一种偏航控制系统及其偏航控制方法与流程

本发明属于风力发电机领域，特别涉及该领域中的一种偏航控制系统及其偏航控制方法。

背景技术：

风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风力发电机的神经，因此控制系统的运行状态直接关系着风力发电机的工作状态、发电量多少以及工作安全等等。偏航控制系统是风力发电机控制系统中必不可少的部分，在风力发电机运行过程中，当偏航控制系统确认来风风向偏差角度大于预设角度时，偏航控制系统执行偏航，控制风机塔筒顶部的机舱沿着风机塔筒转动，使风轮偏转至对准来风风向，从而充分利用风能。

目前的风力发电机偏航控制系统直接由风机主控制器控制偏航电机的运行，偏航电机从运行到关闭没有任何缓冲，在关闭的瞬间机舱振动和机舱对风机塔筒的冲击都比较大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种可以使偏航电机逐渐减速至关闭的偏航控制系统及其偏航控制方法。

本发明采用如下技术方案：

一种偏航控制系统，其改进之处在于：所述的系统包括1个或1个以上的运动控制器、1个或1个以上的变频器或伺服驱动器、1部或1部以上的偏航电机、1个或1个以上的制动电阻模块或能量回馈单元，运动控制器由开关电源或者外部电网供电，运动控制器与风机主控制器通过modbus、profibus、ethernet、ethercat或者canopen通讯总线或者模拟信号、数字信号进行通信，此外运动控制器还分别与变频器或伺服驱动器通过modbus、profibus、ethernet、ethercat或者canopen通讯总线或者模拟信号、数字信号进行通信，而变频器或伺服驱动器则各与1部偏航电机相连接并控制其运行。

进一步的，在每一个偏航电机的抱闸回路上设置一个抱闸能量吸收装置。

一种偏航控制方法，使用上述的偏航控制系统，其改进之处在于，包括如下步骤：由风机主控制器根据风向给运动控制器发送偏航启动及偏航目标角度指令，运动控制器处理后通过modbus、profibus、ethernet、ethercat或者canopen通讯总线或者模拟信号、数字信号将指令发送给各变频器或者伺服驱动器，各变频器或者伺服驱动器打开与其相连接的偏航电机抱闸后，启动该偏航电机，偏航开始；运动控制器通过modbus、profibus、ethernet、ethercat或者canopen通讯总线或者模拟信号、数字信号发送当前转速给各变频器或者伺服驱动器，各变频器或者伺服驱动器中的主变频器或者伺服驱动器根据该指令计算出所需的力矩，并将该计算结果通过modbus、profibus、ethernet、ethercat或者canopen通讯总线或者模拟信号、数字信号发送给其余从变频器或者伺服驱动器，从变频器或者伺服驱动器根据该指令调整各自的力矩输出，从而自动实现负载均衡，最终使得各变频器或者伺服驱动器的负载均衡，当偏航即将达到目标角度时，风机主控制器给运动控制器发送减速指令，运动控制器处理后通过modbus、profibus、ethernet、ethercat或者canopen通讯总线或者模拟信号、数字信号将指令发送给各变频器或者伺服驱动器，各变频器或者伺服驱动器中的主变频器或者伺服驱动器根据该指令计算出所需的力矩，并将该计算结果通过modbus、profibus、ethernet、ethercat或者canopen通讯总线或者模拟信号、数字信号将此计算结果发送给各从变频器或者伺服驱动器，从而实现负载均衡，当偏航到达目标角度时，风机主控制器给运动控制器发送停止指令，运动控制器处理后通过modbus、profibus、ethernet、ethercat或者canopen通讯总线或者模拟信号、数字信号将指令发送给各变频器或伺服驱动器，各变频器或伺服驱动器关闭与其相连接的偏航电机及该偏航电机的抱闸，偏航完成，在上述偏航过程中，系统利用制动电阻模块或者能量回馈单元吸收回馈的能量。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的偏航控制系统及其偏航控制方法，在风机主控制器和偏航电机之间增加了运动控制器和变频器，由运动控制器作为主机根据风机主控制器的指令通过变频器或者伺服驱动器控制各偏航电机的启动、关闭和加减速逻辑，在偏航完成的过程中控制各偏航电机逐渐减速至关闭，从而降低了偏航电机关闭瞬间机舱的振动及其对风机塔筒的冲击。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开偏航控制系统的组成框图；

图2是本发明实施例1所公开偏航控制系统中运动控制器的电路连接示意图；

图3是本发明实施例1所公开偏航控制系统中变频器的电路连接示意图。

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，以下结合附图和实施例，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。

实施例1，如图1-3所示，本实施例公开了一种偏航控制系统，所述的系统包括一个运动控制器1、六个变频器2、六部偏航电机3、一部24v开关电源4和一个制动电阻模块，其中运动控制器由24v开关电源供电并与风机主控制器通过canopen总线通信，此外运动控制器还分别与六个变频器通过rs485接口连接通信，而六个变频器则各与一部偏航电机相连接并控制其运行，此外还在每一个偏航电机的抱闸回路上设置一个抱闸能量吸收装置（bfl），用来吸收抱闸释放时产生的能量。

在本实施例中，所述的运动控制器为busmaster卡；所述的24v开关电源为2a直流开关电源。由于各变频器的接线都相同，因此在图3中仅展示了1个变频器的电路连接。

本实施例还公开了一种偏航控制方法，使用上述的偏航控制系统，包括如下步骤：由风机主控制器根据风向给运动控制器发送偏航启动及偏航目标角度指令，运动控制器处理后通过rs485接口将指令发送给各变频器，各变频器通过do输出打开与其相连接的偏航电机抱闸后，启动该偏航电机并设定转速，偏航开始；运动控制器根据变频器的电流反馈微调各偏航电机的转速，使各偏航电机的负载均衡，减低噪声，当偏航即将达到目标角度时，风机主控制器给运动控制器发送减速指令，运动控制器处理后通过rs485接口将指令发送给各变频器，各变频器控制与其相连接的偏航电机减速，在此过程中系统利用制动电阻模块吸收回馈能量，以达到偏航阻尼缓停的作用，减少对塔筒的冲击载荷，当偏航到达目标角度时，风机主控制器给运动控制器发送停止指令，运动控制器处理后通过rs485接口将指令发送给各变频器，各变频器通过停止do输出关闭与其相连接的偏航电机及该偏航电机的抱闸，偏航完成。

该方法采用变频器的无传感器矢量运行模式（svc）控制偏航电机，此模式与传统液压阻尼系统相比，可以达到伺服精确定位的效果，同时还减少了对风机的冲击和机舱的振动，降低了噪声。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种偏航控制系统及方法，所述的系统包括1个或1个以上的运动控制器、1个或1个以上的变频器或伺服驱动器、1部或1部以上的偏航电机、1个或1个以上的制动电阻模块或能量回馈单元，运动控制器由开关电源或者外部电网供电，运动控制器与风机主控制器通过MODBUS、或者CANopen通讯总线或者模拟信号、数字信号进行通信。本发明所公开的偏航控制系统及其偏航控制方法，在风机主控制器和偏航电机之间增加了运动控制器和变频器，由运动控制器作为主机根据风机主控制器的指令通过变频器或者伺服驱动器控制各偏航电机的启动、关闭和加减速逻辑，在偏航完成的过程中控制各偏航电机逐渐减速至关闭，从而降低了偏航电机关闭瞬间机舱的振动及其对风机塔筒的冲击。

技术研发人员：刁红泉;刘亚林;唐伟;张国印;权太伟
受保护的技术使用者：埃斯倍风电科技（青岛）有限公司;中国船舶重工集团海装风电股份有限公司
技术研发日：2019.03.05
技术公布日：2019.06.25