CN209523844U - 变桨控制***及风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变桨控制***及风力发电机组，变桨控制***包括：主控制器；冗余控制器，通过通讯总线以及信号线与主控制器连接，冗余控制器通过信号线中的电信号判断通讯总线的通断；变桨子***，与冗余控制器连接；以及转速检测装置，与冗余控制器连接，转速检测装置能够获取风力发电机的转速信息，其中，冗余控制器判断通讯总线导通则将主控制器的第一变桨信息传送至变桨子***，冗余控制器判断通讯总线中断则根据转速信息得到第二变桨信息发送至变桨子***。根据本实用新型实施例提供的变桨控制***及风力发电机组，能够解决风力发电机组中的变桨通讯问题，提升风力发电机组的运行稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电机组变桨领域，具体涉及一种变桨控制***及风力发电机组。
背景技术
风力发电机组的主控制器通常设置在塔筒底部，其相当于风力发电机组的大脑，风力发电机组的变桨子***、变流子***、偏航子***等子***设置在风力发电机组的多个不同位置，并与主控制器连接，主控制器综合各个子***的信息，结合风场信息，智能化维持风力发电机组的稳定运行。
变桨子***通过通讯总线与主控制器连接，执行主控制器的指令。然而，由于风力发电机组本身的电磁环境比较复杂，通讯受到电磁干扰不可避免，此外变桨子***与主控制器之间的通讯通常经过滑环，滑环的连接工艺极易被电磁干扰而出现通讯中断的情况。通讯中断时，主控制器无法收到变桨子***的状态信息，不能根据变桨子***的实际情况下发指令；变桨子***也不能收到主控制器的指令，只能顺桨停机。
实用新型内容
本实用新型提供了一种变桨控制***及风力发电机组，能够在主控制器与变桨子***之间的通讯总线中断时继续维持变桨子***的正常运行，提高***的通讯容错率。
一方面，本实用新型提供了一种变桨控制***，其包括：主控制器；冗余控制器，通过通讯总线以及信号线与主控制器连接，冗余控制器通过信号线中的电信号判断通讯总线的通断；变桨子***，与冗余控制器连接；以及转速检测装置，与冗余控制器连接，转速检测装置能够获取风力发电机的转速信息，其中，冗余控制器判断出通讯总线导通则将主控制器的第一变桨信息传送至变桨子***，冗余控制器判断出通讯总线中断则根据转速信息得到第二变桨信息发送至变桨子***。
根据本实用新型实施例的一个方面，冗余控制器包括：判断模块，与信号线连接，判断模块接收到第一信号则确认通讯总线导通，判断模块接收到第二信号则确认通讯总线中断。
根据本实用新型实施例的一个方面，信号线为电平信号线，第一信号、第二信号中的任一为高电平信号，另一为低电平信号。
根据本实用新型实施例的一个方面，冗余控制器包括：转速控制器，与转速检测装置连接；以及桨叶位置控制器，与转速控制器以及变桨子***连接，转速控制器根据转速信息与转速预设值比对得到变速信息发送至桨叶位置控制器，桨叶位置控制器根据变速信息得到的变角度信息发送至变桨子***。
根据本实用新型实施例的一个方面，变桨控制***还包括：角度测量装置，与冗余控制器的桨叶位置控制器连接，角度测量装置能够获取桨叶的桨距角信息，桨叶位置控制器根据变速信息以及桨距角信息得到变角度信息。
根据本实用新型实施例的一个方面，通讯总线传输有心跳信号，冗余控制器还通过心跳信号判断通讯总线的通断。
根据本实用新型实施例的一个方面，通讯总线为PROFIBUS-DP总线、无线通讯总线中的任一；信号线为24V信号线。
根据本实用新型实施例的一个方面，转速检测装置为旋转编码器或接近开关。
根据本实用新型实施例的一个方面，冗余控制器包括：过速保护模块，与转速检测装置以及变桨子***连接，过速保护模块比对转速信息与阈值转速，以在转速信息超过阈值转速时向变桨子***发送紧急收桨信息。
另一方面，本实用新型实施例还提供一种风力发电机组，其包括前述任一项的变桨控制***。
根据本实用新型实施例提供的变桨控制***及风力发电机组，增加冗余控制器，冗余控制器可以在主控制器与变桨子***通讯中断的情况下，接管向变桨子***发送控制指令的任务，维持风力发电机组继续运行，实现主控制器通讯中断工况下的长期容错运行，从而解决风力发电机组中的变桨通讯问题，提升风力发电机组的平均故障间隔时间(MeanTime Between Failure，MTBF)，即提升风力发电机组的运行稳定性。
由于冗余控制器可以在主控制器与变桨子***通讯中断的情况下仍然维持风力发电机组的正常运行，从而可以降低变桨子***与主控制器的通讯质量要求，削弱通讯总线中滑环通讯问题带来的影响，并且可以采用更加便捷的无线通讯模式作为通讯总线的通讯方式。
在一些可选的实施例中，冗余控制器包括与转速检测装置连接的过速保护模块，能够在风力发电机组出现过速工况时紧急收桨，可以有效解决风力发电机组出现过速、飞车等问题隐患。
附图说明
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按实际比例绘制。
图1示出根据本实用新型实施例的变桨控制***的结构示意图；
图2示出根据本实用新型实施例的变桨控制***的结构框图；
图3示出根据本实用新型实施例的变桨控制***在通讯总线导通时的信息传递示意图；
图4示出根据本实用新型实施例的变桨控制***在通讯总线中断时的信息传递示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，并不被配置为限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本实用新型提供一种变桨控制***，该变桨控制***用于风力发电机组中产生变桨相关的信号送至变桨子***，变桨子***根据相关的信号控制变桨驱动装置驱动桨叶相对轮毂运动，以调节桨叶桨距角等角度，实现变桨操作。
图1示出根据本实用新型实施例的变桨控制***的结构示意图。本实施例的变桨控制***包括主控制器110、冗余控制器120、变桨子***130以及转速检测装置140，此外在一些实施例中还可以包括角度测量装置150。
风力发电机组可以包括塔架200、转动设置于塔架200上的机舱300、与机舱300连接的轮毂400以及与轮毂400连接的多个桨叶500。
主控制器110可以设置在塔架200的底部，风力发电机组的变桨子***130设置在轮毂400以及桨叶500处，变桨子***130与主控制器110通讯连接。风力发电机组还可以包括变流子***、偏航子***等其它子***设置，设置在风力发电机组的多个不同位置，并且均与主控制器110通讯连接。
本实施例的变桨控制***设有冗余控制器120，冗余控制器120可以设置于轮毂400内。冗余控制器120通过通讯总线160以及信号线170与主控制器110连接，冗余控制器120可以通过信号线170中的电信号判断通讯总线160的通断。
本实施例中，变桨子***130与冗余控制器120连接，可以通过冗余控制器120与主控制器110通讯连接。
转速检测装置140，与冗余控制器120连接，转速检测装置140可以设置在轮毂400内，其采集发电机的转速，从而能够获取风力发电机的转速信息。在一些实施例中，转速检测装置140为旋转编码器或接近开关，其中优选采用旋转编码器。当转速检测装置140为接近开关时，可以通过接近开关的触发频率判断发电机的转速。
如前所述，冗余控制器120可以通过信号线170中的电信号判断通讯总线160的通断。其中，在正常工况下，冗余控制器120判断得到通讯总线160导通，此工况下冗余控制器120将主控制器110的第一变桨信息传送至变桨子***130，即起到信息传递的作用。在变桨通讯中断的工况下，冗余控制器120判断得到通讯总线160中断，此工况下冗余控制器120根据转速检测装置140的转速信息得到第二变桨信息，并发送至变桨子***130，继续维持变桨操作及风力发电机组的运行。
根据本实用新型实施例提供的变桨控制***，增加了冗余控制器120，其可以在主控制器110与变桨子***130通讯中断的情况下，接管向变桨子***130发送控制指令的任务，维持风力发电机组继续运行，实现主控制器通讯110中断工况下的长期容错运行，从而解决风力发电机组中的变桨通讯问题，提升风力发电机组的平均故障间隔时间，即提升风力发电机组的运行稳定性。
在一些实施例中，通讯主线160的通讯连接方式可以是导电线缆，通讯主线160例如是PROFIBUS-DP总线。导电线缆在塔架200与机舱300的转动连接部位可以设置导电滑环实现电连接或通讯连接。在其它一些实施例中，通讯主线160也可以是其它通讯连接方式，例如通讯主线160是无线通讯总线。
由于冗余控制器120可以在主控制器110与变桨子***130通讯中断的情况下仍然维持风力发电机组的正常运行，从而可以降低变桨子***130与主控制器110的通讯质量要求，削弱通讯总线160中滑环通讯问题带来的影响，并且可以采用更加便捷的无线通讯模式作为通讯总线160的通讯方式。
图2示出根据本实用新型实施例的变桨控制***的结构框图，图3示出该变桨控制***在通讯总线导通时的信息传递示意图，图4示出该变桨控制***在通讯总线中断时的信息传递示意图。在本实施例中，冗余控制器120包括判断模块121，判断模块121与信号线170连接，用于通讯总线160通断的判断。其中，如图3，判断模块121接收到第一信号C1则确认通讯总线160导通，如图4，判断模块121接收到第二信号C2则确认通讯总线160中断。
如图3，判断模块121判断通讯总线160导通时，判断模块121将主控制器110经过通讯总线160传输的第一变桨信息T1传递至变桨子***130。如图4，判断模块121判断通讯总线160中断时，冗余控制器120接管向变桨子***130发送控制指令的任务，向变桨子***130发送第二变桨信息。在一些实施例中，第二变桨信息包括变角度信息AT，在另外一些实施例中，第二变桨信息还可以包括紧急收桨信息EM，下文中将会详细说明。
信号线170可以是电平信号线，判断模块121可以通过高低电平判断通讯总线160的通断，上述的第一信号C1、第二信号C2中的任一为高电平信号，另一为低电平信号。在一些实施例中，信号线170为24V信号线。
在主控制器110与冗余控制器120之间的电连接以及通讯连接经过有滑环的实施例中，当滑环收到电磁干扰等情况使得通讯总线160中断时，信号线170仍然可以保持信号正常传输。
在一些实施例中，通讯总线160传输有心跳信号，即每隔一段时间由主控制器110向冗余控制器120发送一个很小的数据包，冗余控制器120还通过心跳信号判断通讯总线160的通断。
冗余控制器120以及主控制器110均可以具有三种运行模式，即正常模式、容错模式以及故障模式，其中冗余控制器120的模式切换方式如下所述。
在正常模式下，如果发生故障，则进入故障模式；故障消除且复位、或者故障消除后，由故障模式恢复至正常模式。如果通过信号线170的电信号和/或通讯总线160的心跳信号判断得到通讯总线160中断，且主控制器110进入容错模式，则进入容错模式。如果通过信号线170的电信号和/或通讯总线160的心跳信号判断得到通讯总线160恢复导通，且主控制器110进入正常模式，则进入正常模式。在容错模式下，如果发生故障、或主控制器110进入故障模式、或容错模式运行的时间超过阈值(例如是10秒)，则进入故障模式。
如图2，本实施例的冗余控制器120还包括转速控制器122以及桨叶位置控制器123。其中转速控制器122与转速检测装置140连接。桨叶位置控制器123与转速控制器122以及变桨子***130连接。
如图4，转速检测装置140能够检测发电机M的转速，得到转速信息S1传送至转速控制器122。转速控制器122根据转速信息S1与转速预设值S0比对得到变速信息ST发送至桨叶位置控制器123，桨叶位置控制器123根据变速信息ST得到的变角度信息AT发送至变桨子***130。
本实施例的变桨控制***还包括角度测量装置150，角度测量装置150与冗余控制器120的桨叶位置控制器123连接，角度测量装置150能够获取桨叶的桨距角信息A1。本实施例的桨叶位置控制器123根据变速信息ST以及桨距角信息A1得到上述的变角度信息AT。
变桨子***130通过变桨驱动装置与桨叶500连接，变桨子***130收到第一变桨信息T1或桨叶位置控制器123发出的变角度信息AT后，控制变桨驱动装置驱动桨叶500相对轮毂运动，以调节桨叶500的实际桨距角，实现变桨操作。桨叶500的实际桨距角变换后，其带动发动机M的实际转速也相应发生变化。
在一些实施例中，转速控制器122比对转速信息S1与转速预设值S0，如果S1＜S0，即此时发电机实际转速低于转速预设值，转速控制器122发出的变速信息ST为提升转速指令，则桨叶位置控制器123根据桨距角信息A1(即当前桨叶实际位置信息)发出开桨的变角度信息AT，变桨子***130控制变桨驱动装置驱动桨叶500开桨，增加风力发电机组获得的风能。
在一些实施例中，转速控制器122比对转速信息S1与转速预设值S0，如果S1＞S0，即此时发电机实际转速高于转速预设值，转速控制器122发出的变速信息ST为降低转速指令，则桨叶位置控制器123根据桨距角信息A1(即当前桨叶实际位置信息)发出顺桨的变角度信息AT，变桨子***130控制变桨驱动装置驱动桨叶500顺桨，减少风力发电机组获得的风能。
在一些实施例中，冗余控制器120还可以包括过速保护模块124，该与转速检测装置140以及变桨子***130连接，过速保护模块124比对转速信息S1与阈值转速SM，以在转速信息S1超过阈值转速SM时向变桨子***130发送紧急收桨信息EM。
变桨子***130收到紧急收桨信息EM后，控制变桨驱动装置驱动桨叶500相对轮毂运动，对桨叶500紧急收桨，从而能够在风力发电机组出现过速工况时紧急收桨，有效解决风力发电机组出现过速、飞车等问题隐患。
本实用新型实施例还提供一种风力发电机组，其包括上述任一实施例的变桨控制***。本实用新型实施例的风力发电机组的变桨控制***增加了冗余控制器，该冗余控制器可以在主控制器与变桨子***通讯中断的情况下，接管向变桨子***发送控制指令的任务，维持风力发电机组继续运行。
风力发电机组在主控制器的变桨通讯中断时可以继续容错运行，从而解决风力发电机组中的变桨通讯问题，提升风力发电机组的平均故障间隔时间，即提升风力发电机组的运行稳定性。
由于冗余控制器可以在主控制器与变桨子***通讯中断的情况下仍然维持风力发电机组的正常运行，从而可以降低变桨子***与主控制器的通讯质量要求，削弱通讯总线中滑环通讯问题带来的影响，并且可以采用更加便捷的无线通讯模式作为通讯总线的通讯方式。
此外在一些实施例中，风力发电机组的冗余控制器包括与转速检测装置连接的过速保护模块，能够在风力发电机组出现过速工况时紧急收桨，可以有效解决风力发电机组出现过速、飞车等问题隐患。
依照本实用新型如上文所述的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种变桨控制***，其特征在于，包括：
主控制器(110)；
冗余控制器(120)，通过通讯总线(160)以及信号线(170)与所述主控制器(110)连接，所述冗余控制器(120)通过所述信号线(170)中的电信号判断所述通讯总线(160)的通断；
变桨子***(130)，与所述冗余控制器(120)连接；以及
转速检测装置(140)，与所述冗余控制器(120)连接，所述转速检测装置(140)能够获取风力发电机的转速信息，
其中，所述冗余控制器(120)判断出所述通讯总线(160)导通则将所述主控制器(110)的第一变桨信息传送至所述变桨子***(130)，所述冗余控制器(120)判断出所述通讯总线(160)中断则根据所述转速信息得到第二变桨信息发送至所述变桨子***(130)。
2.根据权利要求1所述的变桨控制***，其特征在于，所述冗余控制器(120)包括：
判断模块(121)，与所述信号线(170)连接，所述判断模块(121)接收到第一信号则确认所述通讯总线(160)导通，所述判断模块(121)接收到第二信号则确认所述通讯总线(160)中断。
3.根据权利要求2所述的变桨控制***，其特征在于，所述信号线(170)为电平信号线，所述第一信号、所述第二信号中的任一为高电平信号，另一为低电平信号。
4.根据权利要求1所述的变桨控制***，其特征在于，所述冗余控制器(120)包括：
转速控制器(122)，与所述转速检测装置(140)连接；以及
桨叶位置控制器(123)，与所述转速控制器(122)以及所述变桨子***(130)连接，
所述转速控制器(122)根据所述转速信息与转速预设值比对得到的变速信息发送至所述桨叶位置控制器(123)，所述桨叶位置控制器(123)根据所述变速信息得到的变角度信息发送至所述变桨子***(130)。
5.根据权利要求4所述的变桨控制***，其特征在于，还包括：
角度测量装置(150)，与所述冗余控制器(120)的所述桨叶位置控制器(123)连接，所述角度测量装置(150)能够获取桨叶的桨距角信息，所述桨叶位置控制器(123)根据所述变速信息以及所述桨距角信息得到所述变角度信息。
6.根据权利要求1所述的变桨控制***，其特征在于，所述通讯总线(160)传输有心跳信号，所述冗余控制器(120)还通过所述心跳信号判断所述通讯总线(160)的通断。
7.根据权利要求1所述的变桨控制***，其特征在于，所述通讯总线(160)为PROFIBUS-DP总线、无线通讯总线中的任一；
所述信号线(170)为24V信号线。
8.根据权利要求1所述的变桨控制***，其特征在于，所述转速检测装置(140)为旋转编码器或接近开关。
9.根据权利要求1所述的变桨控制***，其特征在于，所述冗余控制器(120)包括：
过速保护模块(124)，与所述转速检测装置(140)以及所述变桨子***(130)连接，所述过速保护模块(124)比对所述转速信息与阈值转速，以在所述转速信息超过所述阈值转速时向所述变桨子***(130)发送紧急收桨信息。
10.一种风力发电机组，其特征在于，包括根据权利要求1至9任一项所述的变桨控制***。
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