专利名称：一种风力发电机变桨距控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机的控制系统，尤其涉及一种风力发电机变 桨距控制系统。
背景技术：
采用变桨技术的风力发电机组通过变距系统可以调整叶片的桨距角， 优化风轮的出力，改善风力机的输出功率特性，并消除因空气密度变化和 叶片表面粗糙度对功率输出的影响。变桨距风力发电机组能主动以全顺桨 方式来减少叶轮所承受的风压，具有机组起动性能好、输出功率稳定、机 组结构受力小、停机方便安全和运输起吊难度小等优点。另外，通过变桨 系统可以使叶片处于顺桨状态，这样在机组出现故障等情况下，极大地减 小制动工况下作用在传动系统中的载荷，同时在极端风速工况下通过顺桨 减小风轮上承受的推力，从而降低塔架所承受的极限载荷。为了保证在电 网失电等意外情况下叶片可靠顺桨，需要给变桨距系统提供可靠的后备电 源，在系统断电情况下给变桨距机构提供足够的能量，使叶片顺桨，保证
机组的安全。专利号为02144809. 4的中国专利公开了一种"兆瓦级风电机 组变速、变距控制系统"，其缺点是液压装置漏油无法避免，造成一定的污 染，而且结构复杂。
发明内容
4本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结构简 单、能保障变桨安全的一种风力发电机变桨距控制系统。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明 是一种风力发电机变桨距控制系统，其特点是，
它由中控柜、由中控柜控制的若干个并联的轴柜、以及由每一个轴柜 单独控制的一组直流电机及传动装置构成；
所述的中控柜包括PLC (可编程控制器)控制单元和控制接口； 所述的轴柜设有电机驱动器，电机驱动器联接保护电路驱动直流电机 及传动装置；轴柜内还设有与电机驱动器并联的充电电路，充电电路一端 与中控柜联接，另一端联接充电电池组，充电电池组再与保护电路联接， 充电电路在PLC控制单元给出指令后，控制充电电池组充电；
所述的直流电机输出齿轮上设有位置传感器1，直流电机上还设有热保 护开关、温度传感器和加热器，温度传感器、加热器和热保护开关与PLC 控制单元联接，在低温工作条件时，提供直流电机电枢辅助加热；
所述的传动机构包括减速器和驱动齿轮；
上位机(风力发电机主机)通过控制接口将位置信号发送至中控柜， 经PLC控制单元的位置调节器处理后，给出以-10V +10V电压形式输出的 u信号，u信号经电机驱动器的速度调节器处理后，给出以电压形式输出 的U信号驱动直流电机，直流电机输出的"角速度信号经减速器减速后， 输出h角速度信号，减速后的转轴联接驱动齿轮带动桨叶进行转动，桨叶 则按得到的w i角速度信号进行变桨运转；
设置在桨叶转动齿轮上的位置传感器2适时将桨叶转动的位置信号通过编码器选择反馈给PLC控制单元进行处理；位置传感器1将电机轴转动 的位置信号通过编码器选择反馈给PLC控制单元进行处理，形成位置闭环。
本发明所要解决的技术问题还可以通以以下的技术方案来进一步实 现。以上所述的一种风力发电机变桨距控制系统，其特点是，所述的位置 传感器l为编码器l，所述的位置传感器2为编码器2。
本发明所要解决的技术问题还可以通以以下的技术方案来进一步实 现。以上所述的一种风力发电机变桨距控制系统，其特点是，所述的直流 电机输出齿轮上还设有速度传感器，速度传感器将直流电机输出的W角速 度信号反馈给电机驱动器进行处理，形成速度环。
本发明所要解决的技术问题还可以通以以下的技术方案来进一步实 现。以上所述的一种风力发电机变桨距控制系统，其特点是，所述的速度 传感器为测速发电机。
本发明所述的一种风力发电机变桨距控制系统中，所述的轴柜可以若
干个，其个数一般与桨叶个数相对应，优选3个。
本发明所要解决的技术问题还可以通以以下的技术方案来进一步实 现。以上所述的一种风力发电机变桨距控制系统，其特点是，所述的充电
电池组为配备具有AGM技术的免维护充电电池，在紧急情况时，充电电池 组通过保护电路，为直流电机及传动机构供电。
与现有技术相比，本发明控制系统具有以下优点
1、 PLC控制单元实现包括了桨叶转角位置闭环、电池充电控制、箱体 温度控制和故障处理等多项功能；
2、 上位机发送给PLC控制单元的为单一的位置信号，当位置信号未发生或出现错误时，PLC控制单元则认为是故障，并适时作出命令将风叶调整 到安全位置即顺桨位置，从而使其控制程序更简单化，增加了其运行的可
靠性；
3、 本发明中若干个轴柜均采有相同结构设置，实现了轴柜的标准化和 通用化，便于管理与维护；
4、 桨叶的驱动由直流电机实现，由于是线性控制，控制特性较稳定， 而以往的交流电机变频装置结构复杂，因此在很大程度上简化了电机驱动 器；同时，电机在紧急情况需用备用电池电源供电，直流电机则省略了冗 烦的交/直转换结构，即提高了系统的安全性和可靠性。
图1为本发明的原理框图； 图2为本发明的控制框图3为本发明中直流电机及传动机构的组成框图。
具体实施例方式
实施例l。参照图卜图3。 一种风力发电机变桨距控制系统， 它由中控柜、由中控柜控制的若干个并联的轴柜、以及由每一个轴柜 单独控制的一组直流电机及传动装置构成；
所述的中控柜包括PLC控制单元和控制接口 ；
所述的轴柜设有电机驱动器，电机驱动器联接保护电路驱动直流电机 及传动装置；轴柜内还设有与电机驱动器并联的充电电路，充电电路一端 与中控柜联接，另一端联接充电电池组，充电电池组再与保护电路联接， 充电电路在PLC控制单元给出指令后，控制充电电池组充电；所述的直流电机输出齿轮上设有位置传感器1，直流电机上还设有热保 护开关、温度传感器和加热器，温度传感器、加热器和热保护开关与PLC 控制单元联接，在低温工作条件时，提供直流电机电枢辅助加热；
所述的传动机构包括减速器和驱动齿轮；
上位机通过控制接口将位置信号发送至中控柜，经PLC控制单元的位 置调节器处理后，给出以-10V +10V电压形式输出的u信号，u信号经电 机驱动器的速度调节器处理后，给出以电压形式输出的U信号驱动直流电 机，直流电机输出的"角速度信号经减速器减速后，输出h角速度信号， 减速后的转轴联接驱动齿轮带动桨叶进行转动，桨叶则按得到的^角速度 信号进行变桨运转；
设置在桨叶转动齿轮上的位置传感器2适时将桨叶转动的位置信号通 过编码器选择反馈给PLC控制单元进行处理；位置传感器1将电机轴转动 的位置信号通过编码器选择反馈给PLC控制单元进行处理，形成位置闭环。
在正常工作时，PLC控制单元通过控制接口，与充电电路、电机驱动器 以及电机及传动装置等相联接，完成变桨控制。
变桨控制回路的位置闭环由PLC控制单元实现PLC控制单元接受来自 位置传感器2信号(另有位置传感器l作为冗余信号)，与上位机给定的变 桨角度信号即位置命令进行比较，通过采用PID控制器方式的位置调节器 向电机驱动器发出电机转速指令。
当电源及上位机任意一个或同时发生故障时，变桨系统以充电电池组 供电，通过PLC控制单元，驱动直流电机，以固定速度开始转动叶片，一 直到达安全位置，再由位置传感器反馈信号给PLC控制单元，从而发送指令通过制动齿轮制动。
实施例2。在实施例1中，所述的位置传感器l为编码器l，所述的位 置传感器2为编码器2。
实施例3。在实施例1中，所述的直流电机输出齿轮上还设有速度传感 器，速度传感器将直流电机输出的W角速度信号反馈给电机驱动器进行处 理，形成速度环。
实施例4。在实施例2中，所述的直流电机输出齿轮上还设有速度传感
器，速度传感器将直流电机输出的"角速度信号反馈给电机驱动器进行处 理，形成速度环。
在正常工作时，PLC控制单元通过控制接口，与充电电路、电机驱动器 以及电机及传动装置等相联接，完成变桨控制。
变桨控制回路的位置闭环由PLC控制单元实现PLC控制单元接受来自 绝对值编码器2信号(另有绝对值编码器1作为冗余信号)，与上位机给定 的变桨角度信号即位置命令进行比较，通过采用PID控制器方式的位置调 节器向电机驱动器发出电机转速指令。
速度环由电机驱动器实现电机驱动器接收PLC控制单元的转速命令， 与电机轴上的速度传感器信号比较经采用PID控制器方式的速度调节器作 用实现速度闭环，速度调节器输出经过脉宽调制功率放大环节，产生需要 的电枢电压U，驱动直流电机转动，直流电机轴与减速器相连，减速后的转 轴联接驱动齿轮带动桨叶进行转动。
当电源及上位机任意一个或同时发生故障时，变桨系统以充电电池组 供电，通过PLC控制单元，驱动直流电机，以固定速度开始转动叶片，一直到达安全位置，再由位置传感器反馈信号给PLC控制单元，从而发送指 令通过制动齿轮制动。
实施例5。在实施例4中，所述的速度传感器为测速发电机。 实施例6。在实施例1中，所述的轴柜为3个。
实施例7。在实施例1或3中，所述的充电电池组为配备具有AGM技术 的免维护充电电池，在紧急情况时，充电电池组通过保护电路，为直流电 机及传动机构供电。
权利要求
1、 一种风力发电机变桨距控制系统，其特征在于，它由中控柜、由中控柜控制的若干个并联的轴柜、以及由每一个轴柜单独控制的一组直流电机及传动装置构成；所述的中控柜包括PLC控制单元和控制接口 ；所述的轴柜设有电机驱动器，电机驱动器联接保护电路驱动直流电机 及传动装置；轴柜内还设有与电机驱动器并联的充电电路，充电电路一端 与中控柜联接，另一端联接充电电池组，充电电池组再与保护电路联接， 充电电路在PLC控制单元给出指令后，控制充电电池组充电；所述的直流电机输出齿轮上设有位置传感器1，直流电机上还设有热保 护开关、温度传感器和加热器，温度传感器、加热器和热保护开关与PLC 控制单元联接，在低温工作条件时，提供直流电机电枢辅助加热；所述的传动机构包括减速器和驱动齿轮；上位机通过控制接口将位置信号发送至中控柜，经PLC控制单元的位 置调节器处理后，给出以-10V +10V电压形式输出的u信号，u信号经电 机驱动器的速度调节器处理后，给出以电压形式输出的U信号驱动直流电 机，直流电机输出的w角速度信号经减速器减速后，输出"，角速度信号， 减速后的转轴联接驱动齿轮带动桨叶进行转动，桨叶则按得到的A角速度 信号进行变桨运转；设置在桨叶转动齿轮上的位置传感器2适时将桨叶转动的位置信号通 过编码器选择反馈给PLC控制单元进行处理；位置传感器1将电机轴转动 的位置信号通过编码器选择反馈给PLC控制单元进行处理，形成位置闭环。
2、 根据权利要求l所述的一种风力发电机变桨距控制系统，其特征在于， 所述的位置传感器1为编码器1，所述的位置传感器2为编码器2。
3、 根据权利要求1或2所述的一种风力发电机变桨距控制系统，其特征在于，所述的直流电机输出齿轮上还设有速度传感器，速度传感器 将直流电机输出的"角速度信号反馈给电机驱动器进行处理，形成速 度环。
4、 根据权利要求3所述的一种风力发电机变桨距控制系统，其特征在于，所述的速度传感器为测速发电机。
5、 根据权利要求l所述的一种风力发电机变桨距控制系统，其特征在于， 所述的轴柜为3个。
6、 根据权利要求l所述的一种风力发电机变桨距控制系统，其特征在于， 所述的充电电池组为配备具有AGM技术的免维护充电电池，在紧急情 况时，充电电池组通过保护电路，为直流电机及传动机构供电。
全文摘要
本发明是一种风力发电机变桨距控制系统，其特征在于，它由中控柜、由中控柜控制的若干个并联的轴柜、以及由每一个轴柜单独控制的一组直流电机及传动装置构成；所述的中控柜包括PLC控制单元和控制接口。本发明系统的PLC控制单元实现包括了桨叶转角位置闭环、电池充电控制、箱体温度控制和故障处理等多项功能；上位机发送给PLC控制单元的为单一的位置信号，当位置信号未发生或出现错误时，PLC控制单元则认为是故障，并适时作出命令将风叶调整到安全位置即顺桨位置，从而使其控制程序更简单化，增加了其运行的可靠性；桨叶的驱动由直流电机实现，由于是线性控制，控制特性较稳定。
文档编号F03D7/00GK101311527SQ20071002282
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者刘欣村, 鹏 张, 李爱英, 林海军, 颖 程, 陈建华 申请人:连云港杰瑞电子有限公司