CN208669517U - 用于风力发电机组的智能偏航控制平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于风力发电机组的智能偏航控制平台，包括偏航控制柜、偏航电机、液压设备、拖动控制柜、拖动电机、传感器装置和偏航轴承，所述偏航控制柜与所述拖动控制柜连接，并根据所述拖动控制柜的加载数据来调整和输出实时偏航控制指令；所述偏航电机与所述偏航控制柜连接，用于执行所述实时偏航控制指令；所述拖动电机与所述拖动控制柜连接，基于所述拖动控制柜的加载数据对所述偏航轴承施加相应负载；所述偏航轴承分别与所述偏航电机和所述拖动电机连接，以在所述偏航电机与所述拖动电机施加的负载下运行；所述液压设备与所述偏航控制柜连接，根据所述实时偏航控制指令对所述偏航轴承的运行进行控制。

Description

用于风力发电机组的智能偏航控制平台

技术领域

本实用新型涉及风电技术领域，具体地讲，涉及一种用于风力发电机组的智能偏航控制平台。

背景技术

在风力发电机组中，偏航控制是整个风力发电机组控制***的核心之一。偏航控制一直是根据设定好的风向偏差值进行偏航动作，但由于风电场环境的多样化，定值化的偏航控制不能够更好地利用风能。另外，对于偏航控制精确性的智能化研究和可靠性测试也需要真实的风力发电机组偏航控制平台，因此，智能化的精确性的偏航控制成为必然趋势。智能化的精确性控制即自适应控制，是依据风况的不同来实时调整风向偏差值，以更有效的利用风能。

现有技术中，用于风力发电机组偏航控制的实验装置是采用一个工装支架，使用偏航电机、减速器、编码器、风速仪、风向标以及传感器组成的简单的试验平台，无法复现真实的风力发电机组的偏航控制，测试效果不符合实际偏航，且只能实现简单的偏航控制，更不能用于对智能化偏航控制的研究和液压设备测试。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的弊端，提出了一种用于风力发电机组的智能偏航控制平台，通过实时调整偏航控制指令来实现对风力发电机组的智能偏航控制，提高风力发电机组偏航控制的可靠性和精确性，以及用于智能偏航控制研究和液压设备测试。

根据本实用新型的一方面，提供了一种用于风力发电机组的智能偏航控制平台，包括偏航控制柜、偏航电机、液压设备、拖动控制柜、拖动电机、传感器装置和偏航轴承，所述偏航控制柜与所述拖动控制柜连接，并根据所述拖动控制柜的加载数据来调整和输出实时偏航控制指令；所述偏航电机与所述偏航控制柜连接，用于执行所述实时偏航控制指令；所述拖动电机与所述拖动控制柜连接，基于所述拖动控制柜的加载数据对所述偏航轴承施加相应负载；所述偏航轴承分别与所述偏航电机和所述拖动电机连接，以在所述偏航电机与所述拖动电机施加的负载下运行；所述液压设备与所述偏航控制柜连接，根据所述实时偏航控制指令对所述偏航轴承的运行进行控制。

优选地，所述偏航控制柜包括：第一控制柜，与所述拖动控制柜连接，用于采集所述拖动控制柜的加载数据，并根据采集的加载数据来调整实时偏航控制指令；第二控制柜，分别与所述偏航电机和所述液压设备连接，用于根据实时偏航控制指令控制所述偏航电机和所述液压设备。

优选地，所述第一控制柜包括工控机、可编程逻辑控制器、耦合器和I/O模块，其中，所述工控机分别与可编程逻辑控制器和耦合器连接，所述可编程逻辑控制器与I/O模块连接并将生成的实时偏航控制指令输入至所述I/O模块。

优选地，所述第二控制柜包括继电器、微型断路器、接触器和电机保护断路器，其中，所述接触器分别与微型断路器和电机保护断路器连接，以此形成电源主回路来对所述偏航电机和所述液压设备进行控制，所述继电器与所述I/O模块连接，并基于所述I/O模块输出的实时偏航控制指令来控制所述接触器。

优选地，所述传感器装置与所述I/O模块连接，采集和反馈风力发电机组的各部件的实时状态数据。

优选地，所述拖动控制柜根据风力发电机组的叶轮载荷的变化来驱动所述拖动电机进行转动。

优选地，还包括：偏航轴承支架，与所述偏航轴承连接，用于支撑所述偏航轴承和整个智能偏航控制平台。

优选地，所述第一控制柜和第二控制柜分别接入SCADA***，以便于与所述SCADA***进行数据交互。

优选地，所述传感器装置包括温度传感器、电流互感器、振动传感器、压力传感器、应变传感器、流量传感器、扭矩传感器、凸轮计数器和清洁度传感器中的至少一个。

本实用新型为验证偏航控制的可靠性和液压设备测试提供了平台，该平台基于真实的偏航***而搭建，能够同时测试偏航控制与液压控制设备。此外，通过设置拖动电机以及与SCADA***对接进行数据交互，为测试提供真实的运行环境，进而为进一步的测试数据研究提供基础。

附图说明

下面将结合附图进行本实用新型的详细描述，本实用新型的上述特征和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是本实用新型的实施例的用于风力发电机组的智能偏航控制平台的结构图；

图2是本实用新型的实施例的偏航控制柜的框图；

图3是本实用新型的实施例的传感器装置的连接示意图。

具体实施方式

提供以下参照附图的描述以帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本实用新型的示例性实施例。其中，相同的标号始终表示相同的部件。

图1是本实用新型的实施例的用于风力发电机组的智能偏航控制平台的结构图。

如图1所示，根据本实用新型的实施例的用于风力发电机组的智能偏航控制平台包括偏航控制柜1、偏航电机2、液压设备3、拖动控制柜4、拖动电机5、传感器装置6、偏航轴承7和偏航轴承支架8，其中，偏航控制柜1与拖动控制柜4信号连接，并根据拖动控制柜4的加载数据来调整和输出实时偏航控制指令，偏航电机2与偏航控制柜1连接，用于执行偏航控制柜1输出的实时偏航控制指令。拖动电机5与拖动控制柜4连接，用于基于拖动控制柜4的加载数据对偏航轴承7施加相应负载。偏航轴承7分别与偏航电机2和拖动电机5连接，以在偏航电机2与拖动电机5施加的负载下运行。液压设备3与偏航控制柜1连接，根据实时偏航控制指令对偏航轴承7的运行进行控制。

根据本实用新型的实施例，偏航控制柜1包括第一控制柜和第二控制柜。其中，第一控制柜与拖动控制柜4连接，第二控制柜分别与偏航电机2和液压设备3连接。具体地，第一控制柜采集拖动控制柜4的加载数据，并根据采集的加载数据调整实时偏航控制指令，其中，加载数据包括拖动控制柜4的模拟叶轮载荷，模拟叶轮载荷是由风力发电机组的叶轮的实时偏航状态所决定。第二控制柜根据实时偏航控制指令控制偏航电机2和液压设备3进行偏航动作。下面将参照图2来详细说明用于风力发电机组的智能偏航控制平台的偏航控制柜1。

图2是示出本实用新型的实施例的偏航控制柜的框图。

如图2所示，偏航控制柜1包括第一控制柜和第二控制柜，其中，第一控制柜包括工控机21、可编程逻辑控制器22、耦合器23和I/O模块24，第二控制柜包括继电器25、微型断路器26、接触器27和电机保护断路器28。根据本实用新型的实施例，在第一控制柜内，工控机21分别与可编程逻辑控制器22和耦合器23连接，可编程逻辑控制器与I/O模块连接。具体地，工控机21对第一控制柜采集的拖动控制柜4中的加载数据进行数据处理和偏航控制模型的训练，并向可编程逻辑控制器22和耦合器23下载经过训练的偏航控制模型程序。耦合器23对工控机21中的加载数据进行数据转换，将加载数据转化为适用于可编程逻辑控制器22的传输接口的E-bus信号。可编程逻辑控制器22对经过耦合器23转换后的加载数据进行数据处理并根据训练的偏航控制模型生成用于进行智能偏航控制的实时偏航控制指令，然后，可编程逻辑控制器22将生成的实时偏航控制指令传输至I/O模块24。根据本实用新型的实施例，在第二控制柜内，继电器25与接触器27连接，接触器27分别连接微型断路器26和电机保护断路器28。具体地，继电器25与第一控制柜内的I/O模块24连接，并根据I/O模块24输出的实时偏航控制指令来控制接触器27，接触器27分别连接微型断路器26和电机保护断路器28组成电源主回路，继电器25通过控制接触器27来控制电源主回路，以此控制偏航电机2和液压设备3进行动作。这里，电源主回路有接触器27、微型断路器26和电机保护断路器28组成，微型断路器26用于对电源主回路起到短路和过载保护的作用，接触器27用于执行继电器25的控制信号并对接触器27下端的器件起到控制和过载保护的作用，电机保护断路器28用于执行接触器27的控制信号并控制偏航电机2的启停以起到短路和过载保护的作用。另外，电源主回路包括左偏电源回路和右偏电源回路，继电器25根据I/O模块24输出的实时偏航控制指令来控制偏航电机2进行左右偏航以及控制液压设备3进行液压制动。根据本实用新型的实施例，工控机21、可编程逻辑控制器22、耦合器23和I/O模块24之间以及继电器25、微型断路器26、接触器27和电机保护断路器28之间的连接可通过工业路由来实现，第一控制柜和第二控制柜之间通过接线端子进行数据交互。

返回图1，根据本实用新型的实施例，偏航电机2根据偏航控制柜1输出的实时偏航控制指令驱动偏航轴承7转动以控制风力发电机组偏航，拖动电机5根据拖动控制柜4的加载数据对偏航轴承7施加相应负载，即反向驱动偏航轴承7转动。具体地，偏航控制柜1输出实时偏航控制指令以控制偏航电机2进行转动，由此来驱动偏航轴承7，拖动控制柜4根据风力发电机组的叶轮载荷的变化来驱动拖动电机5，以此来反向控制偏航轴承7转动。这里，反向控制是指拖动电机5对偏航轴承7的驱动与偏航电机2对偏航轴承7的驱动相反，拖动电机5对偏航轴承7的转动施加阻力，两者通过对偏航轴承7的协同驱动来实现对风力发电机组的智能偏航控制。一般情况下，用于风力发电机组的智能偏航控制平台的偏航电机2设置为四个，拖动电机5的设置则通常是根据实际电功率和力矩的要求来进行具体设置，例如，当实际电功率的要求为6W时，可设置四个1.5W的拖动电机5或者设置六个1W的拖动电机5等。应理解，上述对于设置拖动电机的举例仅是示例性举例，本实用新型可采用的设置拖动电机的个数不限于此。根据本实用新型的实施例，偏航控制柜1还控制液压设备3根据实时偏航控制指令对偏航轴承7的运行进行控制。具体地，液压设备3通过制动器与偏航轴承7连接，其中，制动器安装在偏航轴承7的内圈，液压设备3在风力发电机组停止偏航时根据风力发电机组的智能偏航的状态进行液压调节以控制偏航轴承7。

根据本实用新型的实施例，传感器装置6用于采集和反馈风力发电机组的各部件的实时状态数据。具体地，风力发电机组在进行智能偏航的过程中，风力发电机组的各部件的状态会发生变化，例如，偏航电机2的转速和转矩的变化、偏航轴承7的磨损状态等，传感器装置6对风力发电机组的各部件的实时状态数据进行数据采集，并将采集的实时状态数据反馈至偏航控制柜1。这里，传感器装置6可包括温度传感器、电流传感器、振动传感器、压力传感器、应变传感器、流量传感器、扭矩传感器、凸轮计数器和清洁度传感器中的至少一个。其中，温度传感器、电流传感器和扭矩传感器可用于采集偏航电机2的绕组温度、电流、转速和转矩，压力传感器、流量传感器和清洁度传感器可用于采集液压设备3的压力、油管流量和液压油的清洁度，凸轮计数器可用于采集偏航轴承7的转速和方向，以及应变传感器和振动传感器可用于采集制动器的形变量和振动量等。另外，传感器装置6对风力发电机组的各部件的实时状态数据进行数据采集时，应变传感器和振动传感器采集测量的制动器的形变量和振动量还可以用来判定偏航轴承7的某个部位的制动状态和偏航轴承7是否发生变形或磨损等情况，温度传感器、电流传感器和扭矩传感器在对偏航电机2进行采集测量时，还可以通过对电流变化情况的实时采集来判定偏航电机2的寿命状态等。应理解，上述对于传感器的举例仅是示例性举例，本实用新型可采用的传感器的种类不限于此。

根据本实用新型的实施例，传感器装置6与偏航控制柜1中的I/O模块24连接，具体如图3中所示。在图3中，传感器装置6与I/O模块24连接，传感器装置6通过I/O模块24将采集的风力发电机组的各部件的实时状态数据传输至可编程逻辑控制器22中。I/O模块24还与继电器25连接，将从可编程逻辑控制器22中接收的实时偏航控制指令传输至继电器25以控制偏航和液压动作设备执行偏航动作。下面可继续参照图2来详细说明传感器装置6将采集的风力发电机组的各部件的实时状态数据反馈至偏航控制柜1。具体地，如图2所示，传感器装置6通过I/O模块24将采集的风力发电机组的各部件的实时状态数据传输至耦合器23，耦合器23将实时状态数据转换为适用于可编程逻辑控制器22的传输接口的E-bus信号，可编程逻辑控制器22接收并将风力发电机组的各部件的实时状态数据反馈至工控机21中。这里，假设可编程逻辑控制器22包括第一PLC和第二PLC，则第一PLC用于将生成的实时偏航控制指令发送至偏航电机2和液压设备3以实现对风力发电机组的偏航控制和液压调节，第二PLC用于将传感器装置6采集的实时状态数据反馈至工控机21以实现对偏航模型的训练。应理解，上述对于可编程逻辑控制器的举例仅是示例性举例，本实用新型可采用的可编程逻辑控制器不限于此。

返回图1，根据本实用新型的实施例，偏航轴承支架8与偏航轴承7连接，偏航轴承支架8用于支撑偏航轴承7和用于风力发电机组的智能偏航控制平台。这里，偏航轴承支架8可采用不同的材料进行制备，其结构形状也没有固定的要求，例如，可采用235钢材进行焊接制备，可制备成底座为方形、四边分别有至少一个柱体进行支撑的支架，或者制备成环形柱状体进行支撑的支架等。应理解，上述对于偏航轴承支架的举例仅是示例性举例，本实用新型可采用的偏航轴承支架不限于此。此外，偏航控制柜1还与SCADA***之间进行数据交互，以此实现了测试数据的不断更新。

本实用新型的优点在于：该智能偏航控制平台基于真实的偏航***而搭建，能够同时测试偏航控制和液压控制设备。此外，通过设置拖动电机以及与SCADA***对接进行数据交互，为测试提供了真实的运行环境，进而为进一步的测试数据研究提供基础。

上述实施例尽管已经参照本实用新型的特定示例性实施例显示和描述了本实用新型，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可进行各种形式和细节上的各种改变。

Claims (9)

1.一种用于风力发电机组的智能偏航控制平台，包括偏航控制柜、偏航电机、液压设备、拖动控制柜、拖动电机、传感器装置和偏航轴承，其特征在于：

所述偏航控制柜与所述拖动控制柜连接，并根据所述拖动控制柜的加载数据来调整和输出实时偏航控制指令；

所述偏航电机与所述偏航控制柜连接，用于执行所述实时偏航控制指令；

所述拖动电机与所述拖动控制柜连接，基于所述拖动控制柜的加载数据对所述偏航轴承施加相应负载；

所述偏航轴承分别与所述偏航电机和所述拖动电机连接，以在所述偏航电机与所述拖动电机施加的负载下运行；

所述液压设备与所述偏航控制柜连接，根据所述实时偏航控制指令对所述偏航轴承的运行进行控制。

2.如权利要求1所述的控制平台，其特征在于，所述偏航控制柜包括：

第一控制柜，与所述拖动控制柜连接，用于采集所述拖动控制柜的加载数据，并根据采集的加载数据来调整实时偏航控制指令；

第二控制柜，分别与所述偏航电机和所述液压设备连接，用于根据实时偏航控制指令控制所述偏航电机和所述液压设备。

3.如权利要求2所述的控制平台，其特征在于，所述第一控制柜包括工控机、可编程逻辑控制器、耦合器和I/O模块，其中，所述工控机分别与可编程逻辑控制器和耦合器连接，所述可编程逻辑控制器与I/O模块连接并将生成的实时偏航控制指令输入至所述I/O模块。

4.如权利要求3所述的控制平台，其特征在于，所述第二控制柜包括继电器、微型断路器、接触器和电机保护断路器，其中，所述接触器分别与微型断路器和电机保护断路器连接，以此形成电源主回路来对所述偏航电机和所述液压设备进行控制，所述继电器与所述I/O模块连接，并基于所述I/O模块输出的实时偏航控制指令来控制所述接触器。

5.如权利要求3所述的控制平台，其特征在于，所述传感器装置与所述I/O模块连接，采集和反馈风力发电机组的各部件的实时状态数据。

6.如权利要求2所述的控制平台，其特征在于，所述拖动控制柜根据风力发电机组的叶轮载荷的变化来驱动所述拖动电机进行转动。

7.如权利要求1所述的控制平台，其特征在于，还包括：

偏航轴承支架，与所述偏航轴承连接，用于支撑所述偏航轴承和整个智能偏航控制平台。

8.如权利要求2所述的控制平台，其特征在于，所述第一控制柜和第二控制柜分别接入SCADA***，以便于与所述SCADA***进行数据交互。

9.如权利要求1所述的控制平台，其特征在于，所述传感器装置包括温度传感器、电流互感器、振动传感器、压力传感器、应变传感器、流量传感器、扭矩传感器、凸轮计数器和清洁度传感器中的至少一个。