本發(fā)明屬于風(fēng)電行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種帶有控制器策略的獨立變槳系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電發(fā)展到，二十世紀八十年代，風(fēng)力發(fā)電機裝機還很少，技術(shù)也不夠成熟，到九十年代中期，世界風(fēng)力發(fā)電技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展，設(shè)計，制造技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品進入商品化階段，功率等級從幾十千瓦到幾百千瓦，逐漸發(fā)展為兆級。

國外最早的風(fēng)力發(fā)電機主要采用電動定槳距系統(tǒng)。對于電動定槳距風(fēng)力發(fā)電機組，在低風(fēng)速段的風(fēng)能利用系數(shù)高，而當(dāng)風(fēng)速接近額定點，風(fēng)能利用系數(shù)開始人幅度下降，這時隨著風(fēng)速的升高，功率上升己趨緩，而過了額定點后，葉片已開始失速，風(fēng)速升高，功率反而有所下降。所以電動定槳距風(fēng)力發(fā)電機組對風(fēng)能利用效率不高。

隨著風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，電動變槳距風(fēng)力發(fā)電機的優(yōu)越性越來越突出：風(fēng)力機運行的可靠性有了大大的提高；目前，單機容量越來越大，兆瓦級別的機組占據(jù)了主力位置，獨立變槳距技術(shù)已經(jīng)成為了風(fēng)電的發(fā)展趨勢，獨立變槳調(diào)速的方式對于捕獲風(fēng)能效率，獲得最佳能量輸出提出了較高的要求，這樣才能占據(jù)風(fēng)力發(fā)電機的主導(dǎo)地位。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種帶有控制器策略的獨立變槳系統(tǒng)。它采用變槳控制器控制三個葉片的變槳驅(qū)動器，變槳驅(qū)動器根據(jù)風(fēng)速調(diào)節(jié)槳距角，能夠保證葉輪捕獲最大風(fēng)能，每個葉片都是獨立動作，保證葉片的安全。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種帶有控制器策略的獨立變槳系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機組主控控制器、變槳距控制器及對應(yīng)葉片的三組伺服驅(qū)動器、備用電源、變槳電機、編碼器及限位裝置，變槳距控制器分別與風(fēng)力發(fā)電機組主控控制器及三個伺服驅(qū)動器通訊，每個伺服驅(qū)動器分別連接變槳電機、電機編碼器、備用電源和限位裝置，電機編碼器安裝在變槳電機的尾端，角度編碼器與葉片軸承連接。

進一步地，所述限位裝置為三組限位開關(guān)，每組限位開關(guān)分別設(shè)置于每個葉片轉(zhuǎn)軸的91度和94度位置，變槳系統(tǒng)執(zhí)行緊急順槳命令時控制葉片轉(zhuǎn)到91度限位位置，當(dāng)91度限位開關(guān)失效時，94度限位開關(guān)切斷電池供電電源，確保葉片的安全停轉(zhuǎn)。

進一步地，所述備用電源由儲能元件和充電器組成，在主電源發(fā)生停電故障時為系統(tǒng)供電，使變槳系統(tǒng)將葉片從0°驅(qū)動到90°的順槳位置。

進一步地，所述儲能元件為蓄電池或者超級電容。

進一步地，所述角度編碼器通過測量齒輪與葉片軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動。

進一步地，所述變槳電機為刷直流電機、感應(yīng)異步電機、無刷直流電機或永磁同步電機。

本發(fā)明帶有控制器策略的獨立變槳系統(tǒng)的變槳方法，主控控制器根據(jù)發(fā)電機運行的實時功率和風(fēng)機轉(zhuǎn)速，把變槳位置和變槳速度發(fā)送到變槳距控制器，變槳控制器接收主控控制箱發(fā)送的位置指令和速度指令，并將位置和速度分別發(fā)送給三個伺服驅(qū)動器驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進行變槳動作，調(diào)節(jié)變槳槳距角，電機編碼器實時記錄電機轉(zhuǎn)動的位置發(fā)送至伺服驅(qū)動器，由伺服驅(qū)動器傳送至變槳控制器，角度編碼器記錄風(fēng)機葉片轉(zhuǎn)動位置，并將該位置傳送至變槳控制器，變槳控制器通過邏輯判斷進行校驗比較，對采集的電機編碼器位置、角度編碼器位置實時進行記錄，并記錄各個葉片軸的輸入輸出信號，各記錄值超出原始設(shè)定故障值時，變槳控制器把故障信息傳送至主控控制器，通過主控控制器保證變槳槳距角在0°～90°范圍轉(zhuǎn)動，變槳距控制器與主控制器實時通訊，監(jiān)控變槳自身狀態(tài)，變槳控制器把運行狀況反饋到風(fēng)機主控控制箱，出現(xiàn)故障執(zhí)行緊急順槳動作。所述變槳距控制器與主控控制器的實時通訊，是基于Canopen的通訊協(xié)議。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過變槳距控制器可實現(xiàn)獨立變槳功能，對錯誤診斷、狀態(tài)監(jiān)測、防雷保護、電池管理實現(xiàn)安全保護，不僅能夠適當(dāng)?shù)慕档惋L(fēng)機葉片的疲勞載荷，延長機組的使用壽命，而且控制簡單可靠，不需要額外增設(shè)過多硬件，成本較低，安全性更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明控制流程圖。

圖中：1為主控控制箱，2為滑環(huán)，3為變槳距控制器，4,5,6為變槳伺服驅(qū)動器，7,8,9為超級電容模組，10,11,12為變槳電機，13,16,19為91度限位開關(guān)，14,17,20為94度限位開關(guān)，15,18,21為角度編碼器，22、23、24為電機編碼器。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

實施例：如圖1所示，本發(fā)明一種帶有控制器策略的獨立變槳系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機組主控控制器、變槳距控制器及對應(yīng)葉片的三組伺服驅(qū)動器、備用電源、變槳電機、編碼器及限位裝置，變槳距控制器分別與風(fēng)力發(fā)電機組主控控制器及三個伺服驅(qū)動器通訊，每個伺服驅(qū)動器分別連接變槳電機、電機編碼器、備用電源和限位裝置，電機編碼器安裝在變槳電機的尾端，角度編碼器與葉片軸承連接。

變槳距控制器是變槳系統(tǒng)的中樞，負責(zé)與風(fēng)力發(fā)電機組主控控制器及伺服驅(qū)動器的通訊，以及溫度檢測與控制、配電管理、監(jiān)控保護、安全鏈和人機交互等功能。對外通過滑環(huán)與風(fēng)機主控控制箱進行通信連接，對內(nèi)控制3個伺服驅(qū)動器(Pitch Master)進而控制葉片的轉(zhuǎn)動。從安全考慮，變槳距控制器在邏輯上保證在維護或者修理狀態(tài)下僅能有一個葉片離開順槳位置。

如圖2所示，伺服驅(qū)動器根據(jù)變槳控制器(PLC)發(fā)過來的指令，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，通過減速機后帶動葉片旋轉(zhuǎn)，完成對葉片角度的隨動控制。變槳系統(tǒng)通常采用位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)的三閉環(huán)控制方式。按照位置環(huán)閉環(huán)位置的不同，伺服驅(qū)動器功能可分為位置伺服控制和速度伺服控制兩類。

備用電源由儲能元件和充電器組成。備用電源需在主電源發(fā)生停電故障時為系統(tǒng)供電，使變槳系統(tǒng)將葉片從0°驅(qū)動到90°的順槳位置。出于對工作環(huán)境的考慮，儲能元件必須免維護、可倒置、隨葉片旋轉(zhuǎn)時無漏液，且必須滿足變槳系統(tǒng)對溫度范圍、壽命等方面的要求，通常采用蓄電池或者超級電容作為儲能元件。

變槳電機是變槳動作的最終執(zhí)行元件，其特性對變槳系統(tǒng)的性能有著重要影響。在變槳系統(tǒng)中，可采用的電機主要有4種：有刷直流電機、感應(yīng)異步電機、無刷直流電機和永磁同步電機。

電機編碼器安裝在變槳電機的尾端，所述角度編碼器位于槳葉軸承內(nèi)齒旁，通過測量齒輪與葉片軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動，均用來記錄變槳位置數(shù)據(jù)。

所述限位裝置為三組限位開關(guān)，每組限位開關(guān)分別設(shè)置于每個葉片轉(zhuǎn)軸的91度和94度位置，變槳系統(tǒng)執(zhí)行緊急順槳命令時控制葉片轉(zhuǎn)到91度限位位置，當(dāng)91度限位開關(guān)失效時，94度限位開關(guān)(冗余限位開關(guān))切斷電池供電電源，確保葉片的安全停轉(zhuǎn)。

所述帶有控制器策略的獨立變槳系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

主控控制箱根據(jù)發(fā)電機運行的實時功率和風(fēng)機轉(zhuǎn)速，把變槳位置和變槳速度發(fā)送到變槳距控制器，變槳控制器接收主控控制箱發(fā)送的位置指令和速度指令，并將位置和速度分別發(fā)送給三個伺服驅(qū)動器驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進行變槳動作，調(diào)節(jié)變槳槳距角，電機編碼器實時記錄電機轉(zhuǎn)動的位置發(fā)送至伺服驅(qū)動器，由伺服驅(qū)動器傳送至變槳控制器，角度編碼器記錄風(fēng)機葉片轉(zhuǎn)動位置，并將該位置傳送至變槳控制器，變槳控制器通過邏輯判斷進行校驗比較，對采集的電機編碼器位置、角度編碼器位置實時進行記錄，并記錄各個葉片軸的輸入輸出信號，如葉片軸柜內(nèi)主電開關(guān)、充電機開關(guān)、防雷開關(guān)反饋，柜內(nèi)溫度等，各記錄值超出原始設(shè)定故障值時，即：變槳控制器記錄的電機編碼器、角度編碼器不在初始范圍0°～90°運行，軸柜開關(guān)反饋不為初始值時，軸柜溫度高于設(shè)定報警值等故障信息出現(xiàn)，變槳控制器把故障信息傳送至主控控制器，通過主控控制器保證變槳槳距角在0°～90°范圍轉(zhuǎn)動，變槳距控制器與主控制器實時通訊，監(jiān)控變槳自身狀態(tài)，變槳控制器把運行狀況反饋到風(fēng)機主控控制器，出現(xiàn)故障執(zhí)行緊急順槳動作。

變槳距控制器與主控制器的實時通訊，是基于一種Canopen通訊協(xié)議，它把變槳內(nèi)如電機編碼器位置，角度編碼器位置及各軸柜的一些狀態(tài)信息傳送至風(fēng)機主控控制箱，主控控制箱對變槳控制器下發(fā)啟動、運行、停機命令，如果變槳內(nèi)出現(xiàn)故障，例如電機位置錯誤，變槳控制器將會把故障信息傳回至主控箱，主控控制箱會給變槳控制器發(fā)送停機指令，變槳控制器接收到停機指令后將會對各軸柜伺服驅(qū)動器發(fā)送停機命令，伺服驅(qū)動器驅(qū)動電機將葉片順槳至安全位置，執(zhí)行緊急順槳動作。

執(zhí)行機構(gòu)由變槳電機、減速機、主動齒輪、風(fēng)機葉片組成，伺服驅(qū)動器驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)變槳槳距角，達到實現(xiàn)變槳目的。