[發明專利]一種基于直流無刷永磁電機控制系統的風電直流變槳系統

在審

• 申請號: 202210744282.0
• 申請日: 2022-06-28
• 公開（公告）號: CN114962153A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 劉慶元;雷航;余成;景瑋鈺;劉河生
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D7/04;H02J7/34
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種基于直流無刷永磁電機控制系統的風電直流變槳系統，其特征在于，包括1面中控柜、3面軸控柜、3面后備電源柜以及3臺直流無刷永磁電機；

中控柜包括變槳控制器、電源模塊以及防雷保護模塊、溫控加熱裝置；變槳控制器采用可編程邏輯控制器PLC，接受風力發電機組主控系統的變槳角度控制指令并將控制指令分別轉發給3套伺服驅動器；電源模塊為變槳控制器提供外部供電的裝置；防雷保護模塊對包括變槳控制器在內的所有中控柜內元件起到防止過電壓的保護作為；溫控加熱裝置起到了中控柜溫度調節作用，避免變槳控制器在低溫狀態下運行導致的死機；

3套伺服驅動器和后備電源分別安裝于3面軸控柜內，伺服驅動器作為風電直流變槳系統的核心動力控制部分，一方面采用脈寬調制的方式為3臺無刷永磁電機提供電壓可調的動力電源，另一方面作為后備電源充電裝置，對后備電源柜內的超級電容進行充放電；

3面后備電源柜內分別安裝3組超級電容及溫度加熱控制裝置，接受伺服驅動器超級電容進行充放電控制；

3臺直流無刷永磁電機分別接受3套伺服驅動器的速度給定指令，分別作為輸出執行機構通過聯軸器與減速器進行機械連接最終傳動變槳軸承實現電氣變槳。

2.根據權利要求1所述的一種基于直流無刷永磁電機控制系統的風電直流變槳系統，其特征在于，可編程邏輯控制器PLC作為變槳控制器，安裝于中控柜內；可編程邏輯控制器PLC配置CPU和通訊接口模塊，取消所有模擬量和數字量I/O模塊，支持CAN-bus總線協議，一方面作為從站接受風力發電機組主控系統的變槳角度控制指令，另一方面作為主站將變槳角度控制指令轉化速度控制指令分別轉發給3套伺服驅動器。

3.根據權利要求2所述的一種基于直流無刷永磁電機控制系統的風電直流變槳系統，其特征在于，中控柜柜門外側安裝有人機界面，作為變槳控制器的上位機，能夠在線查看變槳系統故障記錄及測試和參數修改。

4.根據權利要求2所述的一種基于直流無刷永磁電機控制系統的風電直流變槳系統，其特征在于，采用3臺直流無刷永磁電機作為變價系統電控部分的輸出執行機構，能夠保持直流伺服系統的響應速度快、負載控制平穩、變槳角度精度高的技術特點，同時減少設備故障。

5.根據權利要求4所述的一種基于直流無刷永磁電機控制系統的風電直流變槳系統，其特征在于，直流無刷永磁電機的轉子為永磁式內置式稀土永磁體，降低齒槽效應、無激磁損耗，帶基于霍爾效應的轉子位置傳感器。

6.根據權利要求5所述的一種基于直流無刷永磁電機控制系統的風電直流變槳系統，其特征在于，直流無刷永磁電機的電樞為無槽無鐵芯結構，內置KTY84硅溫度傳感器。

7.根據權利要求6所述的一種基于直流無刷永磁電機控制系統的風電直流變槳系統，其特征在于，在直流無刷永磁電機內部同軸非負載端安裝電磁彈簧制動器以及用于速度反饋的正弦波旋轉變壓器，外部安裝光電編碼器。

8.根據權利要求7所述的一種基于直流無刷永磁電機控制系統的風電直流變槳系統，其特征在于，配套直流無刷永磁電機設置一種伺服驅動器，該伺服驅動器由功率單元、控制邏輯單元、充電單元及后備電源組成；

功率單元是伺服驅動器控制無刷永磁電機的動力輸出部分，包括整流、直流母線、逆變、制動及保護電路，安裝有IGBT模塊、驅動隔離變壓器和制動電阻器件；控制邏輯單元是伺服驅動器的核心邏輯控制部分，包括DSP控制、通訊接口、狀態顯示及基于ARM架構的邏輯處理器組成的控制板，通過脈寬調制的方式控制功率單元IGBT模塊實現輸出電壓波形的調整，具有完備的檢測回路、24V開關電源及信號接口，CAN總線通訊接口，外部I/O接口的邏輯處理部分；充電單元集成在伺服驅動器內部，該充電單元具有智能充電模式和報警功能，充電與后備電源狀態均可傳至控制邏輯單元處理后實現狀態顯示；后備電源采用超級電容組膜并接在功率單元直流母線上面，具有充電電流、單支電容出口電壓及電容內阻的檢測回路，充電單元根據檢測結果對后備電源進行充電控制，并接收控制單元的控制、緊急狀態下代替電網供電。