專利名稱：具備特殊工況處理邏輯的風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤屬風(fēng)力發(fā)電變槳距控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電變槳距控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向著變速、變槳距機(jī)型 發(fā)展，風(fēng)機(jī)機(jī)組容量、運(yùn)行可靠性、電能質(zhì)量相對于定槳距機(jī)組有了大幅提高。正常工況下， 變槳距系統(tǒng)作為位置隨動系統(tǒng)，跟隨主控位置指令，對提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率和改 善電能質(zhì)量有著重要意義。風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時，涉及到風(fēng)機(jī)安全停機(jī)、檢修維護(hù)、檢修完成后復(fù)位啟機(jī)等特殊工 況的處理，變槳距控制系統(tǒng)須處于不同的工作模式，包括(1)在復(fù)位啟機(jī)過程中，驅(qū)動槳葉至89度位置，等待主控槳距角位置指令；(2)在槳葉96度限位開關(guān)動作時，驅(qū)動槳葉至89度位置；(3)安全鏈斷開時，驅(qū)動槳葉至91度限位開關(guān)位置，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的安全停機(jī)；(4)在人工進(jìn)入輪轂檢修時，執(zhí)行槳葉的手動正反轉(zhuǎn)操作；(5)在相鄰軸電機(jī)驅(qū)動器緊急順槳失敗時，由本軸電機(jī)驅(qū)動器對其槳葉完成順槳。具備上述特殊工況處理邏輯的變槳距控制系統(tǒng)，才能滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行的 實(shí)際需求。目前從國外廠商購買或引進(jìn)的變槳距控制系統(tǒng)產(chǎn)品大多只集成有上述前四項(xiàng)特 殊工況處理邏輯，并無第五項(xiàng)邏輯，且其特殊工況處理的內(nèi)部控制邏輯都集成于變槳距控 制系統(tǒng)的較上層的變槳PLC控制器中，并不在其底層的執(zhí)行機(jī)構(gòu)——電機(jī)驅(qū)動器中實(shí)現(xiàn)，其 實(shí)際上是對槳葉角度的間接控制。如果變槳PLC出現(xiàn)故障，即使電機(jī)驅(qū)動器正常，也難以保 證槳葉順槳動作的順利執(zhí)行，而槳葉的能否成功順槳又關(guān)系到整個風(fēng)電機(jī)組的安全?；趯︼L(fēng)機(jī)整機(jī)廠商的反復(fù)、深入需求分析與風(fēng)機(jī)現(xiàn)場的實(shí)際調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，本發(fā)明 深度掌握變槳距控制系統(tǒng)的特殊工況的特點(diǎn)與要求，開發(fā)、制定出嚴(yán)密的邏輯控制方案，并 在底層的電機(jī)驅(qū)動器中加以實(shí)現(xiàn)，完成了特殊工況處理的多種工作模式之間的可靠和有效 切換，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。變槳距控制系統(tǒng)僅僅實(shí)現(xiàn)簡單的角度控制功能并不能滿足現(xiàn)場實(shí)際需要。目前變 槳距控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時，涉及到特殊工況中多種工作模式的可靠、有效切換問題，其原 因在于(1)不可能同時處于兩種或兩種以上的特殊工況邏輯；(2)基于系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)的考慮，五種特殊工況邏輯，其是有優(yōu)先級高低之分的。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問題，本發(fā)明提出了一個新的包含特殊工況處理邏輯 的風(fēng)力發(fā)電變槳電機(jī)驅(qū)動器。本發(fā)明的目的之一是在變槳控制系統(tǒng)底層的電機(jī)驅(qū)動器中實(shí) 現(xiàn)特殊工況處理邏輯，對槳葉角度直接控制，減輕變槳PLC的邏輯復(fù)雜程度和PLC內(nèi)部運(yùn)算 開銷，提高整個系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯能力。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是變槳距控制系統(tǒng)
3在實(shí)現(xiàn)常規(guī)的槳葉角度控制功能的前提下，能實(shí)現(xiàn)五種特殊工況邏輯之間的安全、可靠切 換。保證了在任意時刻只可能處于一種特殊工況邏輯，且針對變槳距控制系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)中的 實(shí)際運(yùn)行需要，以保障風(fēng)電機(jī)組的安全性作為最高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了五種特殊工況的優(yōu)先級，邏 輯嚴(yán)謹(jǐn)可靠，真正滿足了現(xiàn)場的實(shí)際需求。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案一種具備特殊工況處理邏輯的風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)，包括變槳PLC、第一電機(jī) 驅(qū)動器、第二電機(jī)驅(qū)動器、第三電機(jī)驅(qū)動器；其特征在于所述變槳PLC控制第一至第三軸，每個軸分別包括一個所述電機(jī)驅(qū)動器、一個所 述電機(jī)和一個所述編碼器，每個軸對應(yīng)一個風(fēng)機(jī)槳葉，三個軸之間彼此獨(dú)立；變槳PLC通過CAN總線分別與所述第一電機(jī)驅(qū)動器、第二電機(jī)驅(qū)動器、第三電機(jī)驅(qū) 動器相連；變槳PLC向第一至第三電機(jī)驅(qū)動器發(fā)送位置指令，第一至第三電機(jī)驅(qū)動器分別驅(qū) 動第一至第三電機(jī)轉(zhuǎn)動，第一至第三電機(jī)分別耦合第一至第三槳葉軸承轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)槳葉角 度的跟隨與定位控制，槳葉的角度反饋由分別安裝在第一至第三電機(jī)端部的第一至第三編 碼器獲得。風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)的特殊工況處理邏輯集成在變槳距控制系統(tǒng)底層的第 一至第三電機(jī)驅(qū)動器中，所述特殊工況處理邏輯如下復(fù)位時，驅(qū)動槳葉至89度位置，其優(yōu)先級為最低；旁路時，驅(qū)動槳葉離開96度限位開關(guān)至89度位置，其優(yōu)先級為低；冗余順槳時，由本軸電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動相鄰軸槳葉至91度限位開關(guān)位置，其優(yōu)先級 為中。緊急順槳時，驅(qū)動槳葉至91度限位開關(guān)位置，其優(yōu)先級為高；手動時，檢修人員進(jìn)入輪轂手動操作槳葉的開槳和順槳，其優(yōu)先級為最高。即上述復(fù)位、旁路、冗余順槳、緊急順槳和手動5種特殊工況工作模式的優(yōu)先級別 依次升高。本發(fā)明提出的變槳距控制系統(tǒng)在底層的電機(jī)驅(qū)動器中加以實(shí)現(xiàn)，減輕變槳PLC的 邏輯復(fù)雜程度和PLC內(nèi)部運(yùn)算開銷，提高整個系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯能力。同時，五 種特殊工況處理邏輯，從根本上解決了五種特殊工況對應(yīng)的工作模式之間的切換帶來的可 靠性問題，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，在滿足了現(xiàn)場實(shí)際需求的同時，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性均有大幅度的提高。


圖1為變槳距控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為變槳距控制系統(tǒng)與主控PLC的連接示意圖；圖3為特殊工況處理邏輯的原理圖；圖4為特殊工況的五種工作模式的優(yōu)先級示意圖；圖5為特殊工況處理邏輯的軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)說明書附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)說明。
應(yīng)用本發(fā)明的具備特殊工況處理邏輯的變槳距控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)見附圖1，變 槳PLC通過CAN總線與第一至第三電機(jī)驅(qū)動器相連。第一至第三電機(jī)驅(qū)動器分別驅(qū)動第一 至第三電機(jī)。所述第一電機(jī)至第三電機(jī)分別驅(qū)動第一至第三槳葉軸承，通過三個槳葉軸承 的轉(zhuǎn)動，來實(shí)現(xiàn)三個槳葉角度的變化。正常工況下，變槳PLC通過CAN總線向電機(jī)驅(qū)動器 發(fā)送角度指令，電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)進(jìn)而帶動槳葉軸承轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)槳葉角度的跟隨與定位 控制，第一至第三槳葉角度反饋分別由安裝在第一至第三電機(jī)端部的第一至第三編碼器獲 得。如圖2表示為變槳距控制系統(tǒng)與主控PLC的連接示意圖，主控PLC通過 PR0FIBUS-DP通信線路與變槳PLC相連，主控PLC通過內(nèi)部計(jì)算產(chǎn)生風(fēng)機(jī)槳葉角度指令，并 將此位置指令傳送給變槳PLC，再由變槳PLC下發(fā)至三個電機(jī)驅(qū)動器。如圖3表示特殊工況處理邏輯的原理圖。五種特殊工況分別是復(fù)位、旁路、緊急順 槳、冗余順槳和手動。以下所述的89度位置、91度限位開關(guān)位置、96度限位開關(guān)位置皆是 槳葉的安全位置，都實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的安全停機(jī)；槳葉開槳指的是槳葉往小角度方向轉(zhuǎn)動，槳葉 順槳指的是槳葉往大角度方向轉(zhuǎn)動，槳葉角度變化范圍是0度至100度。復(fù)位的觸發(fā)判斷通過變槳電機(jī)驅(qū)動器的CAN通信控制字獲得，執(zhí)行復(fù)位動作是指 在復(fù)位啟機(jī)過程中，驅(qū)動槳葉至89度位置，等待主控槳距角位置指令；旁路的觸發(fā)判斷通過變槳電機(jī)驅(qū)動器的DI輸入獲得，執(zhí)行旁路動作是指在槳葉 96度限位開關(guān)動作時，驅(qū)動槳葉歸位至89度位置；緊急順槳的觸發(fā)判斷通過變槳電機(jī)驅(qū)動器的DI輸入獲得，執(zhí)行緊急順槳是指在 安全鏈斷開時，驅(qū)動槳葉至91度限位開關(guān)位置，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的安全停機(jī)；冗余順槳的觸發(fā)判斷通過變槳電機(jī)驅(qū)動器的DI輸入獲得，執(zhí)行冗余順槳是指在 相鄰軸電機(jī)驅(qū)動器緊急順槳失敗時，由本軸的電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動其槳葉至91度限位開關(guān)位 置；手動的觸發(fā)判斷通過變槳電機(jī)驅(qū)動器的CAN通信控制字獲得，執(zhí)行手動操作是指 在人工進(jìn)入輪轂檢修時，手動操作槳葉的開槳或順槳。通過初始觸發(fā)判斷，進(jìn)入特殊工況邏輯判斷處理單元，再根據(jù)所述復(fù)位、旁路、緊 急順槳、冗余順槳和手動等五種特殊工況的優(yōu)先級高低，確定電機(jī)驅(qū)動器所應(yīng)執(zhí)行的動作。如圖4表示的是復(fù)位、旁路、緊急順槳、冗余順槳和手動等五種特殊工況的優(yōu)先 級，其是基于保障風(fēng)電機(jī)組的安全性要求來設(shè)計(jì)的。手動時，由于檢修人員會進(jìn)入風(fēng)機(jī)輪轂 來手動操作槳葉，其優(yōu)先級為最高，往下依次緊急順槳優(yōu)先級為高，冗余順槳優(yōu)先級為中， 旁路優(yōu)先級為低，復(fù)位優(yōu)先級為最低。如圖5表示的是集成在變槳電機(jī)驅(qū)動器內(nèi)部的特殊工況處理邏輯的軟件流程圖。 系統(tǒng)每隔1毫秒定時采樣DI或CAN通信控制字，即特殊工況初始觸發(fā)條件，如同時滿足兩 種或兩種以上的特殊工況觸發(fā)條件，則進(jìn)入特殊工況邏輯判斷處理單元，根據(jù)五種特殊工 況的優(yōu)先級高低，確定所優(yōu)先執(zhí)行的特殊工況功能模塊，電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)完成相應(yīng)的 動作。其中一種特殊工況功能模塊對應(yīng)一種特殊工況工作模式，。以復(fù)位為例，如滿足執(zhí)行復(fù)位動作條件，軟件跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行復(fù)位動作模塊，電機(jī)驅(qū)動 器驅(qū)動電機(jī)執(zhí)行復(fù)位動作。如在執(zhí)行復(fù)位動作過程中且此過程尚未完成，同時其它特殊工 況觸發(fā)條件滿足，進(jìn)入特殊工況邏輯判斷處理單元，由于復(fù)位的優(yōu)先級是最低的，軟件跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行新的特殊工況功能模塊；以旁路為例，如滿足執(zhí)行旁路動作條件，軟件跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行旁路動作模塊，電機(jī)驅(qū)動 器驅(qū)動電機(jī)執(zhí)行旁路動作。如在執(zhí)行旁路動作過程中且此過程尚未完成，同時其它特殊工 況觸發(fā)條件滿足，則進(jìn)入特殊工況邏輯判斷處理單元，以確定是繼續(xù)執(zhí)行旁路功能模塊或 跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行新的特殊工況功能模塊；以緊急順槳為例，如滿足執(zhí)行緊急順槳條件，軟件跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行緊急順槳模塊，電機(jī) 驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)執(zhí)行緊急順槳。如在執(zhí)行緊急順槳過程中且此過程尚未完成，同時其它特 殊工況觸發(fā)條件滿足，則進(jìn)入特殊工況邏輯判斷處理單元，以確定是繼續(xù)執(zhí)行緊急順槳模 塊或跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行新的特殊工況功能模塊；以冗余順槳為例，如滿足執(zhí)行冗余順槳條件，軟件跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行冗余順槳模塊，電機(jī) 驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)執(zhí)行冗余順槳。如在執(zhí)行冗余順槳過程中且此過程尚未完成，同時其它特 殊工況觸發(fā)條件滿足，則進(jìn)入特殊工況邏輯判斷處理單元，以確定是繼續(xù)執(zhí)行冗余順槳模 塊或跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行新的特殊工況功能模塊；以手動為例，如滿足執(zhí)行手動操作條件，軟件跳轉(zhuǎn)至執(zhí)行手動操作模塊，電機(jī)驅(qū)動 器驅(qū)動電機(jī)執(zhí)行手動操作。如在執(zhí)行手動操作過程中且此過程尚未完成，同時其它特殊工 況觸發(fā)條件滿足，則進(jìn)入特殊工況邏輯判斷處理單元，由于手動的優(yōu)先級是最高的，軟件繼 續(xù)執(zhí)行手動操作模塊。任一時刻，變槳電機(jī)驅(qū)動器只執(zhí)行一種特殊工況的相應(yīng)動作，不會造成5種特殊 工況工作模式之間的沖突。
權(quán)利要求
一種具備特殊工況處理邏輯的風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)，包括變槳PLC、第一電機(jī)驅(qū)動器、第二電機(jī)驅(qū)動器、第三電機(jī)驅(qū)動器；其特征在于所述變槳PLC控制第一至第三軸，每個軸分別包括一個所述電機(jī)驅(qū)動器、一個所述電機(jī)和一個所述編碼器，每個軸對應(yīng)一個風(fēng)機(jī)槳葉，三個軸之間彼此獨(dú)立；變槳PLC通過CAN總線分別與所述第一電機(jī)驅(qū)動器、第二電機(jī)驅(qū)動器、第三電機(jī)驅(qū)動器相連；變槳PLC向第一至第三電機(jī)驅(qū)動器發(fā)送位置指令，第一至第三電機(jī)驅(qū)動器分別驅(qū)動第一至第三電機(jī)轉(zhuǎn)動，第一至第三電機(jī)分別耦合第一至第三槳葉軸承轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)槳葉角度的跟隨與定位控制，槳葉的角度反饋由分別安裝在第一至第三電機(jī)端部的第一至第三編碼器獲得；所述風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)的特殊工況處理邏輯集成在變槳距控制系統(tǒng)底層的第一至第三電機(jī)驅(qū)動器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)，其特征在于所述特殊工況處理 邏輯優(yōu)選如下復(fù)位時，驅(qū)動槳葉至89度位置，其優(yōu)先級為最低；旁路時，驅(qū)動槳葉離開96度限位開關(guān)至89度位置，其優(yōu)先級為低；冗余順槳時，由本軸電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動相鄰軸槳葉至91度限位開關(guān)位置，其優(yōu)先級為中；緊急順槳時，驅(qū)動槳葉至91度限位開關(guān)位置，其優(yōu)先級為高；手動時，檢修人員進(jìn)入輪轂手動操作槳葉的開槳和順槳，其優(yōu)先級為最高；即上述復(fù)位、旁路、冗余順槳、緊急順槳和手動5種特殊工況工作模式的優(yōu)先級別依次升高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)，其特征在于所述變槳距控 制系統(tǒng)具有冗余順槳功能，當(dāng)相鄰軸的電機(jī)驅(qū)動器緊急順槳失敗時，由本軸電機(jī)驅(qū)動器驅(qū) 動相鄰軸槳葉至91度限位開關(guān)位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變槳距控制系統(tǒng)，在變槳控制系統(tǒng)底層的電機(jī)驅(qū)動器中實(shí)現(xiàn)特殊工況處理邏輯，對槳葉角度直接控制，對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行可能出現(xiàn)的多種特殊工作狀況，變槳距控制系統(tǒng)須采取一系列動作措施，以保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全停機(jī)、故障檢修和正常發(fā)電生產(chǎn)。具備特殊工況處理邏輯的風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)，具有可靠的安全性和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號F03D7/00GK101975142SQ20101054167
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者丁宛超, 余康, 呂占鵬, 吳國榮, 李志強(qiáng), 閆磊, 馬紅星 申請人:北京華電天仁電力控制技術(shù)有限公司