一种双电机同步控制变桨系统的制作方法

本发明属于风力发电机组技术领域，特别适用于大机型的变桨控制系统的双电机同步控制变桨系统。

背景技术：

变桨控制系统是风力发电机控制系统的重要组成部分，小机型的定桨控制除外，兆瓦级以上风机都采用变桨控制。主要是根据风力大小，调节桨叶的迎风面，控制发电机功率的恒定输出。

一套完整的变桨控制系统一般包括控制柜，后备电源柜，电机，减速机，外围控制部件等。控制柜是整个系统的主要组成部分，上位机，驱动器，电气元件通过组合与逻辑控制实现变桨控制的基本功能。

其他部件作为整套系统的外围驱动或者信号采集模块，配合控制柜实现所有功能。

目前国内主要风力发电机，都采用的是一个电机控制环来单独控制桨叶。

1这种设计模式没有冗余，当电机控制环主要部件出现故障的时候不能确保安全收桨，存在安全隐患。

2维护更换施工困难，当风机吊装运行后，如果电机控制环出现大部件损坏需要更换，由于进出轮毂空间有限，电机，减速机，控制器等更换将十分麻烦。

3控制效果不精确，随着风力资源的开发，越来越追求单机无故障稳定运行，以及功率曲线。控制不精确将导致风机功率曲线不达标等问题。

4单独电机环控制模式在大功率机组轮毂布局方面存在问题，大功率风机桨叶必然加长，随之带来的载荷增大，导致电机，减速机，控制柜，后备电源箱等部件体积过大，轮毂内空间有限，甚至出现干涉情况。维护人员也不易维护。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够解决传统变桨系统不足的双电机同步控制变桨系统，通过两套电机控制环，实现安全上的硬件备份，同步控制器的安装，控制精度得以提高同时每套控制环对应的负载能力减小，体积减小，对应的更换，干涉问题得以解决。

本发明采用如下的技术方案：

一种双电机同步控制变桨系统，包括两套电机控制环和一个同步控制器，其中，两套电机控制环同时带动负载桨叶运动，所述同步控制器通过采集两套电机控制环输出的实时速度信息与位置信息，进行差速负反馈信号的分析后，对两套电机控制环的电机进行控制。

进一步地，所述电机控制环，

包括逻辑控制模块，用于存储逻辑程序，并根据同步控制器的差速负反馈信号作为补偿信息对参数进行重新配置；

变桨电机驱动模块，用于接收逻辑控制模块的参数信息以及控制模式，配合其内部的参数来驱动变桨电机运转的设定电机参数；

变桨电机，在变桨电机驱动模块的驱动下，对桨叶进行驱动；

数据传递模块，传递变桨电机的实时速度和位置至同步控制器。

进一步地，其中同步控制器包括：

数据采集模块，采集两套电机控制环的速度信息与位置信息；

第一数据转换模块，将所述数据采集模块的信息进行模拟量信号转换成数字量信号；

补偿模块，对单独电机控制环的输出与输入的差异，做出补偿，之后再比对两套电机控制环输出偏差，进行补偿后分别对两套电机控制环输出差速负反馈信号作为补偿信息；

第二数据转换模块，将所述补偿信息转化为模拟量后传递至电机控制环。

进一步地，所述补偿模块采用速度补偿和位置补偿两种模式，在两种模式下，分别对本模式的检测量进行相应的补偿，分别比对，对应补偿。

进一步地，所述电机控制环在控制逻辑上任取一个控制环的一个电机作为主电机,保留其速度环,另一个为从电机，断开其速度环，对每个驱动模块控制的驱动器而言,输入指令是位置给定信号、差速负反馈信号的复合，其中,作用于2个驱动器的差速负反馈信号大小相等、极性相反，在动态过程中,若2台电机速度不同步,则将差速信号分别反馈到两电机的电流给定端作为辅助输入。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

首先，两套电机控制环系统能够提供冗余，确保安全收桨问题；第二，作为冗余的部件，可以在一套电机控制系统出现问题时，继续运行；第三，两套电机控制环，配合同步控制器能够精确控制变桨电机的速度，位置；第四，在大功率风机方面，可以采用2套电机输出的总功率满足桨叶的总载荷，这种方案可以减小单套电机控制环的体积，防止安装干涉。

附图说明

图1为本发明中轮毂铸件和变桨电机安装位置图；

图2为双电机同步控制系统在变桨中控制方案的模块框图；

图3为双电机同步控制反馈原理图；

图4为双电机同步控制的差速负反馈控制图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1所示为本发明两套电机控制环的轮毂铸件结构示意图，如图可见，本发明对单面轴承1对称180°保留两个变桨电机2安装位置。其余电器元件如控制柜，后备电源柜，辅助元件等可自行合理布局。

图2为本发明中双电机同步控制系统在变桨中控制方案的模块框图，本实施方案中包含2套变桨电机控制环，一套同步控制器，两套电机控制环同时带动负载桨叶运动，同步控制器通过采集两套电机控制环输出的实时速度信息与位置信息，同步控制器对单独电机控制环的输出与输入的差异，做出补偿，之后再比对两套电机控制环输出偏差，进行补偿。

本实施方案中每套变桨电机控制环包含逻辑控制模块，变桨电机驱动模块变桨电机以及数据传递模块；

本实施方案中变桨电机用于带动负载桨叶运动。两个电机控制环同时工作，同步控制器控制转矩输出的均衡。

变桨电机控制环中逻辑控制模块用于存储逻辑程序，变桨电机驱动模块用于设定电机参数等信息，数据传递模块用于传递实时速度和位置等信息。

本实施例中包括速度控制模式和位置控制模式。分别设置电机的转速和位置。

电机驱动模块用于接收逻辑控制模块的参数信息以及控制模式，配合其内部的参数来驱动变桨电机运转。

其中的速度位置传递模块，可以根据当前运行模式传递出当前实际速度或者实际位置。电机控制环，具体地变桨电机驱动模块，用于接收逻辑控制模块的参数信息以及控制模式，配合其内部的参数来驱动变桨电机运转的设定电机参数；变桨电机，在变桨电机驱动模块的驱动下，对桨叶进行驱动；数据传递模块，传递变桨电机的实时速度和位置至同步控制器。

本实施例中的同步控制模块包括数据采集模块，第一数据转换模块，补偿模块，第二数据转换模块组成。

数据采集模块用于接收数据传递模块的信息，第一数据转化模块用于转换数据量，把模拟量信号转换成数字量信号，交给补偿模块处理。

双电机同步控制如图3,控制逻辑上任取一个控制环的一个电机作为主电机,保留其速度环,另一个为从电机，断开其速度环。对每个驱动器而言,输入指令是位置给定信号、差速负反馈信号的复合。其中,作用于2个驱动器的差速负反馈信号大小相等、极性相反。在动态过程中,若2台电机速度不同步,则将差速信号分别反馈到两电机的电流给定端作为辅助输入。

双电机同步控制的差速负反馈控制图，如图4，通过同步控制器补偿模块进行如下的计算：

电机标记为第一电机与第二电机，其中,Y1、Y2分别为第一电机、第二电机的速度输出信号,Gc1为速度环PI调节器,Gc2为差速负反馈控制器,G1、G2分别为第一电机、第二电机所对应的传递函数，利用梅森公式可推得相应的传递函数。令

Δ＝1+G1Gc1+G2Gc2+G1Gc2+2G1G2Gc1Gc2,

则有闭环的传递函数为：第一电机闭环传递函数：

第二电机闭环传递函数：

第一电机与第二电机差速闭环传递函数：

其等效单位反馈开环传递函数为：第一电机开环传递函数：

第二电机开环传递函数：

第一电机与第二电机差速开环传递函数：

由式(3)可得,当G1和G2相等,Y1-Y2＝0，输出同步。这里主要针对式(4)-(6)进行分析。转化出G1、G2、Gc1、Gc2的一般表达式为

k₁和k₂为静态增益；a₁、a₂、b₁、b₂为大于零的系数；K_P1、K_P2为比例系数；K_I1,K_I2为积分系数,当差速采用比例反馈时K_I2＝0，S为积分时域和频域变换的常数。将上式分别带入式(4)-(6),得

式中:Cij(i,j＝1,2,3,4,5,6)表示系数多项式。根据式(8),可分为4种情况进行研究。

(1)K_I2＝0,k₁≠k₂,

(2)K_I2＝0,k₁＝k₂,

(3)K_I2≠0,k₁≠k₂,

(4)K_I2≠0,k₁＝k₂,

针对以上四种情况，由公式分析可得差速负反馈信号后对电机进行控制，双电机同步控制系统，控制是成立的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。