本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电变桨驱动系统及其控制方法。
背景技术：
当前风力发电机组多采用电动变桨控制系统，每个叶片使用一个变桨电机及一个变桨驱动器进行变桨控制。随着低风速大叶片风电机组以及海上大功率风电机组的发展，叶片的驱动功率越来越大，对于变桨控制系统的安全性和可靠性要求也越来越高。当前的单个叶片采用单个变桨驱动器的方式存在如下较为突出的问题：
1)、单个驱动器发生故障时，会导致风电机组的某个桨叶无法正常变桨运行进而导致风电机组停机，减少了发电时间；
2)、单个驱动器发生严重故障时，会导致叶片无法收桨，进而导致风电机组可能发生严重的安全事故；
3)、单个驱动器的功率需求过大，导致驱动器的体积和质量很大，对于驱动器的搬运、安装及维护工作产生较为不便的影响；
针对此种情况，有的厂家提出单个叶片采用双驱动器加双电机的驱动设计方案，可以提升风电机组叶片控制的安全性和可靠性。但此类方案风电机组的单个叶片驱动回路上包括两个独立的电机，以及独立的两个驱动减速齿轮箱，大大地增加了成本。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提出一种风电变桨驱动系统及其控制方法，旨在解决现有的单个叶片采用单个变桨驱动器方式存在的问题。
为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种风电变桨驱动系统，所述风电变桨驱动系统包括同步控制单元、变桨电机、以及并联连接到所述变桨电机的第一变桨驱动支路和第二变桨驱动支路；
所述第一变桨驱动支路包括第一供电电源、以及与所述第一供电电源连接的第一变桨驱动器；所述第二变桨驱动支路包括第二供电电源、以及与所述第二供电电源连接的第二变桨驱动器；
所述第一变桨驱动器和所述第二变桨驱动器通过所述同步控制单元连接。
此外，为实现上述目的，本发明实施例第二方面提供一种风电变桨驱动系统的控制方法，所述方法包括：
获取上位设备发送的变桨启动命令，根据所述变桨启动命令向第一变桨驱动器和第二变桨驱动器发送同步的驱动控制信号；
所述第一变桨驱动器和所述第二变桨驱动器分别接收所述驱动控制信号，根据所述驱动控制信号驱动变桨电机执行变桨动作。
本发明实施例提供的风电变桨驱动系统及其控制方法，通过并联的变桨驱动器控制变桨电机；避免了单个变桨驱动器控制变桨电机存在的问题，提升了风电机组运行的可靠性和发电时间。
附图说明
图1为本发明实施例的风电变桨驱动系统结构示意图；
图2-图4为本发明实施例的风电变桨驱动系统应用结构示意图；
图5为本发明实施例的风电变桨驱动系统控制方法流程示意图；
图6为本发明实施例的风电变桨驱动系统控制方法另一流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现在将参考附图描述实现本发明各个实施例的。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
第一实施例
如图1所示，本发明第一实施例提供一种风电变桨驱动系统，所述风电变桨驱动系统包括同步控制单元13、变桨电机14、以及并联连接到所述变桨电机14的第一变桨驱动支路11和第二变桨驱动支路12。
所述第一变桨驱动支路11包括第一供电电源111、以及与所述第一供电电源111连接的第一变桨驱动器112；所述第二变桨驱动支路12包括第二供电电源121、以及与所述第二供电电源121连接的第二变桨驱动器122；
所述第一变桨驱动器112和所述第二变桨驱动器122通过所述同步控制单元13连接。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示对变桨驱动支路的数量进行限制。在其他实施例中，变桨驱动支路可以为两个以上，相对应地，供电电源、变桨驱动器可以为两个以上。其中，变桨驱动器的数目由驱动的变桨载荷功率及所选的变桨驱动器的功率确定。
在本实施例中，第一供电电源111和第二供电电源121为50hz或者60hz交流电源、或者为直流电源。需要说明的是，第一供电电源111和第二供电电源121可以为相同的供电电源，也可以为不同的供电电源。
在本实施例中，变桨电机14可以为单绕组的变桨电机或者多绕组的变桨电机，变桨电机包括同步电机、异步电机。
在本实施例中，所述第一变桨驱动器112和所述第二变桨驱动器122为交流(ac)-直流(dc)-交流(ac)型驱动器或者直流(dc)-交流(ac)型驱动器。
为了更好地阐述上述实施例，以下结合图2-图4进行说明：
请参考图2所示，在一种实施方式中，所述变桨电机14为单绕组变桨电机(图中的m所示)；所述第一变桨驱动支路11还包括第一输出电抗器113；所述第二变桨驱动支路12还包括第二输出电抗器123；
所述第一变桨驱动器112通过所述第一输出电抗器113连接至所述单绕组变桨电机m，所述第二变桨驱动器122通过所述第二输出电抗器123连接至所述单绕组变桨电机m。
在该实施方式中，该连接方式起到第一变桨驱动器112输出和第二变桨驱动器122输出之间环流的抑制作用。
所述同步控制单元13包括相互连接的第一控制单元131和第二控制单元132；
所述第一控制单元131内置在所述第一变桨驱动器112中，所述第二控制单元132内置在所述第二变桨驱动器122中。
在该实施方式中，第一控制单元131和第二控制单元132之间通过有线同步介质(附图未示出)进行通讯，有线同步介质包括线缆、光纤以及网线。在上电后通过自我仲裁及抢占方式，在第一控制单元131和第二控制单元132中确定一个为控制主机，控制主机给本变桨驱动器以及通过有线同步介质给其他变桨驱动器发送同步的驱动控制信号。
请参考图3所示，在一种实施方式中，所述变桨电机14为多绕组变桨电机m；
所述多绕组变桨电机m包括第一定子绕组(图中未示出)和第二定子绕组(图中未示出)；所述第一变桨驱动器112与所述第一定子绕组连接，所述第二变桨驱动器122与所述第二定子绕组连接。
所述同步控制单元13包括相互连接的第一控制单元131和第二控制单元132；
所述第一控制单元131内置在所述第一变桨驱动器112中，所述第二控制单元132内置在所述第二变桨驱动器122中。
在该实施方式中，第一控制单元131和第二控制单元132之间通过有线同步介质(附图未示出)进行通讯，有线同步介质包括线缆、光纤以及网线。在上电后通过自我仲裁及抢占方式，在第一控制单元131和第二控制单元132中确定一个为控制主机，控制主机给本变桨驱动器以及通过有线同步介质给其他变桨驱动器发送同步的驱动控制信号。
请再参考图4所示，在另一种实施方式中，所述变桨电机14为单绕组变桨电机(图中的m所示)；所述第一变桨驱动支路11还包括第一输出电抗器113；所述第二变桨驱动支路12还包括第二输出电抗器123；
所述第一变桨驱动器112通过所述第一输出电抗器113连接至所述单绕组变桨电机m，所述第二变桨驱动器122通过所述第二输出电抗器123连接至所述单绕组变桨电机m。
在该实施方式中，该连接方式起到第一变桨驱动器112输出和第二变桨驱动器122输出之间环流的抑制作用。
在该实施方式中，所述同步控制单元13为独立的同步控制单元，同步控制单元13通过有线同步介质连接至第一变桨驱动器112和第二变桨驱动器122，向第一变桨驱动器112和第二变桨驱动器122发送同步的驱动控制信号；有线连接介质包括线缆、光纤以及网线。
本发明实施例提供的风电变桨驱动系统，通过并联的变桨驱动器控制变桨电机；避免了单个变桨驱动器控制变桨电机存在的问题，提升了风电机组运行的可靠性和发电时间。
第二实施例
如图5所示，本发明第二实施例提供的一种风电变桨驱动系统的控制方法，风电变桨驱动系统可参考第一实施例，在此不作赘述。需要说明的是，若同步控制单元13为独立的同步控制单元时，则由该独立的同步控制单元执行控制方法；若同步控制单元13为相互连接的第一控制单元131和第二控制单元132，在初始化时，已经在第一控制单元131和第二控制单元132中确定一个为控制主机，则由控制主机执行控制方法。
该方法包括步骤：
s11、获取上位设备发送的变桨启动命令，根据所述变桨启动命令向第一变桨驱动器和第二变桨驱动器发送同步的驱动控制信号；
s12、所述第一变桨驱动器和所述第二变桨驱动器分别接收所述驱动控制信号，根据所述驱动控制信号驱动变桨电机执行变桨动作。
在本实施例，若所述风电变桨驱动系统的同步控制单元包括内置在所述第一变桨驱动器中的第一控制单元和内置在所述第二变桨驱动器中的第二控制单元；
在获取上位设备发送的变桨启动命令之前，所述第一控制单元和所述第二控制单元通过自我仲裁及抢占方式，确定其中一个控制单元为控制主机，另一个控制单元为从机；
所述获取上位设备发送的变桨启动命令，根据所述变桨启动命令向第一变桨驱动器和第二变桨驱动器发送同步的驱动控制信号的步骤为：
所述控制主机获取所述上位设备发送的变桨启动命令，向所述控制主机所在的变桨驱动器和从机所在变桨驱动器发送同步的驱动控制信号；
所述第一变桨驱动器和所述第二变桨驱动器分别接收所述驱动控制信号，根据所述驱动控制信号驱动变桨电机执行变桨动作的步骤为：
所述控制主机所在的变桨驱动器和所述从机所在的变桨驱动器分别接收所述驱动控制信号，根据所述驱动控制信号驱动变桨电机执行变桨动作。
请参考图6所示，在一种实施方式中，所述第一变桨驱动器和所述第二变桨驱动器分别接收所述驱动控制信号，根据所述驱动控制信号驱动变桨电机执行变桨动作之后还包括：
s13、判断所述第一变桨驱动器或者所述第二变桨驱动器是否出现故障；
s14、若所述第一变桨驱动器或者所述第二变桨驱动器出现故障，则对所述第一变桨驱动器或者所述第二变桨驱动器执行驱动封波。
在该实施方式中，对故障的变桨驱动器执行驱动封波，而没有故障的变桨驱动器仍可正常驱动变桨电机执行变桨动作。
在该实施方式中，若所述风电变桨驱动系统的同步控制单元包括内置在所述第一变桨驱动器中的第一控制单元和内置在所述第二变桨驱动器中的第二控制单元；
所述判断所述第一变桨驱动器或者所述第二变桨驱动器是否出现故障；若所述第一变桨驱动器或者所述第二变桨驱动器出现故障，则对所述第一变桨驱动器或者所述第二变桨驱动器执行驱动封波的步骤包括：
判断是否为所述控制主机所在的变桨驱动器出现故障；在所述控制主机所在的变桨驱动器出现故障时，将所述从机切换为控制主机，并由切换后的控制主机执行驱动封波。
请再参考图6所示，在该实施方式中，所述若所述第一变桨驱动器或者所述第二变桨驱动器出现故障，则对所述第一变桨驱动器或者所述第二变桨驱动器执行驱动封波之后包括：
s15、确认是否需要执行安全收桨；
s16、若不需要执行安全收桨，则通过所述第二变桨驱动器或者所述第一变桨驱动器执行所述变桨启动命令；
s17、若需要执行安全收桨，则通过所述第二变桨驱动器或者所述第一变桨驱动器执行安全收桨。
在该实施方式中，若不需要执行安全收桨，则通过没有故障的变桨驱动器执行变桨启动命令；若需要执行安全收桨，则通过没有故障的变桨驱动器执行安全收桨。具体地，若步骤s13-s14中已经判断出第一变桨驱动器出现故障，则步骤s16-s17中通过第二变桨驱动器执行变桨启动命令和执行安全收桨；反之，若步骤s13-s14中已经判断出第二变桨驱动器出现故障，则步骤s16-s17中通过第一变桨驱动器执行变桨启动命令和执行安全收桨。
在该实施方式中，是否需要执行安全收桨，可根据上位设备发送的安全收桨指令、以及预设的驱动器故障时是否执行收桨的参数值。
在该实施方式中，在执行完安全收桨之后，对所述第二变桨驱动器或者所述第一变桨驱动器执行驱动封波。
为了更好地阐述上述实施例，以下仍结合图2-图4对风电变桨驱动系统的控制过程进行说明：
请参考图2所示的风电变桨驱动系统，该风电变桨驱动系统的控制过程如下：
初始化第一变桨驱动器112和第二变桨驱动器122，以及各自内置的第一控制单元131和第二控制单元132；第一控制单元131和第二控制单元132通过有线同步介质进行信息交互，包括本驱动器和其他驱动器的运行状态及主从状态。第一控制单元131和第二控制单元132采用自我仲裁及抢占方式确定控制主机，控制主机所在的驱动器为主机驱动器，另一个驱动器为从机驱动器。
控制主机判断是否接收到上位设备15发送的变桨启动命令，当接收到变桨启动命令后，控制主机给本变桨驱动器以及通过有线同步介质给其他驱动器发送同步的驱动控制信号，控制第一变桨驱动器112和第二变桨驱动器122同步发波，驱动变桨电机14执行变桨动作。
当变桨驱动器出现故障时执行故障处理，具体地：控制主机判断是否有变桨驱动器出现故障；当有故障的变桨驱动器为主机驱动器时，主机驱动器和从机驱动器自动切换；控制主机将故障的变桨驱动器执行驱动封波，即关断变桨驱动器的逆变功率器件。
在执行故障处理后，控制主机判断是否需要执行安全收桨；若不需要执行安全收桨，控制主机通过正常的变桨驱动器驱动变桨电机，执行上位设备15发送的变桨指令。若需要执行安全收桨，控制主机通过正常的变桨驱动器执行安全收桨，直至桨叶回到安全位置；当桨叶回到安全位置后，控制主机将正常的变桨驱动器执行驱动封波。
图3所示的风电变桨驱动系统的控制过程与图2相同，在此不作赘述。
图4所示的风电变桨驱动系统，该风电变桨驱动系统的控制过程如下：
初始化第一变桨驱动器112、第二变桨驱动器122、以及独立的同步控制单元13；
同步控制单元13判断是否接收到上位设备15发送的变桨启动命令，当接收到变桨启动命令后，同步控制单元13通过有线同步介质给第一变桨驱动器112和第二变桨驱动器122发送同步的驱动控制信号，控制第一变桨驱动器112和第二变桨驱动器122同步发波，驱动变桨电机14执行变桨动作。
当变桨驱动器出现故障时执行故障处理，具体地：同步控制单元13判断是否有变桨驱动器出现故障；当有变桨驱动器出现故障时，将该故障的变桨驱动器执行驱动封波。
在执行故障处理后，同步控制单元13判断是否需要执行安全收桨；若不需要执行安全收桨，同步控制单元13通过正常的变桨驱动器驱动变桨电机14，执行上位设备15发送的变桨指令。若需要执行安全收桨，同步控制单元13通过正常的变桨驱动器执行安全收桨，直至桨叶回到安全位置；当桨叶回到安全位置后，同步控制单元13将正常的变桨驱动器执行驱动封波。
本发明实施例提供的风电变桨驱动系统的控制方法，通过并联的变桨驱动器控制变桨电机；避免了单个变桨驱动器控制变桨电机存在的问题，提升了风电机组运行的可靠性和发电时间。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。