、三相400VAC动力电源和230V电源。
4.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨***，其特征在于：所述集成化控制器通过实时工业以太网与变桨控制柜内智能IO设备连接。
5.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨***，其特征在于：所述集成化控制器通过实时工业以太网与三个变桨控制柜的智能IO设备进行连接。
6.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨***，其特征在于：当集成化控制器与所有智能IO模块正常通信时，集成化控制器通过智能IO采集各个变桨控制柜的信号，集成化控制器再结合从主控、变流器采集的信息，经过计算和诊断，最后向智能IO设备发送相应的控制指令，智能IO根据集成化控制器发送过来的指令控制变桨***的正常运行。
7.根据权利要求1所述的一种集成化风力发电机组变桨***，其特征在于：当集成化控制器与某个智能IO模块通信中断时，集成化控制器将控制主控***和变流器做出相应的动作，同时集成化控制器还要向与之没有中断通信的其他IO模块发送控制指令；与集成化控制器中断通信的智能IO模块将不再受集成化控制器控制，直接对相应的变桨电机进行控制。
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