专利名称：永磁变桨风力发电机组控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电机自动控制技术领域，尤其是涉及一种具有同步变桨装置的永磁变桨风力发电机组的控制系统。
背景技术：
社会经济迅猛发展，人们对能源的需求与日俱增，随着煤炭、石油、天然气等传统能源逐渐枯竭，由此带来的能源危机和环境污染也日益加重，风能和水能等作为可再生的清洁能源越来越受到世界各地的重视。目前，风力发电技术经过近二十多年的发展已日趋成熟，逐步呈现市场化和规模化，现代风力发电技术已不再为人们陌生，风能所蕴含的能量和开发前景在国际市场上普遍得到了认可。
众所周知，风力发电机组主要由风机和发电机两部分组成，根据它们的不同结构以及所采用的技术方案，可以有多种分类方式。如按照发电机的类型来分类，可以被分为异步发电机型和同步发电机型两大类，其中同步发电机型又可分为电励磁同步发电机和永磁同步发电机两类。电励磁同步发电机由外接直流电流激励来产生磁场，而永磁同步发电机的转子一般为采用铁氧材料制造的永磁体磁极，不用外界激磁，因简化了发电机的结构而具有多种优势，因此多桨叶永磁变桨风力发电机组由于其各方面性能上的实现优于定桨距机型而受到广泛的推崇。目前，如何在中小型风机有限的机舱空间中引入结构简化且运行可靠的同步变桨及自动控制系统成为迫切需要解决的技术难题之一。
在本申请的发明人之前提交的国际专利申请PCT/CN2011/079295，名称为“多桨叶单驱同步变桨装置”的发明技术方案中，公开了一种多桨叶叶轮系统的同步变桨装置。根据该发明的具体实施例，一同步变桨装置被设置在风力发电机机舱和轮毂的内部，如图I所示的风力发电机组的叶轮部分围绕其轮毂设有多个桨叶(图中未显示)，各桨叶通过相应的回转支撑座22等间距间隔地固定安装在轮毂周围，每个回转支撑座22包含一回转支撑轴承221，每个回转支撑轴承221包含可相对旋转的内圈和外圈。该风力发电机的同步变桨装置主要包括一单独的变桨电机110、一丝杆传动机构120以及一同步连杆机构130。其中， 丝杆传动机构120包括一联轴器121，一滚珠丝杆122、一传动套124、一传动轴125以及一转换套126 ;同步连杆机构130包括一同步盘131、一导向支撑座132和多个连接于同步盘 131与桨叶回转轴承221内圈之间的连杆133。丝杆传动机构120的滚珠丝杆122和传动套124通过螺纹结合将变桨电机110输出的旋转动力转化为传动轴125的直线运动，透过转换套126可以将传动轴125的直线运动传递给设在轮毂内的与轮毂一起旋转的同步连杆机构130的同步盘131，使传动轴125带动同步盘131在导向支撑座132的引导下沿轴向方向做往复直线运动，从而通过各个连杆133带动对应的桨叶回转支撑轴承221的内圈同步地相对于其外圈旋转相同的角度，以一个单独的电机驱动具有多个桨叶的风力发电机实现同步变桨。
上面主要描述了这种同步变桨机构的机械结构和基本原理，本发明的目的旨在对应用这种同步变桨机构的永磁变桨风力发电机组的控制系统提出全新的技术解决方案。发明内容
本发明主要的目的在于提供一种永磁变桨风力发电机组控制系统，用于控制具有同步变桨机构的永磁变桨风力发电机组根据风速和实际运行的要求进行同步变桨，令风力发电机的桨叶角度根据风速的大小在目标范围内可实时地调整。
为实现上述目的，本发明提供了一种永磁变桨风力发电机组控制系统，该风力发电机组包括风机、轮毂、等间隔地安装于轮毂周围的多个浆叶及其对应的桨叶回转支撑座， 所述永磁变桨风力发电机组应用一种安装于风机机舱和轮毂内部的同步变桨装置，所述同步变桨装置包括一变桨电机、一丝杆传动机构以及一同步连杆机构，其中所述丝杆传动机构包括一联轴器、一滚珠丝杆、一传动套、一传动轴以及一转换套，所述同步连杆机构包括一同步盘、一导向支撑座和多个连接于同步盘与桨叶回转支撑轴承内圈之间的连杆，通过丝杆传动机构的丝杆螺纹与传动套的螺母结合将变桨电机的旋转转换为传动轴在轴向上的直线运动，经转换套传递给同步盘和连杆，从而带动桨叶围绕桨叶回转轴转动，其中所述控制系统包括一整流单元，用于将风力发电机所产生的交流电转换为直流电输出；一直流电压检测单元，并联于整流单元的输出端，用于检测其输出的直流电压；一直流电流检测单元，耦合于整流单元的输出端，用于检测其输出的直流电流；一自动变桨控制单兀，包括一第一微型继电器，所述第一微型继电器可使变桨电机顺时针方向运行，从而通过丝杆传动机构和同步连杆机构带动浆叶按第一方向围绕桨叶回转轴转动，一第二微型继电器，所述第二微型继电器可使变桨电机逆时针方向运行，从而带动浆叶按第一方向的反向围绕桨叶回转轴转动；以及一智能控制单元，被设置为根据直流电压检测单元和直流电流检测单元检测出的直流输出电压和电流计算出风机当前转速，从而根据预设的规则来确定桨叶需要调整的角度和方向，令上述自动变桨控制单元根据智能控制单元所确定的需要调整的角度和方向执行变桨，并通过上述技术方案使风力发电机组的输出功率根据风速大小实现实时可调。
进一步有利的是，本发明的永磁变桨风力发电机组控制系统还包括一桨叶角度检测单元，所述桨叶角度检测单元包括一第一接近开关，设置于变桨电机输出转轴的齿轮盘附近位置，用于检测变桨电机的转速，所述智能控制单元根据所述桨叶角度检测单元测到的变桨电机转速计算出桨叶转动角度的变化量，继而根据预设的规则来确定在一段可设置的特定时间间隔内桨叶需要调整的角度和方向，并令所述自动变桨控制单元按照所述智能控制单元确定的角度和方向执行变桨，从而使整个变桨的过程得到稳定而平滑的控制。
进一步地，所述桨叶角度检测单元还包括一第二接近开关，被设置于一个距离变桨电机最远的第一极限位置，当所述丝杆传动机构的传动套在其轴向方向移至该第一极限位置时，该第二接近开关即被触发而令变桨电机立即停机；并且还包括一第三接近开关，被设置于一个距离变桨电机最近的第二极限位置，当所述丝杆传动机构的传动套在其轴向方向移至该第二极限位置时，该第三接近开关即被触发而令变桨电机立即停机。通过上述第二接近开关和第三接近开关的设置，系统将控制所述丝杆传动机构在轴向前后移动时不超出该第一和第二极限位置，从而起到保护本发明整个风力发电机的机械结构和控制系统的作用。
优选的是，本发明永磁变桨风力发电机组控制系统的变桨控制单元还包括一变频器，所述变桨控制单元的第一微型继电器的信号输入接所述智能控制运算单元的信号输出，所述第一微型继电器的主触点响应于智能控制运算单元的指令接通或断开所述变频器的正向控制电路，令该变频器输出使变桨电机顺时针方向运转的变频电流；所述变桨控制单元的第二微型继电器的信号输入接所述智能控制运算单元的信号输出，所述第二微型继电器的主触点响应于智能控制运算单元的指令接通或断开变频器的反向控制电路，令该变频器输出使变桨电机逆时针方向运转的变频电流；所述变频器输出的频率可以由智能控制运算单元根据风速变化以令风机按最大功率曲线输出直流电的方式来确定。优选的是，本发明永磁变桨风力发电机组控制系统还包括一浪涌保护单元，并联于风力发电机的三相输出端，包含多级进柜防雷模块，其输入端接风力发电机组三相输出端，而另一端则接地，从而有效地抑制了外部雷击的冲击，很好地保护了风力发电机控制系统内部的电子元器件。优选的是，本发明永磁变桨风力发电机组控制系统还包括一手动制动单元，并联于风力发电机三相输出端，包括一空气开关，其辅助输出端接所述智能控制运算单元的信号输入，其主触头的一端接入所述风力发电机组的三相输出，而另外一端则以电缆短路，利用该手动制动单元用，可以为维护工作人员提供更好的安全保障。优选的是，本发明永磁变桨风力发电机组控制系统包括一状态显示及参数设置单元，包括显示器及系统所应用的用户界面，供用户在线监控风力发电机组的运行状态及数据，设置控制系统的参数及用户密码。优选的是，本发明永磁变桨风力发电机组控制系统还包括一自动泄荷保护单元， 包括一泄荷驱动板，并联于整流单元的输出端，以及一泄荷功能单元，包括绝缘栅双极型晶体管和泄荷电阻，泄荷电阻的一端连整流单元的输出端正极P+，泄荷电阻的另一端接绝缘栅双极型晶体管的C极，绝缘栅双极型晶体管的E极接整流输出单元的输出端负极N-。可选择地，所述泄荷功能单元的绝缘栅双极型晶体管G极可作为控制信号输入端接智能控制运算单元的脉冲信号输出端。优选的是，本发明永磁变桨风力发电机组控制系统还设有一上位监控单元，包括一无线通讯模块，与所述智能控制运算单元通讯连接，从而可以实现远程在线实时监控风力发电机组的运行状态及数据。
图1为应用同步变桨装置的永磁风力发电机组的结构示意图。图2为本发明的应用同步变桨装置的永磁变桨风力发电机组控制系统的模块图。图3为本发明的永磁变桨风力发电机组的桨叶角度检测与同步变桨控制单元的示意图。图4为阐释推导本发明风力发电机的同步盘位移量M与变桨角度β之间的关系式的原理图。图5为本发明的永磁变桨风力发电机组的同步变桨控制方法的流程图。
具体实施例方式
6
以下根据本发明的永磁变桨风力发电机的控制系统的构成和控制原理将通过结合附图对具体实施方式
的详细描述来进行阐释。图2所示的模块图为本发明永磁变桨风力发电机的控制系统简化的示意图，本发明应用一种上述背景技术中已经披露的同步变桨装置对多桨叶风力发电机进行同步变桨控制，其机械部分的结构与现有技术基本相同，为简要起见不再赘述，其控制部分的构成如图2所示，主要包括一用于将风力发电机产生的三相交流电转变为直流电能的整流单元 D1、一并联于所述整流单元Dl的三相输出端的直流电压检测单元D2、一耦接于所述整流单元Dl的三相输出端的直流电流检测单元D3、一浪涌保护单元D4、一手动制动单元D5、一用于检测桨叶角度变化的桨叶角度检测单元D6、一自动控制桨叶转动的自动变桨控制单元 D7、以及一智能控制单元D8。其中，所述整流单元Dl由三个二极管整流桥组成，每个二极管整流桥的输入端接风力发电机三相输出端的其中之一，所述二极管整流桥的正负输出极分别接风力发电机的正负直流输出端，即图中所示的“P+”端和“N-”端。直流电压检测单元D2可选择电量隔离式直流电压互感器，其输出电压一般为 0-10V的模拟信号。该直流电压互感器的输入端与整流单元Dl的输出端电连接，其输出端则连接至智能控制单元D8的模拟信号输入端。直流电流检测单元D3可采用霍尔电流互感器，其输出电流一般为0_20mA的模拟信号。整流单元Dl输出端的直流母线正极穿过霍尔电流互感器的圆孔，而霍尔电流互感器输出的模拟信号则被传输至智能控制单元D8的另一个模拟信号输入端。根据本发明的优选实施例，浪涌保护单元D4并联于风力发电机的三相输出端，它包含多级进柜防雷模块，其输入端接风力发电机组三相输出端，而另一端则接地。根据本发明的又一优选实施例，手动制动单元D5被并联于风力发电机三相输出端，它包括一空气开关，其辅助输出端接所述智能控制单元D8的信号输入，其主触头的一端接入所述风力发电机组的三相输出，另外一端用电缆短路。接下来，参考图3和图4描述本发明永磁变桨风力发电机的同步变桨控制原理，本发明控制系统中的桨叶角度检测单元D6包含图3所示的三个接近开关第一接近开关Se、 第二接近开关S9tl和第三接近开关&，它们的输出信号均被传递至智能控制单元D8。其中第一接近开关S0的探头被设于靠近变桨电机110输出转轴一侧的齿轮盘附近，用于检测变桨电机的转速/角速度，由智能控制单元D8根据所测得的变桨电机转速和丝杆的节距可以计算出单位时间内同步盘131在轴向方向上的位移。第二接近开关S90的探头被设置于一个距离变桨电机110最远的第一极限位置即 90°极限位置，当所述丝杆传动机构120的传动套IM在轴向方向上移至该第一极限位置时，该第二接近开关S9tl即被触发而令变桨电机110立即停机，此时，传动轴125、同步盘131 以及连杆133均移至距离变桨电机110最远的位置，而桨叶则转至迎风角为90°。第三接近开关&的探头被设置于一个距离变桨电机110最近的第二极限位置即 0°极限位置，当所述丝杆传动机构120的传动套IM在其轴向方向上移至该第二极限位置时，该第三接近开关&即被触发而令变桨电机110立即停机，此时，传动轴125、同步盘131 以及连杆133均移至距离变桨电机110最近的位置，而桨叶则转至迎风角为0°。正如上面所述，第二接近开关S90和第三接近开关&被系统用来控制所述丝杆传动机构120在轴向前后移动时不超出该第一和第二极限位置，从而起到保护本发明风力发电机的整个结构和控制系统的作用。当同步盘131沿轴向从如图4所示的Bl位置移动至B2位置时，连杆133连接于桨叶回转轴承221的一端围绕桨叶回转轴0从々1位置顺时针转动至A2的位置，因而，同步盘由位置Bl至B2的位移量M与桨叶回转半径的初始角度α和桨叶所转过的角度β之间可以建立以下的关系式，利用该关系式，对于可由第一接近开关S0测量得到变桨电机转速 /角速度而得出丝杆传动机构的丝杆螺母相对于丝杆的位移量也就是同步盘的位移量Μ， 就计算出对应该位移量M的桨叶角度变化量β
M /f '-[Si si fi(e tp l-h]' Vr '· [ Rk si ft ει · h| '+Ijcoso-cosfe+lil
其中，r为连杆长度，R为桨叶回转半径，α为桨叶的初始角度，h为连杆位于同步盘一端的移动轨迹距桨叶回转轴的水平距离。自动变桨控制单元D7的变桨电机控制电路中包含一第一微型继电器、一第二微型继电器、以及一变频器。所述第一、第二微型继电器的供电线圈均连接于所述智能控制单元D8的信号输出，所述第一微型继电器的主触点响应于智能控制单元D8的指令接通或断开变频器的正向控制电路，令该变频器输出使变桨电机110以顺时针方向运转的变频电流，从而驱动丝杆传动机构120的传动套124向逐渐接近变桨电机110的方向移动，并通过同步连杆机构130的同步盘131带动桨叶按第一方向围绕桨叶回转轴转动，即如图4中所示的，同步盘131沿轴向从Bl向B2移动，而连杆133连接于桨叶回转轴承221的一端围绕桨叶回转轴0从Al向A2转动；所述第二微型继电器的主触点响应于智能控制单元D8的指令接通或断开变频器的反向控制电路，令该变频器输出使变桨电机110以逆时针方向运转的变频电流，从而驱动丝杆传动机构120的传动套124向逐渐远离变桨电机110的方向移动，并通过同步连杆机构130的同步盘131带动桨叶按第一方向的反向围绕桨叶回转轴转动，即如图4中所示的，同步盘131沿轴向从B2向Bl移动，而连杆133连接于桨叶回转轴承221的一端围绕桨叶回转轴0从Al向A2转动。由于变桨电机110的旋转通过丝杆传动机构120的丝杆122和传动套124的螺纹将转变为传动套124的轴向直线往复移动，并传递给传动轴125，控制变桨电机110的转动方向即控制了传动轴125即同步盘131的移动方向，令连杆133的第一端始终沿水平轴a移动，而连杆133的另一端则围绕桨叶回转轴以回转支撑轴承内圈的回转半径R的圆弧为移动轨道，其结果是，通过一个单独的电机驱动丝杆传动机构和同步盘，就达到了令多个桨叶同步改变角度的效果。更为优选的是，所述自动变桨控制单元D7的变频器输出的频率可以由智能控制单元D8根据风速变化的速度以令风机按最大输出功率曲线输出直流电的方式来确定，由于变桨电机的转速由该变频器的输出频率决定，因而使变桨的速度随着风速的变化而改变。智能控制单元D8可以采用可编程控制器，主要包括主处理器CPU、信号输入/输出、以及通信模块。所述智能控制单元D8通过其模拟信号输入接收自直流电压检测单元D2 和直流电流检测单元D3采集的模拟信号，并经模数转换传递给主处理器CPU。上述桨叶角度检测单元D6的第一、二、三接近开关，和上述自动变桨控制单元D7的第一、二微型继电器和变频器等设备的状态信号被连接到所述智能控制单元D8的信号输入端。由所述智能控制单元D8的主处理器CPU对风力发电机产生的电流、电压值、位移量、以及变桨角度的变化实行实时监测，并按照系统预设整定参数和条件输出相应的动作指令来实现对同步变桨过程的实时控制。下面，参考图5的流程来说明本发明永磁变桨风力发电机的同步变桨控制的主要步骤，具体如下
步骤1 风力发电机启动之始，风速大于切入风速且小于额定风速，智能控制单元D8根据实际测得的风速输出相应的指令给自动变桨控制单元D7，控制桨叶逐渐调整至有利于风轮启动的最佳角度，从而令风机实现软启动，通常桨叶的形状被设计为在该最佳角度时所发挥的风能利用效率最佳，因而该最佳角度也被作为桨叶的安装角；
步骤2 在风机运行当中，通过直流电压检测单元D2、直流电流检测单元D3检测出风力发电机的输出电压、电流和功率，同时，通过桨叶角度检测单元D6实时采集与桨叶当前角度相关的风速和变桨电机转速等数据，并将这些数据传递给智能控制单元D8 ；
步骤3 由智能控制单元D8对步骤2采集的当前风速与风机额定风速进行比较，从而确定桨叶需要调整的方向和角度，并将相应的指令传递给变桨角度控制单元D7执行变桨； 其判断条件及对应的调整方式如下
-如当前风速小于风机额定风速时，令桨叶角度调至其安装角位置； -如当前风速大于风机额定风速时，将桨叶角度设在令风轮转速维持在不超过其额定转速的士R的误差范围内变化，R值的大小可以根据控制系统的精度要求预先设定，在这种情况下，一旦风轮转速超出该误差范围时，将由智能控制单元D8输出控制指令，以令风轮转速回归到该目标误差范围内的方式调整桨叶的角度；
-如当前风速大大超过风机额定风速的警戒上限或风力发电机发生故障时，控制系统将发出报警消息，并由智能控制单元D8输出控制指令，将桨叶逐渐调至迎角等于90°，令风轮转速缓慢减小直至使风机停机，以空气动力制动方式实现安全停机保护风机不受大风的影响。步骤4 由变桨角度控制单元D7根据智能控制单元D8在步骤3输出的控制指令来执行令桨叶由0°转至90°迎角或由90°转至0°迎角方向变桨的动作。在实际执行变桨动作的过程中，为了保证变桨的可靠性和平稳度，智能控制单元 D8根据实时采集的数据条件作出判断之后，实际输出的是一定时间间隔At内桨叶所要调整的角度和方向，时间间隔At可由用户预先设置。因此，步骤4又包含以下子步骤
子步骤41 根据智能控制单元D8输出的变桨指令来执行变桨动作，该指令包含在一定时间间隔内At桨叶所需转动的角度Δ β (即角速度=Δ β/At)和方向；
子步骤42 通过由桨叶角度检测单元D6反馈的变桨电机转速得出桨叶改变的角度，判断桨叶当前角度是否满足了步骤3确定的条件，如当前桨叶角度已经到位，则进入步骤5， 变桨动作完成；如当前桨叶角度未到位，则变桨动作未完成，返回至步骤2，重复步骤2和步骤3，进行数据采集和条件判断，然后仍然是在步骤41执行进一步的变桨动作，如此以递进方式，直至在步骤42判断出桨叶角度变化已经到位，然后方进入步骤5，变桨动作完成；如果在执行变桨过程中，桨叶到达90°或0°极限位置，变桨电机立即停止，若丝杆传动机构 120触发第二或第三接近开关，变桨电机亦立即停止；变桨电机一旦停止动作，一套完整的变桨控制过程即结束。在本发明的具体实施例中，上述永磁变桨风力发电机组控制系统还设有一状态显示及参数设置单元D9，包括控制系统的用户界面和显示器，例如可操作的触摸屏显示器，通过数据线与智能控制单元D8的通信接口连接，用户可以通过显示器显示的用户界面来观察风力发电机组的运行状态及数据，也可以对系统运行的相关参数进行重新整定以满足新的要求。在一些较佳实施例中，用户还可以通过该状态显示及参数设置单元D9设定用户密码。进一步地，在风力发电机的直流输出端还设有一自动泄荷保护单元D10，包括一泄荷驱动板D11、以及一泄荷功率单元D12，所述泄荷功率单元D12包括绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)和泄荷电阻R1，其中所述泄荷驱动板Dll并联于整流单元Dl的直流输出，也就是说，所述泄荷驱动板Dll的泄荷电路的直流输入端接整流单元Dl的输出端，P+端和N-端； 该泄荷电路的控制信号输入端接智能控制单元D8的脉冲信号输出端，其驱动信号输出端接泄荷功率单元D12的驱动信号输入端，即绝缘栅双极型晶体管的G极；所述泄荷功率单元 D12的泄荷电阻Rl —端连整流单元Dl输出端的正极P+，泄荷电阻Rl的另一端接绝缘栅双极型晶体管的C极，绝缘栅双极型晶体管的E极接整流单元Dl输出端的负极N-，而绝缘栅双极型晶体管的G极作为泄荷功率单元D12的驱动信号输入端接泄荷驱动板Dll的驱动输出端。工作时，风力发电机三相交流电经过浪涌保护单元D4接地，通过整流单元Dl的三相二极管整流桥将交流电转换成直流电，通过直流输出端P+和N-接入负载中。直流电压测量单元D2和直流电流测量单元D3实时采集直流电流和直流电压的模拟量，通过模数转换后再将数据传送给智能控制单元D8的CPU模块，将所采集的数据与预先整定的参数进行比较，如果直流电压超过预定阈值则触发PWM脉冲输出模块发出PWM脉冲信号给泄荷保护单元D10，然后由泄荷驱动板Dll发出驱动信号驱动泄荷功率单元D12中的绝缘栅双极型晶体管，风力发电机输出的能量经过整流单元Dl整流，再由泄荷功率单元D12的绝缘栅双极型晶体管、泄荷电阻进行泄荷。当直流电压低于预定阈值时，PWM脉冲输出模块即停止发出 PWM脉冲信号，智能控制单元D8继续检测直流电压信号，直到电压低于预定阈值。泄荷驱动Dll板也可以直接通过检测直流电压进行自动泄荷。当泄荷驱动板Dll 检测到直流线路中的直流电压超过整定值时，泄荷驱动板Dll直接发出驱动信号驱动泄荷单元中的绝缘栅双极型晶体管，风力发电机的能量通过整流单元Dl整流，再由泄荷功率单元D12的绝缘栅双极型晶体管、泄荷电阻进行泄荷，当直流电压低于整定值时，泄荷驱动板 Dll停止驱动信号。优选的是，本发明的控制系统还可以设有一上位监控单元D20，包括一无线通讯模块，例如GPRS通讯模块或3G的VPN路由模块，与所述智能控制单元D8的通讯接口相连，从而可以实现远程在线实时监控风力发电机组的运行状态及数据。根据上述具体实施例描述的技术方案，本发明所提供的永磁变桨风力发电机组控制系统的优势在于
1)本发明的同步变桨控制系统由于采用了结构简单而运行可靠的同步变桨机构，可以很容易地完成全自动同步变桨功能，实现了风机输出功率根据风速的变化可调，完善了风能利用与设备安全之间的平衡；
2)通过本发明的同步变桨自动控制功能还减少了风力发电机制动系统停机时的压力， 使得风力发电机的停机过程更为平稳；3)通过在风力发电机组控制系统的三相输入端加入了多级浪涌保护单元，有效地抑制了外部雷电的冲击，很好地保护了风力发电机组控制系统内部的电子元器件；
4)通过手动制动功能的使用，可以预防恶劣天气对风机的破坏，对在风力发电机上进行维护作业的技术人员提供了更好的安全保障；
5)由于上位监控单元采用了无线通讯模块，令操作人员对风力发电机组的运行进行实时远程监控成为可能。 尽管以上详细描述了本发明较佳的具体实施例，可以理解的是，对于上述本发明具体实施例的所描述的技术方案仅为说明本发明宗旨的目的而非限定，本领域普通技术人员可以在理解本发明的构思和教导的基础上无需创造性劳动而做出某些显而易见的修改、 变化或者等同的替换，这些显而易见的修改、变化或者等同替换皆应在本申请所附的权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种永磁变桨风力发电机组控制系统，所述风力发电机组包括风机、轮毂、等间隔安装于轮毂周围的多个浆叶及其对应的桨叶回转支撑座(22)、以及安装于风机机舱和轮毂内部的同步变桨装置，所述同步变桨装置包括一变桨电机(110)、一丝杆传动机构(120)以及一同步连杆机构(130)，其特征在于所述控制系统包括一整流单元(D1)，用于将风力发电机所产生的交流电转换为直流电输出；一直流电压检测单元(D2)，并联于整流单元(Dl)的输出端，用于检测其输出的直流电压；一直流电流检测单元(D3)，耦合于整流单元(Dl)的输出端，用于检测其输出的直流电流；一自动变桨控制单元(D7)，包括一第一微型继电器，所述第一微型继电器可使变桨电机(110)顺时针方向运行,从而通过同步连杆机构(130)带动衆叶按第一方向转动，一第二微型继电器，所述第二微型继电器可使变桨电机(110 )逆时针方向运行，从而带动浆叶按第一方向的反向转动；以及一智能控制单元(D8)，被设置为根据直流电压检测单元(D2)和直流电流检测单元 (D3)检测出的直流输出电压和电流计算出风机当前转速，从而根据预设的规则来确定桨叶需要调整的角度和方向，令上述自动变桨控制单元(D7)根据智能控制单元(D8)所确定的需要调整的角度和方向执行变桨，实现风机输出功率可调。
2.根据权利要求I所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述控制系统还包括一桨叶角度检测单元(D6)，所述桨叶角度检测单元(D6)包括一第一接近开关，被设置于变桨电机(110)输出转轴的齿轮盘附近位置，用于检测变桨电机(110)的转速，所述智能控制单元(D8)根据所述桨叶角度检测单元(D6)测到的变桨电机(110)转速计算出桨叶转动角度的变化量，继而根据预设的规则来确定在一段可设置的特定时间间隔内桨叶需要调整的角度和方向，并令所述自动变桨控制单元(D7)按照所述智能控制单元(D8)确定的角度和方向执行变桨。
3.根据权利要求2所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述桨叶角度检测单元(D6)还包括一第二接近开关S9tl，被设置于一个距离变桨电机(110)最近的第一极限位置，当所述丝杆传动机构(120)的传动套(124)在其轴向方向移至该第一极限位置时， 该第二接近开关S9tl即被触发而令变桨电机(110)立即停机。
4..根据权利要求2所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述桨叶角度检测单元(D6)还包括一第三接近开关Stl，被设置于一个距离变桨电机(110)最远的第二极限位置，当所述丝杆传动机构(120)的传动套(124)在其轴向方向移至该第二极限位置时，该第三接近开关Stl即被触发而令变桨电机(110)立即停机。
5.根据权利要求I所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述控制系统还包括一浪涌保护单元(D4)，并联于风力发电机的三相输出端，包含多个进柜防雷模块，其输入端接风力发电机组三相输出端，而另一端则接地。
6.根据权利要求I所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述控制系统还设有一手动制动单元(D5)，并联于风力发电机三相输出端，包括一空气开关，其辅助输出端接所述智能控制运算单元(D8)的信号输入，其主触头的一端接入所述风力发电机组的三相输出，而另外一端则以电缆短路。
7.根据权利要求I所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述控制系统还包括一状态显示及参数设置单元(D9)，包括显示器及系统所应用的用户界面，供用户在线监控风力发电机组的运行状态及数据，设置控制系统的参数及用户密码。
8.根据权利要求I所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述控制系统还包括一自动泄荷保护单元(D10),包括一泄荷驱动板(D11),并联于整流单元(Dl)的输出端，以及一泄荷功能单元(D12)，包括绝缘栅双极型晶体管和泄荷电阻，泄荷电阻的一端连整流单元(Dl)输出端的正极P+，泄荷电阻的另一端接绝缘栅双极型晶体管的C极，绝缘栅双极型晶体管的E极接整流输出单元Dl输出端的负极N-。
9.根据权利要求8所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述泄荷功能单元(D12)的绝缘栅双极型晶体管G极作为控制信号输入端接智能控制运算单元(D8)的脉冲信号输出端。
10.根据权利要求I所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述控制系统还设有一上位监控单元(D20)，包括一与所述智能控制运算单元(D8)通讯连接的无线通讯模块。
11.根据权利要求I至10任一项所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述变桨控制单元(D7)还包括一变频器，所述第一微型继电器的信号输入接所述智能控制运算单元(D8)的信号输出，所述第一微型继电器的主触点响应于所述智能控制运算单元(D8)的指令接通或断开所述变频器的正向控制电路，令该变频器输出使变桨电机(110) 顺时针方向运转的变频电流；所述第二微型继电器的信号输入接所述智能控制运算单元 (D8)的信号输出，所述第二微型继电器的主触点响应于智能控制运算单元(D8)的指令接通或断开变频器的反向控制电路，令该变频器输出使变桨电机(110)以逆时针方向运转的变频电流。
12.根据权利要求11所述的永磁变桨风力发电机组控制系统，其特征在于所述变桨控制单元(D7)的变频器输出的频率由智能控制运算单元D8根据风速变化以令风机按最大功率曲线输出直流电的方式来确定。
全文摘要
一种永磁变桨风力发电机组控制系统，所述风力发电机包括风机、轮毂、等间隔安装于轮毂周围的浆叶及桨叶回转支撑座以及同步变桨装置，其包括变桨电机、丝杆传动机构和同步连杆机构，所述控制系统包括整流单元、直流电压和电流检测单元、自动变桨控制单元以及智能控制单元，所述自动变桨控制单元包括一第一微型继电器，可使变桨电机顺时针运行，通过同步盘和连杆带动浆叶以第一方向转动，一第二微型继电器，可使变桨电机逆时针运行，从而带动浆叶以第一方向的反向转动；所述智能控制单元被设置为根据采集到的风机当前转速确定桨叶需要调整的角度和方向，令自动变桨控制单元执行同步变桨。本发明的技术优势在于，结构简化，控制精确，运行可靠性高。
文档编号F03D7/00GK102536651SQ20121000897
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者何雪松, 叶余胜, 张中伟, 徐晓峰, 袁炜 申请人:上海致远绿色能源有限公司