[發明專利]一種基于交流永磁同步電機的風電變槳控制系統

有效

• 申請號: 201210241525.5
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN102787975A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 曹云峰;蔡旭;葉成城
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種風力發電變槳控制系統，具體地說，涉及的是一種基于交流永磁同步電機的風電變槳控制系統。

背景技術

隨著風力發電的大規模開發，風力發電機的單臺容量也逐漸增大。我國目前安裝的風機主力機型容量在1.5～5.0MW之間，且大多為電動變槳機組。電動變槳系統通過伺服電機帶動槳葉變動，相比液壓傳動系統避免了非線性、容易泄漏、卡澀等缺點，從系統的層面提升了變槳系統的可靠性。通訊故障是電動變槳系統實際運行中時常發生的故障，無論采用何種通訊方式都無法避免故障的產生，現有的變槳系統一旦檢測到一個節點發生通訊故障，通常會緊急順槳，這樣將導致風機輸出功率頻繁大幅度變動，一定程度上加劇了風力能源的不穩定性。

對于電動變槳系統而言，其控制系統的可靠性非常重要，現有的電動變槳系統多基于直流伺服系統，由于直流電機內部缺陷，雖然控制簡單，但是不易維護、運行中有電火花產生。而風電場運行自然環境一般較惡劣，更增加了直流伺服系統的故障概率。

公開號為201050444的中國專利公開了一種直流變槳距系統，雖然其具有控制簡單，且緊急情況下直流電源可以直接并在電機電樞上驅動電機順槳的優點，但是直流電機存在換向器和電刷不易維護，無法適應惡劣環境，所以已逐步被交流電機取代。

現有風電電動變槳系統很多采用封閉式散熱器，另外配備散熱用風扇。變槳系統安裝在輪轂內，其空間非常狹小導致內部空氣循環不良散熱風扇的散熱特性不好，且額外的散熱裝置增大了軸柜的體積，不利于安裝和放置。

公開號為201925091U的中國專利公開了一種風力發電變槳系統，其缺點是一旦通信發生故障則無法繼續正常工作。由于風力發電系統工作環境極其惡劣，加之變槳系統安裝在輪轂中360°轉動，通信故障的概率通常較高。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的上述不足，提供一種基于交流永磁同步電機的風電變槳控制系統，該系統降低了通訊故障，減小了軸柜體積，節省安裝空間，提高系統可靠性，便于檢測故障點以及建立應急數據傳輸通道。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：

本發明所述的一種基于交流永磁同步電機的風電變槳控制系統，包含三個軸控柜，以及所述三個軸控柜的三個備用電源柜，其中一個軸控柜中放置變槳控制器，變槳控制器通過CAN總線和另外兩臺軸控柜通訊；所述變槳控制器采用PLC作為上位機，負責整個變槳系統的通訊、指令下達、狀態機和保護等功能；每個軸控柜內安裝一臺伺服驅動器，所述伺服驅動器連接并控制一臺交流永磁同步電機，同時實現部分模擬量采集功能。

本發明中，變槳控制器以及每個軸控柜內的伺服驅動器均配置兩個獨立的CAN總線模塊，采用CANopen協議進行通訊。雙CAN總線相互獨立傳輸數據，互為冗余。

本發明中，每個軸控柜設有散熱裝置，其中散熱裝置采用穿墻式散熱器，及時將軸控柜內的功率元件熱量排出柜體；每個軸控柜及其備用電源柜均設有加熱裝置，加熱裝置在系統檢測到低溫的情況下啟動工作。

本發明中，交流永磁同步電機設有旋轉編碼器，同時槳葉側配有冗余編碼器，正常工作中兩者比較，防止編碼器損壞。

本發明中，系統還設有柜體加熱單元，每個軸控柜和電源柜均設有溫度控制器，變槳控制器通過溫度傳感器實時采樣軸控柜和電池箱的溫度，當溫度低于閾值時開啟加熱單元，防止風電場低溫下變槳系統無法正常工作。

本發明中，每個軸控柜還配備一個備用電源柜用于緊急情況下的備用電源，備用電源采用超級電容作為儲能元件。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、目前流行的變槳系統設計方案多為7柜控制系統，包括一個中控柜、3個軸控柜和3個后備電源柜，這種設計方式雖然結構簡單，但是由于通訊觸電較多，實際運行中故障概率較高；本發明6柜系統將變槳控制器放置在一個軸控柜內，不僅減少了變槳控制器與伺服驅動器之間的連線，降低了通訊故障率，同時減小了整個變槳系統的體積。

2、現有的風力發電電動變槳系統多采用單CAN總線通訊方式，一旦檢測到故障則緊急順槳，導致輸出功率波動較大不利于發電穩定；本發明采用雙CAN總線通訊方式，一旦檢測一條CAN總線發生通訊故障則切換到備用CAN總線進行數據傳輸，這樣大大降低了總線通信故障概率。