一种风电变桨控制系统模拟测试装置的制造方法
【专利摘要】一种风电变桨控制系统模拟测试装置，包括一个仿真控制器、一个变桨控制器、至少一个驱动器、交流变桨电机、编码器、直流供电单元、信号中继单元、继电控制单元、低压供电单元，以及监控变桨距系统运行的信号采集单元。信号中继单元分别与仿真控制器、变桨控制器、信号采集单元、继电控制单元、低压供电单元、编码器、驱动器连接。编码器安装在交流电机上，与驱动器连接。驱动器分别与直流供电单元和交流变桨电机连接。
【专利说明】
一种风电变桨控制系统模拟测试装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种风电变桨控制系统模拟测试装置。
【背景技术】
[0002]风力发电机组采用变桨距控制可根据风速和发电机转速调节叶片桨距角，从而控制发电机的输出功率。变桨距控制的优点是桨叶较为轻巧，受力较小，桨距角可根据风速大小进行自动调节，因而可以吸收更多的风能，并且能在高风速段保持功率平稳输出，易于开发大功率风力发电机组。目前全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机组均采用了变桨距控制技术。
[0003]风力发电机组的变桨距系统分为液压变桨距系统与电动变桨距系统。液压变桨距系统虽然具有传动力矩大、刚度大、定位准确等特点，但其系统复杂，存在非线性、漏油、卡塞现象。随着电机控制技术的进步，电动变桨距系统已经受到了越来越多风力发电机组制造厂商的关注，国内现有的大功率风力发电机组大多均采用电动变桨距系统。
[0004]电动变桨距系统一般由变桨控制器、驱动器、变桨电机、后备电源等设备构成。变桨控制器接收主控控制指令的同时采集变桨距系统的各种监控信号，输出控制信号并向驱动器发送速度指令。驱动器采集部分变桨距系统信号、执行控制器的速度指令，控制电机输出，调节桨叶桨距角。后备电源通过直流母线向驱动器供电，作为电网掉电时的顺桨能量来源。
[0005]针对不同的客户和风场环境，风力发电机组制造厂商所设计的电动变桨距系统在信号采集、控制信号输出方面存在较大差异，风电变桨控制软件程序也有较大不同，而控制软件的前期开发与后期测试严重依赖电动变桨距系统的硬件结构，影响了控制软件开发与测试的效率。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是提高风电变桨控制软件开发、测试的效率，提出一种风电变桨控制系统模拟测试装置。本实用新型具有模块化、通用性强、硬件结构简单的优点，适合不同交流电动变桨距系统前期的控制软件开发与后期的软件测试。
[0007]本实用新型测试装置包括一个仿真控制器、一个变桨控制器、至少一个驱动器、交流变桨电机、编码器、直流供电单元、信号中继单元、继电控制单元、低压供电单元，以及监控变桨距系统运行的信号采集单元等。
[0008]信号中继单元分别与仿真控制器、变桨控制器、信号采集单元、继电控制单元、低压供电单元、编码器、驱动器连接。编码器安装在交流电机上，与驱动器连接。驱动器分别与直流供电单元和交流变桨电机连接。
[0009]所述的仿真控制器有三方面作用:一是通过信号中继单元与变桨控制器进行CAN通讯，接收变桨距系统的当前桨距角值，模拟主控系统发送控制指令和桨叶位置指令，将与变桨距系统相关的控制功能从主控控制器中分离出来，模拟无主控系统情况下的主控-变桨联合调桨调试;二是其通过模拟量与数字量的组合输出，模拟变桨距系统中的手操盒调桨功能;三是向信号中继单元输出I/o信号，模拟当前变桨距系统的状态，取代大部分变桨距系统的监控信号，可以有效降低风电变桨控制软件前期开发与后期测试对于系统硬件的要求。仿真控制器的输出信号经信号中继单元一部分由变桨控制器采集，另一部分由驱动器米集。
[0010]变桨控制器一方面通过信号中继单元接收仿真控制器输出的控制指令，采集部分仿真控制器输出的模拟量信号，另一方面通过信号中继单元向驱动器发送位置或速度指令，并向继电控制单元发送数字量控制指令。
[0011]驱动器通过信号中继单元采集部分仿真控制器输出的信号，同时采集编码器的反馈信号，执行变桨控制器的速度或位置指令，控制电机输出，调节桨叶桨距角。
[0012]交流变桨电机是变桨距系统调节桨距角的末端执行元件。
[0013]编码器是变桨距系统的速度、位置反馈元件。
[0014]直流供电单元是变桨距系统的能量来源，同时可模拟后备电源。
[0015]信号中继单元由若干个接线端子组成，用于仿真控制器、信号采集单元输出信号的汇集与再分配，使风电变桨控制系统模拟测试装置可满足不同变桨距系统在信号采集与输出方面的差异。
[0016]信号采集单元用于采集、转换监控变桨距系统运行状态所必需的模拟量信号，并通过信号中继单元将信号传送至变桨控制器或驱动器。
[0017]继电控制单元接收、执行来自信号中继单元的变桨控制器和驱动器数字量控制指令，实现对驱动器直流供电电源的继电控制。
[0018]低压供电单元向测试装置提供24V低压控制电。
[0019]风电变桨控制系统模拟测试装置运行时，用户可对测试装置的功能进行选择:若选择主控-变桨联合调桨模拟测试，仿真控制器根据用户输入的调桨起始角度、调桨结束角度、调桨速度以CAN通讯方式经信号中继单元向变桨控制器发送桨叶位置指令，变桨控制器接收桨叶位置指令，根据当前桨距角计算出调桨速度指令以CAN通讯方式经信号中继单元发送给驱动器，驱动器根据调桨速度指令驱动交流电机完成对桨叶位置的调节;若选择手操盒调桨模拟测试，仿真控制器的模拟量I/O接口根据用户输入的调桨速度指令输出相应的模拟量信号经信号中继单元至变桨控制器或驱动器的模拟量I/O接口，仿真控制器的数字量I/O接口根据用户输入的调桨启动指令输出相应的数字量信号经信号中继单元至变桨控制器或驱动器的数字量I/O接口，驱动器根据调桨速度指令驱动交流电机完成对桨叶位置的调节;若选择故障模拟测试，例如“主电源接触器反馈丢失故障”，仿真控制器的数字量I/O接口中模拟主电源接触器反馈的数字量输出口会输出低电平经信号中继单元至变桨控制器数字量I/o接口中的主电源接触器反馈数字量输入口，变桨控制器检测到主电源接触器反馈丢失，则会报出“主电源接触器反馈丢失故障”并执行保护动作。
[0020]本实用新型的效果:
[0021](I)模块化、通用性强。信号中继模块的使用，使得该装置在模拟不同的变桨距系统需要更换驱动器或变桨控制器时，只需要更改驱动器或变桨控制器与信号中继模块之间的接线，模拟测试装置的其余部分结构与接线无需改变，实现了模块化，具有较强通用性。
[0022](2)硬件结构简单。仿真控制器起到模拟主控PLC与模拟变桨距系统状态的作用，通过软件编程可以取代大部分变桨距系统的器件，极大地简化了模拟测试装置的硬件结构。
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型风电变桨控制系统模拟测试装置模块图；
[0024]图2是信号中继单元接口分配示意图；
[0025]图3是仿真控制器、信号中继单元、变桨控制器的信号流示意图；
[0026]图4是仿真控制器、信号中继单元、驱动器的信号流示意图；
[0027]图5是变桨控制器、信号中继单元、驱动器的信号流示意图；
[0028]图6是信号采集单元、信号中继单元、变桨控制器、驱动器的信号流示意图；
[0029]图7是继电控制单元、信号中继单元、变桨控制器、驱动器的信号流示意图。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本实用新型。
[0031]如图1所示，本实用新型测试装置包括一个仿真控制器、一个变桨控制器、至少一个驱动器、交流变桨电机、编码器、直流供电单元，信号中继单元、继电控制单元、以及监控变桨距系统运行的信号采集单元。
[0032]信号中继单元分别与仿真控制器、变桨控制器、信号采集单元、继电控制单元、低压供电单元、编码器、驱动器连接。编码器安装在交流电机上，与驱动器连接。驱动器分别与直流供电单元、交流电机连接。
[0033]信号中继单元由若干个接线端子组成，如图2所示，其接口分为9个部分:1个24V供电接口，2个CAN通讯接口、3个数字量I/O接口D10、3个模拟量I/O接口ΑΙ0。
[0034]低压供电单元由开关电源组成，为整个装置提供24V直流电，开关电源的交流输入端与电网连接，直流输出端与信号中继单元的24V供电接口连接。
[0035]仿真控制器的直流供电输入端与信号中继单元的24V供电接口连接;仿真控制器的通讯接口与信号中继单元的CANl连接;仿真控制器的数字量输出接口分别与信号中继单元的第一数字量I/O接口 D101、第二数字量I/O接口 D102连接，仿真控制器的模拟量输出接口与信号中继单元的第一模拟量I/O接口 A101、第二模拟量I/O接口 A102连接。
[0036]变桨控制器的直流供电输入端与信号中继单元的24V供电接口连接，通讯接口与信号中继单元的CAN2连接，数字量输入接口与信号中继单元的第一数字量I/O接口 D1l连接，模拟量输入接口与第一模拟量I/O接口 A1l连接，数字量输出接口与信号中继单元的第三数字量I/O接口 D103连接。
[0037]信号采集单元由若干个可变电阻与温度变送器组成。温度变送器的直流供电输入端与信号中继单元的24V供电接口连接，温度变送器的输出端与信号中继单元的第三模拟量I/O接口 A103连接，可变电阻的输出端与温度变送器的信号输入端以及信号中继单元的第三模拟量I/O接口 A103连接。
[0038]继电控制单元由接触器构成，实现对驱动器直流工作电源的控制。接触器的控制信号输入端与信号中继单元的第三数字量I/O接口 D103连接，接触器主触点的输入端与直流供电单元的输出端连接，主触点的输出端与驱动器的直流母线供电输入端连接。
[0039]驱动器的直流母线供电输入端与直流供电单元的输出端之间串接继电控制单元的接触器主触点，驱动器的位置采集接口与编码器连接，动力输出端与交流电机连接，通讯接口与信号中继单元的CAN2连接，数字量输入接口与信号中继单元的第二数字量I/O接口D102连接，模拟量输入接口与信号中继单元的第二模拟量I/O接口 A102连接，数字量输出接口与信号中继单元的第三数字量I/O接口 D103连接。
[0040]编码器与驱动器的位置采集接口、信号中继单元的第三模拟量I/O接口A103连接。[0041 ]直流供电单元的交流输入端与电网连接，直流输出端与继电控制单元的接触器主触点输入端连接。
[0042]如图3所示，仿真控制器通过信号中继单元的CANl与变桨控制器进行CAN通讯，接收变桨距系统的当前桨角值用于变桨距系统状态的模拟，同时模拟主控向变桨控制器发送目标桨角位置指令。仿真控制器数字量输出模块与模拟量输出模块分别通过信号中继单元的第一数字量I/o接口 D1l与第一模拟量I/O接口 A1l向变桨控制器发送数字量信号与模拟量信号，其中数字量信号用于模拟当前变桨距系统的运行状态，如母线接触器反馈、充电器反馈、防雷模块反馈等，模拟量信号范围为[_10V，+ 10V]，用于模拟手操盒调桨速度指令，适用于手操盒调桨速度指令经由变桨控制器输入的系统。
[0043]如图4所示，仿真控制器数字量输出模块与模拟量输出模块还分别通过信号中继单元的第二数字量I/O接口 D102与第二模拟量I/O接口 A102向驱动器发送数字量信号与模拟量信号，其中数字量信号用于模拟当前变桨距系统的运行状态，如限位开关触发、手动信号、驱动器使能信号等，模拟量信号范围为[_10V，+10V]，用于模拟手操盒调桨速度指令，适用于手操盒调桨速度指令经由驱动器输入的系统。
[0044]如图5所示，变桨控制器通过信号中继单元的CAN2与驱动器进行CAN通讯，变桨控制器向驱动器发送速度指令及控制指令，如电机抱闸、驱动器使能等，驱动器向变桨控制器反馈状态信息，如电机电流、电机转速、驱动器母线电压等。
[0045]如图6所示，信号采集单元通过信号中继单元的第三模拟量I/O接口A103向变桨控制器与驱动器发送模拟量信号，信号采集单元中的采集器采集变桨距系统中的模拟量信号，如后备电源电压、驱动柜温度、轮毂温度等，并对信号进行相应的转换，如电压-电流转换，可以适应不同变桨控制器与驱动器模拟量输入接口的差异性。编码器的速度或位置信号也通过信号中继单元的第三模拟量I/O接口 A103反馈给驱动器或变桨控制器。
[0046]如图7所示，变桨控制器和驱动器通过信号中继单元的第三模拟量I/O接口D103向继电控制单元发送数字量控制指令，实现对驱动器直流供电电源的继电控制。
【主权项】
1.一种风电变桨控制系统模拟测试装置，其特征在于，所述的风电变桨控制系统模拟测试装置包括一个仿真控制器、一个变桨控制器、至少一个驱动器、交流变桨电机、编码器、直流供电单元、信号中继单元、继电控制单元、低压供电单元，以及监控变桨距系统运行的信号采集单元;所述的信号中继单元分别与仿真控制器、变桨控制器、信号采集单元、继电控制单元、低压供电单元、编码器、驱动器连接;所述的编码器安装在交流电机上，与驱动器连接;驱动器分别与直流供电单元和交流变桨电机连接。2.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统模拟测试装置，其特征在于，所述的低压供电单元由开关电源组成，为所述的风电变桨控制系统模拟测试装置提供24V直流电;开关电源的交流输入端与电网连接，开关电源的直流输出端与信号中继单元的24V供电接口连接。3.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统模拟测试装置，其特征在于，所述的仿真控制器的直流供电输入端与信号中继单元的24V供电接口连接;仿真控制器的通讯接口与信号中继单元的CANl端口连接;仿真控制器的数字量输出接口分别与信号中继单元的第一数字量I /0接口 D11、第二数字量I /0接口 D102连接;仿真控制器的模拟量输出接口与信号中继单元的第一模拟量I/O接口 A1l、第二模拟量I/O接口 A102连接。4.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统模拟测试装置，其特征在于，所述的变桨控制器的直流供电输入端与信号中继单元的24V供电接口连接;变桨控制器的通讯接口与信号中继单元的CAN2连接;变桨控制器的数字量输入接口与信号中继单元的第一数字量I/O接口 D1l连接;变桨控制器的模拟量输入接口与第一模拟量I/O接口 A1l连接;变桨控制器的数字量输出接口与信号中继单元的第三数字量I /0接口 D103连接。5.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统模拟测试装置，其特征在于，所述的信号采集单元由多个可变电阻与温度变送器组成;温度变送器的直流供电输入端与信号中继单元的24V供电接口连接，温度变送器的输出端与信号中继单元的第三模拟量I/O接口 A103连接;可变电阻的输出端与温度变送器的信号输入端以及信号中继单元的第三模拟量I/O接口 A103连接。6.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统模拟测试装置，其特征在于，所述的继电控制单元由接触器构成，实现对驱动器直流工作电源的控制;接触器的控制信号输入端与信号中继单元的第三数字量I/O接口 D103连接，接触器主触点的输入端与直流供电单元的输出端连接，主触点的输出端与驱动器的直流母线供电输入端连接。7.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统模拟测试装置，其特征在于，所述的驱动器的直流母线供电输入端与直流供电单元的输出端之间串接继电控制单元的接触器主触点；驱动器的位置采集接口与编码器连接，动力输出端与交流电机连接，通讯接口与信号中继单元的CAN2连接，数字量输入接口与信号中继单元的第二数字量I/O接口 D102连接，模拟量输入接口与信号中继单元的第二模拟量I/0接口 Al02连接，数字量输出接口与信号中继单元的第三数字量I/O接口 D103连接。8.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统模拟测试装置，其特征在于，所述的编码器与驱动器的位置采集接口、信号中继单元的第三模拟量I/O接口 A103连接。9.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统模拟测试装置，其特征在于，所述的直流供电单元的交流输入端与电网连接，直流供电单元的直流输出端与继电控制单元的接触器主触点输入端连接。10.根据权利要求1所述的风电变桨控制系统模拟测试装置，其特征在于，所述的仿真控制器通过信号中继单元与变桨控制器进行CAN通讯，接收变桨距系统的当前桨距角值，模拟主控系统发送控制指令和桨叶位置指令，将与变桨距系统相关的控制功能从主控控制器中分离出来，模拟无主控系统情况下的主控-变桨联合调桨调试;并且，通过模拟量与数字量的组合输出，模拟变桨距系统中的手操盒调桨功能;仿真控制器向信号中继单元输出I/O信号，模拟当前变桨距系统的状态，输出的信号经信号中继单元，由变桨控制器和驱动器采集； 所述的变桨控制器接收仿真控制器输出的控制指令，采集仿真控制器输出的模拟量信号，并通过信号中继单元向驱动器发送位置或速度指令，向继电控制单元发送数字量控制指令； 所述的驱动器采集仿真控制器输出的信号，同时采集编码器的反馈信号，执行变桨控制器的速度或位置指令，控制电机输出，调节桨叶桨距角； 所述的交流变桨电机是变桨距系统调节桨距角的末端执行元件； 所述的编码器是变桨距系统的速度、位置反馈元件； 所述的信号中继单元由若干个接线端子组成，用于仿真控制器、信号采集单元输出信号的汇集与再分配； 所述的信号采集单元用于采集、转换监控变桨距系统运行状态所必需的模拟量信号，并通过信号中继单元将信号传送至变桨控制器或驱动器； 所述的继电控制单元接收、执行来自信号中继单元的变桨控制器和驱动器数字量控制指令，实现对驱动器直流供电电源的继电控制。
【文档编号】G05B23/02GK205485601SQ201620006687
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月4日
【发明人】梁龙晓, 许洪华, 苏晓东, 王亚非
【申请人】科诺伟业风能设备（北京）有限公司, 北京科诺伟业科技股份有限公司