專利名稱：具有低電壓穿越功能的液壓驅(qū)動獨(dú)立變槳冗余控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說涉及一種具有低電壓穿越功能的液壓驅(qū)動獨(dú)立變槳冗余控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用的變槳控制系統(tǒng)為統(tǒng)一變槳距技術(shù)，它通過在發(fā)電機(jī)或轉(zhuǎn)速箱上設(shè)置的編碼器，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中或變流器設(shè)置電壓電流信號傳感器來實(shí)時測定輪轂轉(zhuǎn)速及風(fēng)機(jī)功率，當(dāng)風(fēng)機(jī)功率達(dá)到額定功率以上時，可通過風(fēng)機(jī)功率模塊直接輸出的信號來控制輪轂上葉片的攻角，從而限制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入功率，以維持風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率輸出的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。但自然界的實(shí)際風(fēng)況存在風(fēng)切變、湍流、擾動效應(yīng)，加上葉片的重力、離心力等因素，葉片的載荷會發(fā)生不規(guī)則變化，包括周期性不均勻載荷和瞬間沖擊載荷。這些載荷的不規(guī)則變化加劇了葉片的疲勞損害，并且引起輪轂、傳動鏈、塔架等部件的疲勞損害?，F(xiàn)有變槳控制系統(tǒng)不能滿足要求。與此同時，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，有兩個趨勢一是風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不斷增大，單機(jī)的可靠性要求更加高。二是風(fēng)電在電網(wǎng)中的占比越來越多，風(fēng)電電能的不穩(wěn)定性對電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的負(fù)面影響變得不容忽視，因此具有低電壓穿越功能的風(fēng)電機(jī)組成為滿足電網(wǎng)調(diào)度的必須。目前為滿足電網(wǎng)公司對風(fēng)電的低電壓穿越的要求，通常把全部的低電壓穿越責(zé)任全部交由變流器來完成，整個風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)中的主控和變槳系統(tǒng)，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用，特別是變槳和變流之間的數(shù)據(jù)交換采取通訊的方式，而且必須經(jīng)過主控系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)交換，就造成了數(shù)據(jù)的延遲5 20ms，甚至更長，這樣變槳系統(tǒng)在較短時間(不超過625ms)內(nèi)就沒有機(jī)會配合變流器來協(xié)調(diào)完成低電壓穿越功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)不足之處而提供一種能進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組功率調(diào)節(jié)和載荷優(yōu)化控制的具有低電壓穿越功能的液壓驅(qū)動獨(dú)立變槳冗余控制系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)一種具有低電壓穿越功能的液壓驅(qū)動獨(dú)立變槳冗余控制系統(tǒng)，它包括發(fā)電機(jī)、變流器、三個獨(dú)立槳葉控制單元，其特征在于還有采樣模塊單元、控制模塊單元；其中所述采樣模塊單元有風(fēng)機(jī)功率采集器、輪轂轉(zhuǎn)速采集器、低電壓穿越信號采集端、 葉輪位置采集器、槳葉角度采集器、油缸行程采集器組成；風(fēng)機(jī)功率采集器接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)或變流器，輪轂轉(zhuǎn)速采集器接風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)或齒輪箱上的轉(zhuǎn)速編碼器，低電壓穿越信號采集端接變流器，葉輪位置采集器接安裝在輪轂內(nèi)的編碼器，槳葉角度采集器接安裝在輪轂內(nèi)的槳葉絕對值編碼器，油缸行程采集器接驅(qū)動槳葉轉(zhuǎn)動的油缸外部磁致伸縮傳感器；所述控制模塊單元有信號預(yù)處理器、專家數(shù)據(jù)庫、功率控制器、低電壓穿越控制器、載荷優(yōu)化控制器、加權(quán)累加器；所述采樣模塊單元風(fēng)機(jī)功率采集器、輪轂轉(zhuǎn)速采集器輸出端經(jīng)信號預(yù)處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換接專家數(shù)據(jù)庫和功率控制器，所述采樣模塊單元低電壓穿越信號輸出端經(jīng)信號預(yù)處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換并接專家數(shù)據(jù)庫、功率控制器、低電壓穿越控制器，所述采樣模塊單元葉輪位置采集器、槳葉角度采集器、油缸行程采集器輸出端經(jīng)信號預(yù)處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換接專家數(shù)據(jù)庫微處理器、載荷優(yōu)化控制器輸入端，所述功率控制器輸出端、載荷優(yōu)化控制器輸出端、低電壓穿越控制器經(jīng)模式選擇器接入加權(quán)累加器輸入端；所述控制模塊單元的加權(quán)累加器輸出端分別接三個獨(dú)立槳葉控制單元的比例閥控制器。所述控制模塊單元為冗余控制模塊單元，冗余控制模塊單元的信號輸入端接采樣模塊單元各類相應(yīng)的采集器，冗余控制模塊單元的信號輸出端分別接三個獨(dú)立槳葉控制單元的比例閥控制器。所述變流器與低電壓穿越采集端的連接線為屏蔽控制電纜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的具有低電壓穿越功能的液壓驅(qū)動獨(dú)立變槳冗余控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)1)采用硬接線的方式，避免變流器和變槳系統(tǒng)之間結(jié)過兩次數(shù)據(jù)交換的延遲，無延遲的接收到變流器發(fā)出的低電壓穿越信號，配合變流器一起進(jìn)入低電壓穿越運(yùn)行模式。2~)系統(tǒng)無需配置振動傳感器，由專家數(shù)據(jù)庫微處理器依據(jù)槳葉角度和油缸行程信號經(jīng)計(jì)算得到。3)系統(tǒng)在低電壓穿越和獨(dú)立變槳工作模式之間切換，獨(dú)立變槳工作模式為風(fēng)機(jī)機(jī)組功率調(diào)節(jié)和載荷優(yōu)化控制的結(jié)合。4)冗余控制模塊單元的采用可以提高整個系統(tǒng)的可靠性，降低維護(hù)成本。


圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例控制系統(tǒng)原理圖。圖2是圖1實(shí)施例冗余控制模塊單元設(shè)計(jì)原理圖。圖3是圖1實(shí)施例低電壓穿越的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明圖1是本發(fā)明專利的一個實(shí)施例控制系統(tǒng)原理圖。圖中，一種具有低電壓穿越功能的液壓驅(qū)動獨(dú)立變槳冗余控制系統(tǒng)，它包括葉片7、輪轂6、變流器5、發(fā)電機(jī)4、三個獨(dú)立槳葉控制單元3、采樣模塊單元1、冗余控制模塊單元2。冗余控制模塊單元是控制模塊單元的一對熱備份，本實(shí)施例給出的是冗余控制模塊單元。所述采樣模塊單元1有風(fēng)機(jī)功率采集器10、輪轂轉(zhuǎn)速采集器11、低電壓穿越信號采集端28、葉輪位置采集器12、槳葉角度采集器13、油缸行程采集器14組成；風(fēng)機(jī)功率采集器10接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)4或變流器5，輪轂轉(zhuǎn)速采集器11接風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī) 4或齒輪箱上的轉(zhuǎn)速編碼器，低電壓穿越信號采集端觀接變流器5，葉輪位置采集器12接安裝在輪轂6內(nèi)的編碼器，槳葉角度采集器13接安裝在輪轂6內(nèi)的槳葉絕對值編碼器，油缸行程采集器14接驅(qū)動槳葉轉(zhuǎn)動的油缸外部磁致伸縮傳感器；所述冗余控制模塊單元2有信號預(yù)處理器20、21、22，專家數(shù)據(jù)庫27，功率控制器 23，低電壓穿越控制器M，載荷優(yōu)化控制器25，加權(quán)累加器26。所述采樣模塊單元風(fēng)機(jī)功率采集器10、輪轂轉(zhuǎn)速采集器11輸出端經(jīng)信號預(yù)處理器20模數(shù)轉(zhuǎn)換接專家數(shù)據(jù)庫27和功率控制器23，通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)時功率和輪轂轉(zhuǎn)速的監(jiān)測，來改變槳角設(shè)定值以維持風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率和電機(jī)轉(zhuǎn)速在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。所述采樣模塊單元低電壓穿越信號輸出端觀經(jīng)信號預(yù)處理器21模數(shù)轉(zhuǎn)換并接專家數(shù)據(jù)庫27、功率控制器23、低電壓穿越控制器24，當(dāng)?shù)碗妷捍┰娇刂破鱉的輸入端接有來自變流器5的低電壓穿越指令，進(jìn)行工作模式的切換。所述采樣模塊單元葉輪位置采集器12、槳葉角度采集器13、油缸行程采集器14輸出端經(jīng)信號預(yù)處理器22模數(shù)轉(zhuǎn)換接專家數(shù)據(jù)庫27、載荷優(yōu)化控制器輸入端25， 專家數(shù)據(jù)庫27通過對葉輪位置采集器12實(shí)時監(jiān)測所得信號計(jì)算出包括位置不均勻載荷和由風(fēng)切變引起的載荷交變；同時根據(jù)槳葉角度采集器13、油缸行程采集器14的信號計(jì)算葉輪的振動信號，得出葉輪幅面各處風(fēng)力的各種波動。所述功率控制器輸出端、載荷優(yōu)化控制器輸出端、低電壓穿越控制器經(jīng)模式選擇器接入加權(quán)累加器輸入端，獨(dú)立變槳工作模式下， 載荷優(yōu)化控制器25根據(jù)載荷交變和振動信號，最后計(jì)算出載荷補(bǔ)償值，與功率控制器23的控制輸出經(jīng)加權(quán)計(jì)算，發(fā)送控制信號。為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性，本系統(tǒng)設(shè)有冗余控制模塊單元，冗余控制模塊單元的信號輸入端接采樣模塊單元各類相應(yīng)的采集器，冗余控制模塊單元的信號輸出端分別接三個獨(dú)立槳葉控制單元的比例閥控制器。系統(tǒng)冗余控制模塊單元的一對熱備份之間的協(xié)調(diào)由系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件執(zhí)行。所述變流器與低電壓穿越采集端的連接線為屏蔽控制電纜，這樣能保護(hù)信號的傳遞。圖2是圖1實(shí)施例冗余控制單元設(shè)計(jì)原理圖。冗余控制模塊單元的硬件包括電源PSA，PSB兩塊；CPU_A、CPU_B兩塊；網(wǎng)絡(luò)A、網(wǎng)絡(luò)B兩套通訊網(wǎng)，達(dá)到1 1熱備份。當(dāng)任何一個模塊發(fā)生故障，第二個同類模塊就可以勿擾的切換過來，既提高了系統(tǒng)的可靠性，又保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無故障時間大于50萬小時，相當(dāng)于20年無故障運(yùn)行。檢測單元采集到傳感器的信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)總線同時送給CPU-A和CPU-B，同時運(yùn)算，初始設(shè)置通常A為主，B為輔；當(dāng)系統(tǒng)檢測到CPU-A有故障時，就把系統(tǒng)的控制權(quán)交給 CPU-B,同時把CPU-A的故障信號發(fā)送給遠(yuǎn)程控制中心；在合適的工作計(jì)劃下統(tǒng)一安排故障處理，就大大減少了故障停機(jī)，提高了發(fā)電效率，降低了維護(hù)成本。圖3是圖1實(shí)施例低電壓穿越的原理圖。正常工況下，變槳系統(tǒng)接收主控系統(tǒng)的指令，并把變槳系統(tǒng)的工作狀態(tài)反饋給主控系統(tǒng)；當(dāng)變流器撲捉到低電壓工況，就發(fā)出低電壓指令；低電壓指令經(jīng)過屏蔽的電纜直接送給變槳系統(tǒng)，就避開正常工況下，變流器和主控系統(tǒng)經(jīng)過通訊方式完成數(shù)據(jù)交換，再經(jīng)過主控系統(tǒng)的指令通訊方式發(fā)送給變槳系統(tǒng)所引起的通訊延遲。變槳系統(tǒng)實(shí)時采集到變流器發(fā)出的低電壓穿越指令，就能和變流器、主控系統(tǒng)協(xié)同完成低電壓穿越的功能。本發(fā)明中的控制系統(tǒng)特別適宜大型海上風(fēng)電機(jī)組用的具有低電壓穿越能力、液壓驅(qū)動型的獨(dú)立冗余控制系統(tǒng)，經(jīng)各個部件的協(xié)調(diào)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率控制、低電壓穿越和載荷優(yōu)化控制功能，本系統(tǒng)的專家數(shù)據(jù)庫還具自學(xué)習(xí)能力，通過長期收集運(yùn)行數(shù)據(jù)， 不斷完善控制性能。本系統(tǒng)也適合老機(jī)組的改造，可在原來統(tǒng)一變槳的基礎(chǔ)上升級為獨(dú)立變槳系統(tǒng)。
以上結(jié)合實(shí)施例作了說明，上述實(shí)施例并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制，但凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有低電壓穿越功能的液壓驅(qū)動獨(dú)立變槳冗余控制系統(tǒng)，它包括發(fā)電機(jī)、變流器、三個獨(dú)立槳葉控制單元，其特征在于還有采樣模塊單元、控制模塊單元；其中所述采樣模塊單元有風(fēng)機(jī)功率采集器、輪轂轉(zhuǎn)速采集器、低電壓穿越信號采集端、葉輪位置采集器、槳葉角度采集器、油缸行程采集器組成；風(fēng)機(jī)功率采集器接風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)或變流器，輪轂轉(zhuǎn)速采集器接風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)或齒輪箱上的轉(zhuǎn)速編碼器，低電壓穿越信號采集端接變流器，葉輪位置采集器接安裝在輪轂內(nèi)的編碼器，槳葉角度采集器接安裝在輪轂內(nèi)的槳葉絕對值編碼器，油缸行程采集器接驅(qū)動槳葉轉(zhuǎn)動的油缸外部磁致伸縮傳感器；所述控制模塊單元有信號預(yù)處理器、專家數(shù)據(jù)庫、功率控制器、低電壓穿越控制器、載荷優(yōu)化控制器、加權(quán)累加器；所述采樣模塊單元風(fēng)機(jī)功率采集器、輪轂轉(zhuǎn)速采集器輸出端經(jīng)信號預(yù)處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換接專家數(shù)據(jù)庫和功率控制器，所述采樣模塊單元低電壓穿越信號輸出端經(jīng)信號預(yù)處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換并接專家數(shù)據(jù)庫、功率控制器、低電壓穿越控制器，所述采樣模塊單元葉輪位置采集器、槳葉角度采集器、油缸行程采集器輸出端經(jīng)信號預(yù)處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換接專家數(shù)據(jù)庫、載荷優(yōu)化控制器輸入端，所述功率控制器輸出端、載荷優(yōu)化控制器輸出端、低電壓穿越控制器經(jīng)模式選擇器接入加權(quán)累加器輸入端；所述控制模塊單元的加權(quán)累加器輸出端分別接三個獨(dú)立槳葉控制單元的比例閥控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低電壓穿越功能的液壓驅(qū)動獨(dú)立變槳冗余控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制模塊單元為冗余控制模塊單元，冗余控制模塊單元的信號輸入端接采樣模塊單元各類相應(yīng)的采集器，冗余控制模塊單元的信號輸出端分別接三個獨(dú)立槳葉控制單元的比例閥控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有低電壓穿越功能的液壓驅(qū)動獨(dú)立變槳冗余控制系統(tǒng)，其特征在于所述變流器與低電壓穿越采集端的連接線為屏蔽控制電纜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有低電壓穿越功能的液壓驅(qū)動獨(dú)立變槳冗余控制系統(tǒng)。它包括發(fā)電機(jī)、變流器、三個獨(dú)立槳葉控制單元、采樣模塊單元、冗余控制模塊單元；冗余控制模塊單元的信號輸入端接采樣模塊單元各類相應(yīng)的采集器，冗余控制模塊單元的信號輸出端分別接三個獨(dú)立槳葉控制單元的比例閥控制器。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)采用硬接線的方式，無延遲的接收到變流器發(fā)出的低電壓穿越信號，配合變流器一起進(jìn)入低電壓穿越運(yùn)行模式。2)系統(tǒng)無需配置振動傳感器，由專家數(shù)據(jù)庫微處理器依據(jù)槳葉角度和油缸行程信號經(jīng)計(jì)算得到。3)系統(tǒng)在低電壓穿越和獨(dú)立變槳工作模式之間切換。4)冗余控制模塊單元的采用可以提高整個系統(tǒng)的可靠性，降低維護(hù)成本。
文檔編號F03D7/00GK102235303SQ201010163380
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者王自明 申請人:上海明晟自動化技術(shù)有限公司