一种风电变桨矩伺服控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种风电变桨矩伺服控制系统，包括主控器与变桨距控制器，其中的发送设备与接收设备均接入CAN通讯各层之间的数据传输部分。本实用新型便于实现基于ＣＡＮ构造的风力发电机控制系统具有冗余的多主结构，系统的控制作用分散到各个控制节点，控制节点在监控计算机、控制节点和通信链路出现故障的情况下均能正常工作；系统可区分节点的暂时性错误和永久性故障，故障节点能自动从系统中脱离；系统配置灵活，易于扩展，可方便的构成远程控制系统；系统的实时性好，控制系统抗干扰能力强，适用于工作环境恶劣、电机和电网干扰较大的风力发电机控制应用中；提高了系统配置的灵活性，易于扩展和维护。
【专利说明】—种风电变桨矩伺服控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及能源【技术领域】，尤其涉及一种风电变桨矩伺服控制系统。
【背景技术】
[0002]随着全球能源消费剧增，煤炭、石油、天然气等资源消耗速度加快，人们对环保、节能、无污染认识的逐步提高和技术发展，风电作为一种可再生能源，在我国得到迅速发展。截止到2 O O 6年底，我国风电总装机容量仅2 6 O O兆瓦，2 O O 7年当年新增的风电装机容量就达3 3 O O兆瓦，2 O O 9年中国大陆新增安装风电机组I O I 2 9台，容量1 3 8 0 3.2兆瓦，年同比增长I 2 4 % ;累计安装风电机组2 1 5 4 4台，容量2 5 8 0 5.3兆瓦,年同比增长I I 4 %。中国的风力发电设备制造业已经迎来一个高速增长的阶段。
[0003]从产品技术发展趋势来看，风电变桨伺服系统越来越多地集成了外部的控制功能，如不间断供电应急收桨、充电一体化、极限低温自举温控等。在总线技术方面，目前绝大多数风力发电机组的控制系统都采用集散型或称分布式控制系统(D C S)，采用分布式控制最大优点是许多控制功能模块可以直接布置在控制对象的位置，就地进行采集、控制、处理。避免了各类传感器、信号线与主控制器之间的连接；同时D C S现场适应性强，便于控制程序现场调试，机组运行时也可随时修改控制参数，并与其他功能模块保持通信，发出各种控制指令。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，目前功能上有较大提高，很多厂家也开始采用PLC构成控制系统，现场总线技术(F C S )在进入九十年代中期以后发展也十分迅猛，风力发电机一般工作与恶劣的环境下，在无人值守的情况下长年运行，因而要保证对其进行实时、可靠的控制。在大型风力发电场，通常需要对几十台或几百台风力发电机进行集群控制，这就要求采用先进的控制手段和同通信手段，现场总线是近年来工业控制领域的热点，C AN是一种先进的串行通信协议，它有效地支持分布式实时控制系统，将CAN总线技术应用于风力发电机的集群控制，能够提高控制系统的可靠性、实时性和灵活性，降低系统成木。
[0004]基于CAN总线的控制器在大中型风力发电机组的控制系统中已得到广泛的应用，使得整个风力发电机控制系统的体积就越来越小，控制性能越来越完善，智能化程度越来越高，运行更加可靠，维修和操作则更简便易行。因此，针对以上方面，需要对现有技术进行合理的改进。
实用新型内容
[0005]针对以上缺陷，本实用新型提供一种便于维护、应用广泛、控制系统成本低、有利于提高系统实时性与灵活性的风电变桨矩伺服控制系统，以解决现有技术的诸多不足，主要改进以及可拓展技术如下:
[0006]主控器和变桨距控制器之间采用CAN总线通信方式、C AN O p e η协议，快速实现各节点之间的数据传输，包括主控器下发的控制命令，各节点采集的上传数据等;
[0007]在CANo p e η网络中，主节点负责各种网络管理，并对网络中的通讯做合理的调度，设定风力发电(主)控制器节点为C AN open主节点，其它节点控制器为从节点，每个从节点具有固定的节点I D，可以在对象字典中来设置节点的具体I D ;由于CAN本身并非一个完整的协议，只包括物理层和数据链路层两个底层协议，进行高效率的通讯还需要进一步开发高层协议，CANopen就是针对此产生的一种高层协议；
[0008]CANopen规定了应用层和通讯子集(C i A D S - 3 O I )，可编程控制器的设备子集(C i A D S-3 O 2)，电缆和接口特性等等，还规定了额外的专用设备描述协议，这些都在相应的设备子集里规定(D S-4 XX),C i AD S-3 O I ,即工业上应用的基本CANopen通讯协议。
[0009]要实现一个CANo P e η设备，必须研制实现通讯接口、对象字典和应用程序。
[0010]( I )对象字典:C AN O P e η网络中每个节点都有一个对象字典，对象字典包含了描述这个设备和它的网络行为的所有参数；
[0011]( 2 )通讯接口:通过CAN网络传输的CANopen通讯对象可以通过服务和协议来描述；分类如下:
[0012]①实时数据的传输通过“过程数据对象”(PDO)协议来完成；
[0013]②通过“服务数据对象”(S D O )，可实现对对象字典的读写操作；
[0014]③“特殊功能对象”协议提供了特定应用的网络同步，时间戳和应急报文传输；
[0015]④网络管理(NM Τ)协议提供了网络初始化，错误控制和设备状态控制的服务；
[0016]( 3 )应用程序:根据主控器和变桨距控制器的具体情况，定义不同的接口和应用，扩展C AN ο P e η协议，实现数据的传送和管理。
[0017]研究解决的技术关键问题:
[0018]( I )抗强振动冲击强，能适应任何不良环境，具有足够的耐受力；
[0019]( 2 )可自动调试:对驱动器的各项参数进行调整及检测；
[0020]( 3 )高精度变桨矩控制:调节速度为0.01-15° /秒，调节精度达0.01° ;
[0021](4)采用CANOPN通讯实现实时变桨控制、应急收桨、状态通报及冗余控制；
[0022]( 5 )能兼容德国LUS、SSB、KEB等品牌的产品；
[0023]( 6 )高效率、小体积永磁电机设计，减小发热量，减轻重量；
[0024]( 7 )长寿命，可使用20年；
[0025]风力发电控制系统中，由于组成结构原因，各功能电路模块分步在多个不同位置，因此需要传输线来完成主控器与各功能模块的数据通信，完成数据采集、命令控制等，以往多采用R S 4 8 5总线通信方式，其不足之处:R S 4 8 5系统是主从结构的，无法构成多主或冗余结构的系统；通信方式采用循环地址查询、握手通信，节点越多传输效率越低；上传通信无优先级别，即使需急传的异常数据也得按序排轮等候召唤，实时性差；单个节点错误会影响整个系统性能。本案采用的CAN总线是具有优先级的总线式串行通信网络，具有突出的实时性、可靠性和灵活性，基于CAN总线的风力发电机控制系统成本低，易于维护，控制节点的实际应用表明，该系统具有较好的可靠性、实时性和较好的控制性能；现场总线技术是当今工业控制中的热点，随着其技术在国内的不断发展和推广，必将在风力发电控制领域有着愈来愈广阔的应用前景。
[0026]主要技术指标:
[0027]( I )抗强振动冲击:确保驱动器及电机可靠地随轮毂旋转和抵御风电设备的摇摆和震动，符合风电产品标准；
[0028]( 2 )自动调试:通过R S 4 8 5接口运行调试软件，可实现对驱动器的各项参数进行调整及检测；
[0029]( 3 )高精度变桨矩控制:驱动器接受上位机指令，可实时调节桨叶角度，在与整个系统的精密配合后，调节速度范围为0.01-15° /秒，调节精度达0.01° ;
[0030]( 4 )高可靠性设计:在强风速、设备故障等情况下，伺服驱动器在上位机指令下或自动完成收桨动作，保障桨叶及风电设备的安全；
[0031]( 5 )两种反馈方式兼容设计:旋转变压器或测速发电机；
[0032]( 6 )高效率、小体积永磁电机设计:采用高性能钕铁硼永磁材料，电机在宽广的功率范围效率高达9 O %以上，减小发热量，减轻重量；
[0033]( 7 )直流驱动器适配多种电机:除配套星辰永磁直流电机外，还可配套各种串励、永磁直流变桨电机，实现高精度伺服控制；
[0034]( 8 )交流变桨系统CAN总线通讯及上位机集成；
[0035]( 9 )长寿命:根据风电领域的特点，加强散热、增加防护措施，按照20年寿命设计。
[0036]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0037]—种风电变桨矩伺服控制系统，包括主控器与变桨距控制器，所述主控器设置于发送设备内部；其中的变桨矩控制器设置于接收设备一侧；其中的发送设备与接收设备均接入CAN通讯各层之间的数据传输部分；所述变桨距控制器内部并联接入三路三极管组合并且每一路组合外部电路配置对应的二极管支路，从而在三路三极管组合之间形成一个控制支路。所述设备内部由应用层、数据链路层以及物理层构成，所述接收设备内部由应用层、数据链路层以及物理层组成。
[0038]本实用新型所述的风电变桨矩伺服控制系统的有益效果为:
[0039]①便于实现基于C AN构造的风力发电机控制系统具有冗余的多主结构，系统的控制作用分散到各个控制节点，控制节点在监控计算机、控制节点和通信链路出现故障的情况下均能正常工作；系统可区分节点的暂时性错误和永久性故障，故障节点能自动从系统中脱离；系统配置灵活，易于扩展，可方便的构成远程控制系统；
[0040]②系统的实时性好，C AN总线依据优先权进行总线访问，使用无破坏性的基于优先权的仲裁，在保证数据一致性的条件下，数据传输速率最高可达I Mb P s ;CAN网络上的节点信息分成不同的等级，满足不同实时要求，高优先级的数据最长可在I 3 4 us内得到传输；
[0041]③控制系统抗干扰能力强，C A N采用短帧结构，发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发，传输媒介可根据具体情况选用双绞线、光纤、电力线、和无线电介质，适用于工作环境恶劣、电机和电网干扰较大的风力发电机控制应用中；
[0042]④由于现场总线的开放性，在通信协议一致的情况下，用户可集成不同厂家的产品，提高了系统配置的灵活性，与其它方案比较，基于C A N总线的控制系统成本低，易于扩展和维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0044]图1是本实用新型实施例所述风电变桨矩伺服控制系统通讯层部分传输示意图；
[0045]图2是本实用新型实施例所述风电变桨矩伺服控制系统的变桨距控制器电路示意图。
【具体实施方式】
[0046]如图1-2所示，本实用新型实施例所述的风电变桨矩伺服控制系统，包括主控器与变桨距控制器，所述主控器设置于发送设备内部并且该设备内部由应用层、数据链路层以及物理层构成，其中的变桨矩控制器设置于接收设备一侧并且该接收设备内部由应用层、数据链路层以及物理层组成，其中的发送设备与接收设备均接入CAN通讯各层之间的数据传输部分；相应地，所述变桨距控制器内部并联接入三路三极管组合并且每一路组合外部电路配置对应的二极管支路，从而在三路三极管组合之间形成一个控制支路。
[0047]上述对实施例的描述是为了便于该【技术领域】的普通技术人员能够理解和应用本案技术，本案不限于以上实施例，本领域的技术人员根据本案的揭示，对于本案做出的改进和修改都应该在本案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种风电变桨矩伺服控制系统，包括主控器与变桨距控制器，其特征在于: 所述主控器设置于发送设备内部； 其中的变桨矩控制器设置于接收设备一侧； 其中的发送设备与接收设备均接入CAN通讯各层之间的数据传输部分； 所述变桨距控制器内部并联接入三路三极管组合并且每一路组合外部电路配置对应的二极管支路，从而在三路三极管组合之间形成一个控制支路。
2.根据权利要求1所述的风电变桨矩伺服控制系统，其特征在于:所述设备内部由应用层、数据链路层以及物理层构成。
3.根据权利要求1所述的风电变桨矩伺服控制系统，其特征在于:所述接收设备内部由应用层、数据链路层以及物理层组成。
【文档编号】F03D7/00GK203925878SQ201420245291
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】吕虹 申请人:上海星之辰电气传动技术有限公司, 桂林星辰科技有限公司