專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)，尤其涉及一種風(fēng)力發(fā)電 機(jī)變槳距控制系統(tǒng)。
技術(shù)背景采用變槳技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過變距系統(tǒng)可以調(diào)整葉片的槳距角， 優(yōu)化風(fēng)輪的出力，改善風(fēng)力機(jī)的輸出功率特性，并消除因空氣密度變化和 葉片表面粗糙度對功率輸出的影響。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能主動以全順槳 方式來減少葉輪所承受的風(fēng)壓，具有機(jī)組起動性能好、輸出功率穩(wěn)定、機(jī) 組結(jié)構(gòu)受力小、停機(jī)方便安全和運(yùn)輸起吊難度小等優(yōu)點(diǎn)。另外，通過變槳 系統(tǒng)可以使葉片處于順槳狀態(tài)，這樣在機(jī)組出現(xiàn)故障等情況下，極大地減 小制動工況下作用在傳動系統(tǒng)中的載荷，同時(shí)在極端風(fēng)速工況下通過順槳 減小風(fēng)輪上承受的推力，從而降低塔架所承受的極限載荷。為了保證在電 網(wǎng)失電等意外情況下葉片可靠順槳，需要給變槳距系統(tǒng)提供可靠的后備電 源，在系統(tǒng)斷電情況下給變槳距機(jī)構(gòu)提供足夠的能量，使葉片順槳，保證機(jī)組的安全。專利號為02144809. 4的中國專利公開了一種"兆瓦級風(fēng)電機(jī) 組變速、變距控制系統(tǒng)"，其缺點(diǎn)是液壓裝置漏油無法避免，造成一定的污 染，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié) 構(gòu)簡單、能保障變槳安全的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。本 實(shí)用新型是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，它由中控柜、由中控柜控制的若干個(gè)并聯(lián)的軸柜、以及由每一個(gè)軸柜 單獨(dú)控制的一組直流電機(jī)及傳動裝置構(gòu)成；所述的中控柜包括PLC (可編程控制器)控制單元和控制接口； 所述的軸柜設(shè)有電機(jī)驅(qū)動器，電機(jī)驅(qū)動器聯(lián)接保護(hù)電路驅(qū)動直流電機(jī) 及傳動裝置；軸柜內(nèi)還設(shè)有與電機(jī)驅(qū)動器并聯(lián)的充電電路，充電電路一端 與中控柜聯(lián)接，另一端聯(lián)接充電電池組，充電電池組再與保護(hù)電路聯(lián)接， 充電電路在PLC控制單元給出指令后，控制充電電池組充電所述的直流電機(jī)輸出齒輪上設(shè)有位置傳感器1，直流電機(jī)上還設(shè)有熱保護(hù)開關(guān)、溫度傳感器和加熱器，溫度傳感器、加熱器和熱保護(hù)開關(guān)與PLC 控制單元聯(lián)接，在低溫工作條件時(shí)，提供直流電機(jī)電樞輔助加熱； 所述的傳動機(jī)構(gòu)包括減速器和驅(qū)動齒輪；上位機(jī)(風(fēng)力發(fā)電機(jī)主機(jī))通過控制接口將位置信號發(fā)送至中控柜， 經(jīng)PLC控制單元的位置調(diào)節(jié)器處理后，給出以-10V +10V電壓形式輸出的 u信號，u信號經(jīng)電機(jī)驅(qū)動器的速度調(diào)節(jié)器處理后，給出以電壓形式輸出 的U信號驅(qū)動直流電機(jī)，直流電機(jī)輸出的"角速度信號經(jīng)減速器減速后， 輸出W角速度信號，減速后的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接驅(qū)動齒輪帶動槳葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動，槳葉 則按得到的w ,角速度信號進(jìn)行變槳運(yùn)轉(zhuǎn)；設(shè)置在槳葉轉(zhuǎn)動齒輪上的位置傳感器2適時(shí)將槳葉轉(zhuǎn)動的位置信號通
過編碼器選擇反饋給PLC控制單元進(jìn)行處理；位置傳感器1將電機(jī)軸轉(zhuǎn)動 的位置信號通過編碼器選擇反饋給PLC控制單元進(jìn)行處理，形成位置閉環(huán)。 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題還可以通以以下的技術(shù)方案來進(jìn)一步 實(shí)現(xiàn)。以上所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，所述的位置傳感器1為編碼器1，所述的位置傳感器2為編碼器2。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題還可以通以以下的技術(shù)方案來進(jìn)一步 實(shí)現(xiàn)。以上所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，所述的直 流電機(jī)輸出齒輪上還設(shè)有速度傳感器，速度傳感器將直流電機(jī)輸出的"角 速度信號反饋給電機(jī)驅(qū)動器進(jìn)行處理，形成速度環(huán)。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題還可以通以以下的技術(shù)方案來進(jìn)一步 實(shí)現(xiàn)。以上所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，所述的速 度傳感器為測速發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)中，所述的軸柜可以若干個(gè)，其個(gè)數(shù)一般與槳葉個(gè)數(shù)相對應(yīng)，優(yōu)選3個(gè)。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題還可以通以以下的技術(shù)方案來進(jìn)一步 實(shí)現(xiàn)。以上所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，所述的充電電池組為配備具有AGM技術(shù)的免維護(hù)充電電池，在緊急情況時(shí)，充電電 池組通過保護(hù)電路，為直流電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)1、 PLC控制單元實(shí)現(xiàn)包括了槳葉轉(zhuǎn)角位置閉環(huán)、電池充電控制、箱體溫度控制和故障處理等多項(xiàng)功能；2、 上位機(jī)發(fā)送給PLC控制單元的為單一的位置信號，當(dāng)位置信號未發(fā) 生或出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，PLC控制單元?jiǎng)t認(rèn)為是故障，并適時(shí)作出命令將風(fēng)葉調(diào)整 到安全位置即順槳位置，從而使其控制程序更簡單化，增加了其運(yùn)行的可靠性；3、 本實(shí)用新型中若干個(gè)軸柜均采有相同結(jié)構(gòu)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了軸柜的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，便于管理與維護(hù)；4、 槳葉的驅(qū)動由直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)，由于是線性控制，控制特性較穩(wěn)定， 而以往的交流電機(jī)變頻裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在很大程度上簡化了電機(jī)驅(qū)動 器；同時(shí)，電機(jī)在緊急情況需用備用電池電源供電，直流電機(jī)則省略了冗 煩的交/直轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，即提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。


圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型的控制框圖；圖3為本實(shí)用新型中直流電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)的組成框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l。參照圖1-圖3。 一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，它由中控柜、由中控柜控制的若干個(gè)并聯(lián)的軸柜、以及由每一個(gè)軸柜單獨(dú)控制的一組直流電機(jī)及傳動裝置構(gòu)成；所述的中控柜包括PLC控制單元和控制接口 ；所述的軸柜設(shè)有電機(jī)驅(qū)動器，電機(jī)驅(qū)動器聯(lián)接保護(hù)電路驅(qū)動直流電機(jī) 及傳動裝置；軸柜內(nèi)還設(shè)有與電機(jī)驅(qū)動器并聯(lián)的充電電路，充電電路一端 與中控柜聯(lián)接，另一端聯(lián)接充電電池組，充電電池組再與保護(hù)電路聯(lián)接， 充電電路在PLC控制單元給出指令后:，控制充電電池組充電； 所述的直流電機(jī)輸出齒輪上設(shè)有位置傳感器1，直流電機(jī)上還設(shè)有熱保 護(hù)開關(guān)、溫度傳感器和加熱器，溫度傳感器、加熱器和熱保護(hù)開關(guān)與PLC 控制單元聯(lián)接，在低溫工作條件時(shí)，提供直流電機(jī)電樞輔助加熱；所述的傳動機(jī)構(gòu)包括減速器和驅(qū)動齒輪；上位機(jī)通過控制接口將位置信號發(fā)送至中控柜，經(jīng)PLC控制單元的位 置調(diào)節(jié)器處理后，給出以-10V +10V電壓形式輸出的u信號，u信號經(jīng)電 機(jī)驅(qū)動器的速度調(diào)節(jié)器處理后，給出以電壓形式輸出的U信號驅(qū)動直流電 機(jī)，直流電機(jī)輸出的w角速度信號經(jīng)減速器減速后，輸出c^角速度信號， 減速后的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接驅(qū)動齒輪帶動槳葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動，槳葉則按得到的w ,角速度 信號進(jìn)行變槳運(yùn)轉(zhuǎn)；設(shè)置在槳葉轉(zhuǎn)動齒輪上的位置傳感器2適時(shí)將槳葉轉(zhuǎn)動的位置信號通 過編碼器選擇反饋給PLC控制單元進(jìn)行處理；位置傳感器1將電機(jī)軸轉(zhuǎn)動 的位置信號通過編碼器選擇反饋給PLC控制單元進(jìn)行處理，形成位置閉環(huán)。在正常工作時(shí)，PLC控制單元通過控制接口，與充電電路、電機(jī)驅(qū)動器 以及電機(jī)及傳動裝置等相聯(lián)接，完成變槳控制。變槳控制回路的位置閉環(huán)由PLC控制單元實(shí)現(xiàn)PLC控制單元接受來自 位置傳感器2信號(另有位置傳感器1作為兀余信號)，與上位機(jī)給定的變 槳角度信號即位置命令進(jìn)行比較，通過采用PID控制器方式的位置調(diào)節(jié)器 向電機(jī)驅(qū)動器發(fā)出電機(jī)轉(zhuǎn)速指令。當(dāng)電源及上位機(jī)任意一個(gè)或同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，變槳系統(tǒng)以充電電池組 供電，通過PLC控制單元，驅(qū)動直流電機(jī)，以固定速度開始轉(zhuǎn)動葉片，一 直到達(dá)安全位置，再由位置傳感器反饋信號給PLC控制單元，從而發(fā)送指
令通過制動齒輪制動。實(shí)施例2。在實(shí)施例1中，所述的位置傳感器1為編碼器1，所述的位 置傳感器2為編碼器2。實(shí)施例3。在實(shí)施例1中，所述的直流電機(jī)輸出齒輪上還設(shè)有速度傳感器，速度傳感器將直流電機(jī)輸出的w角速度信號反饋給電機(jī)驅(qū)動器進(jìn)行處 理，形成速度環(huán)。實(shí)施例4。在實(shí)施例2中，所述的直流電機(jī)輸出齒輪上還設(shè)有速度傳感器，速度傳感器將直流電機(jī)輸出的co角速度信號反饋給電機(jī)驅(qū)動器進(jìn)行處理，形成速度環(huán)。在正常工作時(shí)，PLC控制單元通過控制接口，與充電電路、電機(jī)驅(qū)動器 以及電機(jī)及傳動裝置等相聯(lián)接，完成變槳控制。變槳控制回路的位置閉環(huán)由PLC控制單元實(shí)現(xiàn)PLC控制單元接受來自 絕對值編碼器2信號(另有絕對值編碼器1作為冗余信號)，與上位機(jī)給定 的變槳角度信號即位置命令進(jìn)行比較，通過采用PID控制器方式的位置調(diào) 節(jié)器向電機(jī)驅(qū)動器發(fā)出電機(jī)轉(zhuǎn)速指令。速度環(huán)由電機(jī)驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動器接收PLC控制單元的轉(zhuǎn)速命令， 與電機(jī)軸上的速度傳感器信號比較經(jīng)采用PID控制器方式的速度調(diào)節(jié)器作 用實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)過脈寬調(diào)制功率放大環(huán)節(jié)，產(chǎn)生需要 的電樞電壓U，驅(qū)動直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，直流電機(jī)軸與減速器相連，減速后的轉(zhuǎn) 軸聯(lián)接驅(qū)動齒輪帶動槳葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動。當(dāng)電源及上位機(jī)任意一個(gè)或同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，變槳系統(tǒng)以充電電池組 供電，通過PLC控制單元，驅(qū)動直流電機(jī)，以固定速度開始轉(zhuǎn)動葉片，一
直到達(dá)安全位置，再由位置傳感器反饋信號給PLC控制單元，從而發(fā)送指 令通過制動齒輪制動。實(shí)施例5。在實(shí)施例4中，所述的速度傳感器為測速發(fā)電機(jī)。實(shí)施例6。在實(shí)施例1中，所述的軸柜為3個(gè)。實(shí)施例7。在實(shí)施例1或3中，所述的充電電池組為配備具有AGM技術(shù) 的免維護(hù)充電電池，在緊急情況時(shí)，充電電池組通過保護(hù)電路，為直流電 機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)供電。
權(quán)利要求1、一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特征在于，它由中控柜、由中控柜控制的若干個(gè)并聯(lián)的軸柜、以及由每一個(gè)軸柜單獨(dú)控制的一組直流電機(jī)及傳動裝置構(gòu)成；所述的中控柜包括PLC控制單元和控制接口；所述的軸柜設(shè)有電機(jī)驅(qū)動器，電機(jī)驅(qū)動器聯(lián)接保護(hù)電路驅(qū)動直流電機(jī)及傳動裝置；軸柜內(nèi)還設(shè)有與電機(jī)驅(qū)動器并聯(lián)的充電電路，充電電路一端與中控柜聯(lián)接，另一端聯(lián)接充電電池組，充電電池組再與保護(hù)電路聯(lián)接，充電電路在PLC控制單元給出指令后，控制充電電池組充電；所述的直流電機(jī)輸出齒輪上設(shè)有位置傳感器1，直流電機(jī)上還設(shè)有熱保護(hù)開關(guān)、溫度傳感器和加熱器，溫度傳感器、加熱器和熱保護(hù)開關(guān)與PLC控制單元聯(lián)接，在低溫工作條件時(shí)，提供直流電機(jī)電樞輔助加熱；所述的傳動機(jī)構(gòu)包括減速器和驅(qū)動齒輪；上位機(jī)通過控制接口將位置信號發(fā)送至中控柜，經(jīng)PLC控制單元的位置調(diào)節(jié)器處理后，給出以-10V～+10V電壓形式輸出的υ信號，υ信號經(jīng)電機(jī)驅(qū)動器的速度調(diào)節(jié)器處理后，給出以電壓形式輸出的U信號驅(qū)動直流電機(jī)，直流電機(jī)輸出的ω角速度信號經(jīng)減速器減速后，輸出ω1角速度信號，減速后的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接驅(qū)動齒輪帶動槳葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動，槳葉則按得到的ω1角速度信號進(jìn)行變槳運(yùn)轉(zhuǎn)；設(shè)置在槳葉轉(zhuǎn)動齒輪上的位置傳感器2適時(shí)將槳葉轉(zhuǎn)動的位置信號通過編碼器選擇反饋給PLC控制單元進(jìn)行處理；位置傳感器1將電機(jī)軸轉(zhuǎn)動的位置信號通過編碼器選擇反饋給PLC控制單元進(jìn)行處理，形成位置閉環(huán)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述的位置傳感器1為編碼器1，所述的位置傳感器2為編碼器2。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的直流電機(jī)輸出齒輪上還設(shè)有速度傳感器，速度傳感器 將直流電機(jī)輸出的w角速度信號反饋給電機(jī)驅(qū)動器進(jìn)行處理，形成速度環(huán)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述的速度傳感器為測速發(fā)電機(jī)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述的軸柜為3個(gè)。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述的充電電池組為配備具有AGM技術(shù)的免維護(hù)充電電池，在緊急情 況時(shí)，充電電池組通過保護(hù)電路，為直流電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)供電。
專利摘要本實(shí)用新型是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距控制系統(tǒng)，其特征在于，它由中控柜、由中控柜控制的若干個(gè)并聯(lián)的軸柜、以及由每一個(gè)軸柜單獨(dú)控制的一組直流電機(jī)及傳動裝置構(gòu)成；所述的中控柜包括PLC控制單元和控制接口。本實(shí)用新型系統(tǒng)的PLC控制單元實(shí)現(xiàn)包括了槳葉轉(zhuǎn)角位置閉環(huán)、電池充電控制、箱體溫度控制和故障處理等多項(xiàng)功能；上位機(jī)發(fā)送給PLC控制單元的為單一的位置信號，當(dāng)位置信號未發(fā)生或出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，PLC控制單元?jiǎng)t認(rèn)為是故障，并適時(shí)作出命令將風(fēng)葉調(diào)整到安全位置即順槳位置，從而使其控制程序更簡單化，增加了其運(yùn)行的可靠性；槳葉的驅(qū)動由直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)，由于是線性控制，控制特性較穩(wěn)定。
文檔編號F03D7/00GK201050444SQ20072003795
公開日2008年4月23日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者劉欣村, 鵬 張, 李愛英, 林海軍, 穎 程, 陳建華 申請人:連云港杰瑞電子有限公司