[發明專利]一種基于運動控制器的風力發電變槳伺服控制系統

無效

• 申請號: 201010170228.7
• 申請日: 2010-05-12
• 公開（公告）號: CN101832229A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 鄭恩讓;李鳳婷;高飛;張玲;胡適中
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 楊曄

技術領域

本發明涉及一種變槳距風力發電系統的槳距控制，特別涉及一種基于運動控制器的風力發電變槳伺服控制系統。

背景技術

現代風力發電興起于20世紀70年代，是近年來發展最快的綠色能源之一。2008年全國風電裝機容量就突破了1000萬KW，預計2020年可達8000萬KW甚至更高。

目前國際上風電機組正朝著大型化、變槳距和變速恒頻的方向不斷發展，兆瓦級風力機已經成為了國際風力發電市場的主流產品。目前的風力發電變槳距控制系統大都是液壓控制或用CPU作為主控制器，由傳感器測量風速，當風速變化時，通過液壓系統或是CPU控制槳葉的轉動，調節槳葉之間的節距角。由于風力機具有非線性空氣動力特征、工作風速范圍寬、加之能量傳遞鏈的柔性結構和轉速變化的機械阻尼的影響，以及主控制器編程麻煩，使風力發電系統的變槳距控制成為一個難題。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供了一種基于運動控制器的風力發電變槳伺服控制系統，從控制策略上著手對變槳距風力發電機組進行分析研究，采用運動控制器對作為變槳控制系統的控制核心，具有靈活性強，可靠性高，控制精確，自動化程度高的特點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于運動控制器的風力發電變槳伺服控制系統，包括運動控制器2，運動控制器2的模擬量輸入部分與傳感器模塊1的模擬量輸出部分相連，伺服電機的驅動電路3的逆變模塊的輸入控制端與運動控制器2的輸出控制端相連，伺服電機組4的三相輸入接于驅動電路3的整流模塊輸出端，伺服電機組4的編碼器與驅動電路3的逆變模塊的輸出控制端相連，伺服電機組4帶動槳葉組5，運動控制器2的控制輸入端再與風力發電控制系統6的模擬量輸出端相連接，通過風力發電控制系統6的監控畫面監測運行狀況。

本發明通過傳感器模塊1測量風速，并將信號傳送給運動控制器2，運動控制器2控制與槳葉組5對應的伺服電機組4的轉子轉速，通過減速裝置，帶動槳葉旋轉，控制槳葉的節距角，具有靈活性強，可靠性高，控制精確，自動化程度高等特點。

附圖說明

圖1為本發明的結構原理框圖。

圖2為本發明的控制系統連接示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。

參見圖1，一種基于運動控制器的風力發電變槳伺服控制系統，包括運動控制器2，運動控制器2的模擬量輸入部分與傳感器模塊1的模擬量輸出部分相連，伺服電機的驅動電路3的逆變模塊的輸入控制端與運動控制器2的輸出控制端相連，伺服電機組4的三相輸入接于驅動電路3的整流模塊輸出端，伺服電機組4的編碼器與驅動電路3的逆變模塊的輸出控制端相連，伺服電機組4帶動槳葉組5，伺服電機組4的轉速及槳葉的旋轉狀況再通過傳感器模塊1反饋給運動控制器2，實現閉環控制。運動控制器2的控制輸入端再與風力發電控制系統6的模擬量輸出端相連接，通過風力發電控制系統的監控畫面監測運行狀況。

其中傳感器模塊1所采集的數據分為兩部分，一部分為風速和風向的數據，主要來自機艙外部的風速儀，這部分數據送往控制系統6，控制系統6根據這些參數向運動控制器2發送變槳指令；另一部分為伺服電機的轉速和旋轉角度，數據主要來自于伺服電機的編碼器和角度傳感器，這部分數據同時送往運動控制器2和控制系統6，運動控制器2根據這些數據來校正電機的轉速和旋轉角度，同時控制系統6將數據處理后顯示在控制臺上，以便對其進行監控。運動控制器2綜合控制系統6的指令和伺服電機的轉速、角度反饋信號，來控制電機，調節槳葉的角度，從而調整風力機的轉速，控制發電機的轉速，與發電機勵磁系統共同穩定機組的輸出功率。這種控制方式靈活，且可靠性高，控制精確，與發電機勵磁系統共同調節輸出功率，提高了機組的效率。

參照圖2，風力發電控制系統6包括一個微控制器PLC7，微控制器PLC7的模擬量輸入端連接有傳感器模塊1，微控制器PLC7的控制輸出端連接有運動控制器2，數字量輸出端連接控制臺8。風力發電系統6的控制輸出端向運動控制器2發送動作指令，指揮運動控制器2進行動作；同時處理后的數據通過數字量輸出端發送給控制臺8，可用于控制臺8上的數據顯示，對數據進行實時監控，以便操作人員根據具體情況通過控制臺8的數字量輸出端對微控制器PLC7的參數進行校正，本系統中的所有參數均可在微控制器PLC7中進行設置，并可通過控制臺8進行監測，本系統中的傳感器模塊包括風速儀、電機旋轉角度傳感器及電機轉速編碼器。

本發明的具體原理是：自然風的風速通過傳感器模塊1的風速儀傳送到運動控制器2，驅動運動控制器2與預先設計好的最佳風能利用率的額定輸出功率進行比較，控制器再將控制信號傳送到伺服電機驅動電路3中，驅動電路3將控制信號轉換成控制伺服電機轉子轉速的信號，傳送給伺服電機組4，帶動槳葉組5旋轉，來控制槳葉之間的節距角。每一個槳葉都需要一套獨立的伺服電動機，減速器和齒輪副驅動。在風速低于額定風速(風力機的風速利用范圍一般為3m/s-25m/s)時，發電機輸出功率未達到額定功率，應盡可能將風能轉化為輸出的電能。運動控制器2根據輸入的風速變化，通過驅動電路3控制伺服電機組4的轉子轉速，使槳葉的節距角保持最優捕風位置，吸收盡可能多的風能，此時發電機的輸出功率隨風速變化而變化；當風速高于額定風速時，運動控制器2通過驅動電路3控制伺服電機組4的轉子轉速，增大槳葉節距角，減少吸收的風能，降低發電機的輸出功率，最終使得輸出功率穩定在額定功率附近。風速在額定風速左右時，發電機輸出功率穩定。在整個控制過程中，槳葉的節距角通過傳感器模塊1中的角度傳感器實時反饋給運動控制器2，進而達到實時最優控制，使風能的利用率為最佳。并且發電機的運行狀況可以通過風力發電控制系統6監測。