[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

本發明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，包括中控柜、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；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；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。本發明具有效率高、功率密度大、輸出扭矩大、控制精度高、運行可靠、維護便捷等技術優勢。

技術領域

本發明屬于風電技術領域，具體涉及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。

背景技術

風力發電機組變槳控制系統與變流控制系統是整個機組的執行機構，對保護機組安全穩定運行起到十分重要的作用。變槳控制系統分為液壓變槳和電動變槳兩種形式；而電動變槳控制系統按照驅動電機的結構又分為直流伺服變槳控制系統和交流伺服變槳控制系統。早期直流伺服變槳系統應用較普遍，相對交流變槳伺服系統具有控制平穩、啟動轉矩大，緊急狀態下不依靠驅動器由后備電源直接驅動電機從而實現氣動剎車等技術特點；但由于采用的是直流串勵伺服電機，存在嚴重的換向電火花及碳刷磨損問題，不僅需要做好定期的維護保養工作、電機的壽命也亟待進一步的提高；交流變槳系統采用了感應異步電機作為電動執行機構，電機結構簡單期成本低廉、相對較高的設備可靠性和易維護性，配合使用變頻器目前已成為風電變槳控制系統的主流應用技術，逐步取代了早期的直流伺服變槳系統，但感應異步電機損耗大、輸出效率低。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的直流串勵伺服電機和伺服驅動器損壞率高、主控柜外部接線復雜且超溫死機、維護工作量較大的問題，提供了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，將永磁無刷電機及伺服驅動系統應用到風力發電機組的變槳控制系統中，具有效率高、功率密度大、輸出扭矩大、控制精度高、運行可靠、維護便捷等技術優勢。

本發明采用如下技術方案來實現的：

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，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。

本發明進一步的改進在于，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。

本發明進一步的改進在于，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。