一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。包括加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備、加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器和上位機(jī)；所述加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備通過加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)和聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳電機(jī)連接；所述變槳電機(jī)與其變槳控制系統(tǒng)連接，變槳控制系統(tǒng)PLC連接上位機(jī)。本實(shí)用新型接近真實(shí)的模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的運(yùn)行；加載設(shè)備工作時(shí)可以將發(fā)出的電并入電網(wǎng)或自身循環(huán)使用；檢驗(yàn)自主設(shè)計(jì)的變槳控制系統(tǒng)性能；檢驗(yàn)后備電源性能，進(jìn)而設(shè)計(jì)出高性能、高品質(zhì)、可靠性和安全性高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)容量較大，不但可以驗(yàn)證自主設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)性能，還能對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣原件做進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。
【專利說明】—種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著世界范圍內(nèi)能源危機(jī)的爆發(fā)，核能發(fā)電的巨大危害性，風(fēng)能等可再生能源越來越受到更廣泛的關(guān)注，并得到廣泛的應(yīng)用，從而使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成為風(fēng)能利用的主要設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)力發(fā)電的核心設(shè)備，其性能直接影響到風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率和穩(wěn)定性。
[0003]兆瓦級(jí)變速變距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是目前市場(chǎng)上的主流機(jī)型，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、變槳系統(tǒng)的隨動(dòng)特性明顯、風(fēng)機(jī)運(yùn)行的非線性特性等特點(diǎn)，使得變速變距風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)成為風(fēng)機(jī)制造商和研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)之一。兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可以根據(jù)風(fēng)速劃分為三個(gè)階段。第一階段:切入風(fēng)速至額定風(fēng)速；第二階段:額定風(fēng)速至切出風(fēng)速；第三階段:大于切出風(fēng)速。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在第一階段時(shí)，變槳系統(tǒng)使葉片開槳至最大迎風(fēng)面，使風(fēng)機(jī)葉片的升力達(dá)到最大，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在第二階段時(shí)，變槳系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向的反饋信號(hào)控制槳葉，進(jìn)而使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速維持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在第三階段或出現(xiàn)故障的情況下，變槳系統(tǒng)控制槳葉緊急順槳，利用葉片的空氣動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行剎車制動(dòng)，進(jìn)而保證風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。
[0004]由于新設(shè)計(jì)的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在很多不確定性因素，為了研發(fā)出更可靠、更安全的新機(jī)型，設(shè)計(jì)一套風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是十分必要的。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其能夠提供接近真實(shí)的變槳系統(tǒng)，從而使實(shí)驗(yàn)性能和數(shù)據(jù)真實(shí)、有效，達(dá)到新產(chǎn)品的安全性和可靠性。
[0007]本發(fā)明包括加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備、加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器和上位機(jī)；所述加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備通過加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)和聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳電機(jī)連接；所述變槳電機(jī)與其變槳控制系統(tǒng)連接，變槳控制系統(tǒng)PLC連接上位機(jī)。
[0008]進(jìn)一步地,所述加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括前端單元和三個(gè)逆變單元；所述前端單元分別連接三個(gè)逆變單元，用于驅(qū)動(dòng)加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)不同工況和機(jī)型，設(shè)置所加載荷的大小。
[0009]進(jìn)一步地，所述前端單元是共直流母線系統(tǒng)中的雙向整流裝置。
[0010]進(jìn)一步地，所述加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)為加載電機(jī)。
[0011]進(jìn)一步地，所述變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸端設(shè)置有用于電機(jī)絕對(duì)位置反饋的多圈絕對(duì)值編碼器。
[0012]進(jìn)一步地，所述變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流電機(jī)或交流電機(jī)。
[0013]進(jìn)一步地，所述變槳控制系統(tǒng)的PLC用于接收上位機(jī)下發(fā)的速度和位置信號(hào)，并將命令下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)內(nèi)的伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)葉片電機(jī)，實(shí)現(xiàn)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0014]進(jìn)一步地，所述伺服驅(qū)動(dòng)器還連接有超級(jí)電容，超級(jí)電容連接外部充電機(jī)，在外部供電掉電的情況下，切入備用電源繼續(xù)給伺服驅(qū)動(dòng)器供電，使得葉片順槳。[0015]進(jìn)一步地，所述上位機(jī)為安裝有Bladed軟件的PC電腦，模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控系統(tǒng)。
[0016]進(jìn)一步地，所述上位機(jī)模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控系統(tǒng)的具體方法是:通過風(fēng)模型、各工況數(shù)據(jù)和位置反饋值，把計(jì)算得到的槳距角和變槳速度下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)PLC，再由PLC同時(shí)下發(fā)給三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)變槳電機(jī)旋轉(zhuǎn)槳葉；由變槳控制系統(tǒng)的內(nèi)部傳感器得到的槳葉位置和速度采集到PLC中，再由PLC上傳到PC機(jī)中進(jìn)行計(jì)算分析，監(jiān)控變槳控制系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，給出相應(yīng)的變槳指令。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018]1.本發(fā)明接近真實(shí)的模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)的運(yùn)行；加載設(shè)備工作時(shí)可以將發(fā)出的電并入電網(wǎng)或自身循環(huán)使用；檢驗(yàn)自主設(shè)計(jì)的變槳控制系統(tǒng)性能；檢驗(yàn)后備電源性能，進(jìn)而設(shè)計(jì)出高性能、高品質(zhì)、可靠性和安全性高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
[0019]2.本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)容量較大，基本適用于IOMW以下的所有機(jī)型，不但可以驗(yàn)證自主設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)性能，還能對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣原件做進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，并且加載系統(tǒng)可以將能量回饋電網(wǎng)，節(jié)約資源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖中:1.加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備，2.前端單元，3.逆變單元，4.加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)，5.聯(lián)軸器，
6.變槳電機(jī)，7.超級(jí)電容模組，8.伺服驅(qū)動(dòng)器，9.上位機(jī)，10.PLC，11.編碼器，12.變槳控制系統(tǒng)。
[0022]【具體實(shí)施方式】:
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0024]實(shí)施例:本發(fā)明包括加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1、加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、聯(lián)軸器5和上位機(jī)9，所述加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備I通過加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)4和聯(lián)軸器5連接，聯(lián)軸器5與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳電機(jī)連接；所述變槳電機(jī)6與變槳控制系統(tǒng)12連接，變槳控制系統(tǒng)12的PLClO連接上位機(jī)。
[0025]所述加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括前端單元2和三個(gè)逆變單元3 ;所述前端單元2分別連接三個(gè)逆變單元3，用于驅(qū)動(dòng)加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)4，根據(jù)不同工況和機(jī)型，設(shè)置所加載荷的大小。所述加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)4為加載電機(jī)。其中AFE為有源2，是共直流母線系統(tǒng)中的雙向(可回饋能量)整流裝置。需要在輸入測(cè)裝配外部濾波器LCL。前端單元AFE2不需要任何外部測(cè)試設(shè)備，可與逆變單元INU3接入同一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，由現(xiàn)場(chǎng)總線控制和監(jiān)控。逆變單元INU3是一個(gè)直流供電的雙向逆變器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的供電和控制。前端單元AFE2與逆變單元INU3配合使用，并通過加載電機(jī)M給變槳控制系統(tǒng)12加載，模擬葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)觀測(cè)加載系統(tǒng)載荷的變化情況。所述變槳電機(jī)6的軸端設(shè)置有用于電機(jī)絕對(duì)位置反饋的多圈絕對(duì)值編碼器11。所述變槳電機(jī)6為直流電機(jī)或交流電機(jī)。所述聯(lián)軸器5的型號(hào)根據(jù)變槳電機(jī)的容量選擇。
[0026]所述變槳控制系統(tǒng)12包括相互連接的PLClO和伺服驅(qū)動(dòng)器8，所述伺服驅(qū)動(dòng)器8還連接有超級(jí)電容7，超級(jí)電容7連接外部充電機(jī)，在外部供電掉電的情況下，切入備用電源繼續(xù)給伺服驅(qū)動(dòng)器8供電，使得葉片順槳，保證風(fēng)機(jī)完成緊急順槳并安全停車。變槳控制系統(tǒng)12用于接收上位機(jī)下發(fā)的速度和位置信號(hào)，并將命令下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)12內(nèi)的伺服驅(qū)動(dòng)器8，驅(qū)動(dòng)葉片電機(jī)，實(shí)現(xiàn)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0027]本發(fā)明的整個(gè)加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備I同時(shí)驅(qū)動(dòng)加載電機(jī)4 (直流或交流伺服電機(jī))，通過聯(lián)軸器5給變槳電機(jī)6進(jìn)行加載，真實(shí)模擬風(fēng)機(jī)葉片的功能。絕對(duì)值編碼器11作為變槳電機(jī)的絕對(duì)位置反饋給變槳控制系統(tǒng)12的PLC10，進(jìn)而反饋給上位機(jī)9。上位機(jī)9通過模擬風(fēng)速、風(fēng)向等外部輸入信號(hào)，計(jì)算并下發(fā)變槳速度和變槳位置到變槳系統(tǒng)12，實(shí)現(xiàn)葉片的隨動(dòng)功能。
[0028]所述上位機(jī)為安裝有Bladed軟件的PC電腦，模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控系統(tǒng)，具體方法為:首先將風(fēng)機(jī)模型寫入軟件，并加載風(fēng)速模型，Bladed軟件通過風(fēng)模型、各工況數(shù)據(jù)和位置反饋值，把計(jì)算得到的槳距角和變槳速度下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)PLC，再由PLC同時(shí)下發(fā)給三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)變槳電機(jī)旋轉(zhuǎn)槳葉；由變槳控制系統(tǒng)的內(nèi)部傳感器得到的槳葉位置和速度采集到PLC中，再由PLC上傳到PC機(jī)中進(jìn)行計(jì)算分析，監(jiān)控變槳控制系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，給出相應(yīng)的變槳指令。
[0029]所述變槳控制系統(tǒng)12，分為兩種運(yùn)行模式:手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行。其中，手動(dòng)運(yùn)行可以3個(gè)軸柜單獨(dú)控制、順時(shí)針和逆時(shí)針點(diǎn)動(dòng)、尋原點(diǎn)。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，變槳PLClO接收來自上位機(jī)9的位置和速度指令并下發(fā)給伺服驅(qū)動(dòng)器8。當(dāng)有故障觸發(fā)，變槳PLClO會(huì)給伺服驅(qū)動(dòng)器下發(fā)停機(jī)指令，利用葉片的空氣動(dòng)力學(xué)特性安全停車。利用變槳PLClO的可視化界面監(jiān)控變槳系統(tǒng)的反饋值，深入了解新機(jī)型的設(shè)計(jì)缺陷并加以優(yōu)化。
[0030]所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)適用于10麗以下電動(dòng)變槳距控制系統(tǒng)。變槳控制系統(tǒng)12、變槳電機(jī)6、聯(lián)軸器5，根據(jù)機(jī)型不同進(jìn)行替換。
[0031]所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以測(cè)試變槳控制系統(tǒng)的超級(jí)電容性能，在加載系統(tǒng)工作的情況下切掉外部供電測(cè)試順槳次數(shù)。
[0032]本發(fā)明可以真實(shí)模擬風(fēng)機(jī)變槳控制系統(tǒng)，加載系統(tǒng)中的能量是雙向的，節(jié)能效果明顯。上位機(jī)是由裝有Bladed軟件的PC構(gòu)成，可以真實(shí)模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以大大挺高新機(jī)型的安全性和可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:包括加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備、加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器和上位機(jī)；所述加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備通過加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)和聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳電機(jī)連接；所述變槳電機(jī)與其變槳控制系統(tǒng)連接，變槳控制系統(tǒng)PLC連接上位機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:所述加載驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括前端單元和三個(gè)逆變單元；所述前端單元分別連接三個(gè)逆變單元，用于驅(qū)動(dòng)加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)不同工況和機(jī)型，設(shè)置所加載荷的大小。
3.如權(quán)利要求2所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:所述前端單元是共直流母線系統(tǒng)中的雙向整流裝置。
4.如權(quán)利要求1或2所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:所述加載執(zhí)行機(jī)構(gòu)為加載電機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:所述變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸端設(shè)置有用于電機(jī)絕對(duì)位置反饋的多圈絕對(duì)值編碼器。
6.如權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:所述變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流電機(jī)或交流電機(jī)。
7.如權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:所述變槳控制系統(tǒng)的PLC用于接收上位機(jī)下發(fā)的速度和位置信號(hào)，并將命令下發(fā)給變槳控制系統(tǒng)內(nèi)的伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)葉片電機(jī)，實(shí)現(xiàn)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:所述伺服驅(qū)動(dòng)器還連接有超級(jí)電容，超級(jí)電容連接外部充電機(jī)，在外部供電掉電的情況下，切入備用電源繼續(xù)給伺服驅(qū)動(dòng)器供電，使得葉片順槳。
9.如權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:所述上位機(jī)為安裝有Bladed軟件的PC電腦，模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G01M15/00GK203502224SQ201320665031
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】徐健, 蔡曉峰, 劉衍選, 胡明清, 張海平, 徐向宇 申請(qǐng)人:沈陽華創(chuàng)風(fēng)能有限公司, 青島華創(chuàng)風(fēng)能有限公司, 通遼華創(chuàng)風(fēng)能有限公司, 寧夏華創(chuàng)風(fēng)能有限公司