专利名称：一种基于连续定位方式的风电变桨驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种基于连续定位方式的风电变桨驱动方法。
背景技术：
作为新能源和清洁能源的典型代表，风力发电技术和其相关的控制技术的研究探 索和付诸实现成为了热点。面对风机这个体现着多学科交叉的对象，如何更高效安全的将 风能转化为电能成为了研究的核心。要实现该目标，变桨控制技术的进步是不可或缺的重 要组成部分。由于风机开发和应用多源于国外，相关的变桨驱动技术主流技术为上位机给 伺服驱动器速度指令，伺服电机运行后，桨叶侧传感器将角度信号反馈回上位机，上位机再 做运算，重新结合风场和风机发电情况给定速度值，依次周而复始。由于系统计算时，对于 桨叶的角度值是控制目标，若系统还要解算到速度值并与角度值对应关联，就造成给定不 直观，上位计算量大，系统效率不高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效的变桨控制方法。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了 一种基于连续定位方式的风电变 桨驱动方法，其特征在于，步骤为步骤1、由主控上位机根据风场自然状况和风机发电情况结合当前风机桨叶角度， 计算得到当前桨叶预控角度值，每间隔一固定时间间隔t向伺服控制器发送一次，同时通 过安装在桨叶侧的角度传感器，对桨叶实际角度进行监控；步骤2、伺服控制器通过系统总线接收主控上位机发送的位置值，并进入循环周期 为τ的循环处理程序，其中T = 2t，该循环处理程序的步骤为步骤2. 1、将主控上位机当前发送的桨叶角度值和前一次发送的桨叶角度值进行 比较，若相等，则伺服控制器不做任何处理，否则进入下一步；步骤2. 2、执行连续定位模块对完成实时动态的桨叶角度的控制。本发明结合了基于角度值直接给定的控制方案和完善的连续定位驱动方式，从而 确保系统可靠、稳定和高效。本发明的优点是简化风电桨叶角度实时控制方案，完成了直接连续定位驱动控制 在风电变桨系统应用中的有效探索。
图1为风电变桨驱动示意图；图2为流程图；图3为驱动控制模块示意图；图4-1为预置定位方式图；图4-2为连续定位方式图。
具体实施例方式以下结合实施例来具体说明本发明。实施例本发明提供了一种基于连续定位方式的风电变桨驱动方法，步骤为步骤1、由主控上位机根据风场自然状况和风机发电情况结合当前风机桨叶角度， 计算得到当前桨叶预控角度值，每间隔一固定时间间隔t向伺服控制器发送一次，同时通 过安装在桨叶侧的角度传感器，对桨叶实际角度进行监控；步骤2、伺服控制器通过系统总线接收主控上位机发送的位置值，并进入循环周期 为τ的循环处理程序，其中T = 2t，该循环处理程序的步骤为步骤2. 1、将主控上位机当前发送的桨叶角度值和前一次发送的桨叶角度值进行 比较，若相等，则伺服控制器不做任何处理，否则进入下一步；步骤2. 2、执行连续定位模块对完成实时动态的桨叶角度的控制。如图1所示，为风电变桨驱动示意图，所述的风电变桨控制系统由图中各部分组
成。其中
表示伺服电机侧安装的旋转变压器，作为伺服电机本级的速度和位置反馈
元件
表示安装在桨叶侧的绝对值编码器，也通过系统总线向主控上位机发送桨叶实 际角度值，作为位置闭环监控信号。在该系统中，有3各电气控制柜组成，每个柜内控制部分主要配LENZE ECS系列驱 动控制器以及EPM系列I/O输入/输出模块等。主控上位机与各控制器及桨叶侧编码器采 用CAN0PEN总线连接。主控上位机对于驱动控制器的控制及指令发送和桨叶侧编码器对于 实际角度值的反馈均通过该总线完成交换。本发明采用可编程控制器PLC编程软件LENZE Drive PLC DeveloperStudio-Professional V2. 3 ；伺服组态软件LENZE Global Drive Control V4. 11作为二次开发软件，采用国际标准编辑程序IEC61131-3标准功能块图FB、语句表 STL和顺序流程SFC语言编制程序如图2所示，为基于连续定位方式的风电变桨驱动控制程 序流程图，具体的处理方法是系统初始化，检查硬件设备是否完好，检查通讯状态是否完好；若一切正常，则进 入正常调桨模式，并循环检查上述条件。若上述条件出现故障，则判断是哪一级别的故障， 并将故障信息发送给主控上位机。若故障是驱动系统之外的问题，那么驱动器将桨叶收回 到迎风面最小位置；若故障来自驱动系统内部，包括电机异常、反馈异常、通讯异常、驱动器 异常等，则利用工频电直接驱动电机回到迎风面最小位置。在执行连续定位工作中，针对该较特殊的定位驱动方式设计了专门的驱动控制模 块，如图3所示，输入端提供了切换定位段、定位段号、定位目标值、定位速度值、定位加速 度、定位减速度、定位完成速和定位加速斜率功能管脚；输出端提供了当前定位段、定位状 态输出管脚；参数设置部分提供了诸如定位段切换方式、退出连续定位的后续状态保持方 式，加速度动态补偿等参数设定。先对参数进行合理设置，确定切换的段数为2，切换方式为 自动计算。当新位置值和定位速度值以及变化的状态发送到伺服控制器时，控制器立即刷 新定位相关的物理量，然后执行新的定位段，并将当前执行中的定位段号作为输出值给回系统，与此同时将当前定段所处的状态发送回系统，比如处于加速中或减速中亦或定位已 完成。编程过程中，依据这些状态量，来完成调用该模块的逻辑控制，以最终实现对桨叶的 连续定位工作。其中，定位加速度就是从零速达到定位速度的时的加速度，定位减速度反之；定位 速度即稳定运行时速度；定位完成速指的是，目标位置到达后，定位速度保持多少；而加速 度斜率则是调节加速度变化快慢的数据。以下，列举了几种连续定位的例子，以说明连续定位功能块实现其不同功能的原 理。功能块中重要的参数为定位切换方式。该参数分两种情况选择，0 =预置；1 =自动计 算。当用户选择定位切换方式=预置时，则利用选择定位段号和切换定位段两个输入的命 令，相应定位动作按照每一个定位段中预置的相关值执行，见图4-1中例子，图中①②③④ 代表各预置定位段，Signal代表切换定位段信号；当用户选择定位切换方式=自动计算 时，则功能块锁定当前初始段号，将新的定位相关变量存在当前段号+1段中，当切换定位 段输入命令有效时，立即刷新相关定位变量，特别是保证速度不发生异变，衔接连续。新的 定位相关值生成后再放回当前段号-1中，这样周而复始，见图4-2中例子，图中①②代表各 连续定位段，Signal代表切换定位段信号。
权利要求
一种基于连续定位方式的风电变桨驱动方法，其特征在于，步骤为步骤1、由主控上位机根据风场自然状况和风机发电情况结合当前风机桨叶角度，计算得到当前桨叶预控角度值，每间隔一固定时间间隔t向伺服控制器发送一次，同时通过安装在桨叶侧的角度传感器，对桨叶实际角度进行监控；步骤2、伺服控制器通过系统总线接收主控上位机发送的位置值，并进入循环周期为T的循环处理程序，其中T＝2t，该循环处理程序的步骤为步骤2.1、将主控上位机当前发送的桨叶角度值和前一次发送的桨叶角度值进行比较，若相等，则伺服控制器不做任何处理，否则进入下一步；步骤2.2、执行连续定位模块对完成实时动态的桨叶角度的控制。
2.如权利要求1所述的一种基于连续定位方式的风电变桨驱动方法，其特征在于，所 述连续定位模块的实现步骤为在执行连续定位工作中，针对该较特殊的定位驱动方式设计了专门的驱动控制模块， 输入端提供了切换定位段、定位段号、定位目标值、定位速度值、定位加速度、定位减速度、 定位完成速和定位加速斜率功能管脚；输出端提供了当前定位段、定位状态输出管脚；参 数设置部分提供了诸如定位段切换方式、退出连续定位的后续状态保持方式，加速度动态 补偿等参数设定，先对参数进行合理设置，确定切换的段数为2，切换方式为自动计算，当新 位置值和定位速度值以及变化的状态发送到伺服控制器时，控制器立即刷新定位相关的物 理量，然后执行新的定位段，并将当前执行中的定位段号作为输出值给回系统，与此同时将 当前定段所处的状态发送回系统，比如处于加速中或减速中亦或定位已完成，编程过程中， 依据这些状态量，来完成调用该模块的逻辑控制，以最终实现对桨叶的连续定位工作。
全文摘要
本发明提供了一种基于连续定位方式的风电变桨驱动方法，其特征在于，步骤为由主控上位机根据风场自然状况和风机发电情况结合当前风机桨叶角度，计算得到当前桨叶预控角度值，每间隔一固定时间间隔t向伺服控制器发送一次，同时通过安装在桨叶侧的角度传感器，对桨叶实际角度进行监控；伺服控制器通过系统总线接收主控上位机发送的位置值，并进入循环周期为T的循环处理程序。本发明的优点是简化风电桨叶角度实时控制方案，完成了直接连续定位驱动控制在风电变桨系统应用中的有效探索。
文档编号F03D7/00GK101892954SQ20101023116
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者刘佳伟, 吕忠, 秦扬, 陈建国 申请人:上海德重科技有限公司