[實用新型]風力發電機的變槳控制單元及其裝置

無效

• 申請號: 201020285572.6
• 申請日: 2010-08-09
• 公開（公告）號: CN201810478U
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 劉行中;李曉偉;王科;竇康明;苗天;代晶
• 申請（專利權）人: 重慶科凱前衛風電設備有限責任公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;H02J9/04
• 代理公司: 重慶志合專利事務所 50210
• 代理人: 胡榮琿

技術領域

本實用新型涉及一種風力發電機的變槳控制裝置，特別涉及采用交流異步電機的風力發電機的變槳控制單元及其裝置。

背景技術

變槳系統是保障風力發電機整體安全性的關鍵環節，風力發電機在工作過程中通過調節變槳系統的槳葉角度來進行功率調節。為了保障風力發電機的整體安全，必須在出現任何故障的情況下都要保證槳葉能夠可靠順槳和剎車制動。順槳就是調節槳葉向90度角的方向轉動，使得風機轉速下降，順槳失敗可能使風機帶來齒輪箱損毀甚至塔架倒塌等災難性后果。

現有的變槳系統一般采用伺服電機進行槳葉驅動，伺服電機對槳葉進行伺服控制。所謂的伺服控制，是指對物體的運動的有效控制，變槳系統中的伺服電機對槳葉轉動的速度、位置、加速度進行控制，變槳系統中的伺服電機可分為交流伺服電機和直流伺服電機。直流伺服電機可進一步分為有刷電機和無刷電機。交流伺服電機屬于無刷電機，其可進一步分為同步和異步電機。

目前，風力發電中的變槳系統更多地采用直流伺服電機帶動槳葉順槳，直流伺服電機的優點在于可以使變槳控制系統實現可靠順槳，當出現主電源斷電故障時，由于直流伺服電機采用備用直流電源供電，因此可將電機的電樞繞組接到備用電源進行順槳，無需其他變換設備，但是直流電機具有換向裝置的維護和可靠性不穩定的問題。而現有的交流電機方案在交流電源掉電時，必須通過電力電子逆變裝置才能獲取電能以完成順槳，比直流方案多了一個逆變環節，從而降低了順槳的可靠度。

如中國專利申請“變槳距控制裝置”(申請號：200420002630.4)，公開了使用備用電源，使槳葉在電網掉電等意外情況下可靠順槳，保證機組安全的方法，但其并未考慮伺服控制器在發生故障時，無法完成順槳的情況。

為了解決上述技術問題，即同時兼顧電網掉電和伺服控制器發生故障兩種情況下的變槳控制系統的正常操作，如中國發明專利申請“一種用于風電發電變槳的冗余控制系統及方法”(申請號：200910090287.0)，公開了一種變槳控制系統，包括：三套變槳控制系統，其中每套變槳控制系統進一步包括：伺服控制器、變槳電機、備用直流電源、主接觸器組和制動裝置。然而，由于系統中增加了許多冗余控制電路(比如，主接觸器組和制動裝置)等，因而極大地增加了系統的制作成本和系統電路的設計難度。

進一步而言，直流伺服電機的制造工藝一般比較復雜，且成本也較高。隨著并網風電裝機總容量不斷地增加，需要不斷地提高變槳系統的可靠性、安全性，并且要求降低制造、控制成本。因此，在變槳系統中，交流伺服電機逐漸取代直流伺服電機已經成為一種不可改變的趨勢。與直流伺服電機相比，交流伺服電機，具有制造工藝簡單，成本低，免維護的特點。但是，交流異步電機在伺服驅動器故障時不能直接連接到備用直流電源順槳，這是交流異步電機應用到變槳系統的一個安全隱患。因此，中國發明專利申請“一種用于風電發電變槳的冗余控制系統及方法”所公開的一種變槳控制系統中的伺服電機也無法采用交流異步電機。

因此，本領域亟待需要一種采用交流異步電機的風力發電機的變槳控制裝置，其能夠在電網掉電或伺服控制器發生故障情況下，交流異步電機能夠正常工作，以繼續完成順槳工作的變槳控制系統，并且該變槳控制系統的設計復雜度和制造成本都較低。

綜上所述，在風機變槳系統中，只要能提高交流電機驅動系統在斷電故障下的順槳可靠性，交流電機系統就能取代直流電機系統，最大程度地發揮交流驅動系統的優勢。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供能夠在電網掉電或伺服控制器發生故障情況下，通過交流異步電機完成順槳操作的變槳控制單元及其裝置，并且該變槳控制系統的設計復雜度和制造成本都較低。

本實用新型提供一種采用交流異步電機的風力發電機的變槳控制單元，包括：三相交流電源、伺服控制器、備用直流電源和交流異步電機，所述三相交流電源的輸出端連接至所述伺服電源的輸入端；其特征在于：所述伺服控制器包括：伺服電源、伺服驅動器和控制開關子單元，其中所述伺服電源的正、負輸出端連接至所述伺服驅動器的正、負輸入端，所述伺服驅動器的輸出端連接至所述交流異步電機；所述備用直流電源的正極連接至開關二極管的陽極，并且所述備用直流電源的負極連接至所述伺服驅動器的輸入端，以及所述開關二極管的陰極連接至所述伺服電源的正輸出端；所述伺服驅動器的信號輸出端連接至所述控制開關子單元；以及所述交流異步電機通過所述控制開關子單元連接至所述三相交流電源。

進一步地，所述伺服驅動器包括可編程控制器。

進一步地，所述控制開關子單元包括：第一控制開關和第二控制開關。