基于变频器有效阻尼的偏航系统及偏航方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种基于变频器有效阻尼的偏航系统及偏航方法。
【背景技术】
[0002]偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统，也称为对风装置，它的性能优劣直接影响着机组的整体性能以及对风能的利用效率和发电效率。随着风机发电机组的容量越来越大，风机发电机组中机舱的设备和重量也在增大增多。而风机偏航对风时，机组会产生陀螺力矩波动，进而引发塔架、叶片等的振动，从而对整个风力发电系统的安全性构成威胁。
[0003]目前现有技术存在的问题:1、从结构性能上看，采用工频偏航电机的方式，在偏航开始和结束时，偏航液压刹车机构会动作，也会导致机舱晃动大，同样会对整机性能有所影响。2、从控制方法上来看，风速具有随机性的特点，且其方向也在时发生着变化，因此在风力发电机组的控制中，偏航系统需要频繁起动使风轮尽量保持在迎风状态，以提高风能利用效率。但如果将常规的PID随动控制器应用于偏航系统中，偏航系统需要频繁起动，从而使得偏航执行机构会容易因为频繁动作而损伤。
【发明内容】
[0004]针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于变频器有效阻尼的偏航系统及偏航方法。它能避免风力发电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振。
[0005]本发明一种基于变频器有效阻尼的偏航系统，包括主控控制器、至少一组偏航电机、与偏航电机分别连接的变频器、刹车系统、位置编码器、解缆保护器，所述一组偏航电机为4个，其中3个为偏航驱动电机，I个在启动和停止过程中为偏航阻尼电机，各变频器分别独立驱动各个偏航电机，I个位置编码器和I个解缆保护器分别安装在偏航齿圈上，各个变频器、解缆保护器、位置编码器分别连接主控制器。
[0006]进一步地，所述变频器均采用四象限变频器。
[0007]进一步地，所述刹车系统为液压刹车系统。
[0008]本发明所述偏航系统的偏航方法，包括如下步骤:
(1)风机主控控制器发出风机偏航信号，6个偏航驱动电机在变频器驱动下旋转，扭矩从零逐渐加大，与此同时，2个偏航阻尼电机提供反向扭矩，扭矩从零逐渐增大，且阻尼变频器提供的反向扭矩增加速率，快于驱动变频器扭矩增加速率；
(2)在偏航系统开始启动的阶段，顺时针方向与逆时针方向所受扭矩基本一致，风机机舱保持静止，此时，偏航液压刹车释放；
(3)当阻尼电机提供的反向扭矩不再增大，驱动电机的扭矩进一步增大，风机机舱缓慢开始顺时针偏航，阻尼电机被驱动电机带向相反的方向旋转，工作在发电状态，产生的电能通过变频器回馈到电网；
(4)当驱动电机扭矩增加到恒定值后，阻尼电机的反向扭矩逐渐减小到零； (5)当阻尼电机和驱动电机力矩值基本一致时，风机机舱保持静止；启动偏航液压刹车，阻尼电机和驱动电机力矩逐渐减小到零，偏航过程结束。
[0009]进一步地，所述与各个偏航电机相连的变频器为四象限变频器，通过控制扭矩，将阻尼转矩转化为电能，回馈给变频器直流母线。
[0010]本发明的有益效果:
1.本发明为避免风力发电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振，偏航系统在机组偏航时必须具有合适的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩来确定。其基本的确定原则为确保风力发电机组在偏航时应动作平稳顺畅不产生振动。只有在阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确，充分利用风能进行发电。
[0011]2.本发明八个偏航电机与之相连的变频器采用四象限变频器，通过控制扭矩，实现将阻尼转矩转化为电能，回馈给变频器直流母线。
[0012]3.本发明采用变频器驱动的偏航系统时，为避免振荡的风向变化，引起偏航轮齿产生交变载荷，应采用偏航制动器(或称偏航阻尼器)来吸收微小自由偏转振荡，防止偏航齿轮的交变应力弓I起轮齿过早损伤。
[0013]4.本发明风力机偏航系统采用变频器驱动偏航电机可以实现偏航系统的软启动、软停止，减少启动电流对电机的冲击，并使风机运行平稳，延长电机寿命，减少风机振动带来的损害；变频器驱动偏航系统还可以实现偏航的调速运行。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的结构框图。
[0015]图2为本发明的控制方法流程图。
[0016]图中:1.驱动电机，2.阻尼电机，3.刹车系统，4.风机主控控制器，5.变频器，6.解缆保护器，7.位置编码器。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例具体描述本发明。
[0018]实施例:如图1所示，所述偏航系统包括主控控制器4、8组变频器5、8个偏航电机、刹车系统3、解缆保护器6、位置编码器7，所述8组变频器分别独立驱动8个偏航电机，8个偏航电机中6个为偏航驱动电机1，2个在启动和停止过程中为偏航阻尼电机2，I个位置编码器7和I个解缆保护器6分别安装在偏航齿圈上，8组变频器5、解缆保护器6、位置编码器7分别连接主控制器4。
[0019]本例用于1.5MW风机,选择2组偏航电机,均勻布置于偏航齿圈的圆周上。
[0020]其中解缆保护器6为现有风机常规部件。
[0021]所述变频器5均采用四象限变频器。所述刹车系统3为液压刹车系统。
[0022]其中偏航驱动电机I作为执行器，实际能够带动风机机舱进行转动。风向标实时地检测风向的变化情况，并将风向信号传输到风机主控控制器4当中。风机主控控制器4经过计算可以确定风向信号和机舱中心线的夹角从而决定是否需要启动偏航机构来调整机舱的方向。如果需要启动，风机主控控制器4会发信号给变频器5和液压刹车系统3。变频器5带动偏航阻尼电机2及偏航驱动电机I使得机舱围绕偏航齿圈转动进行对风。偏航位置编码器7安装在偏航齿圈上，在偏航的同时对位置进行反馈。同时，主控控制器4 (PLC)通过安装在偏航齿圈上的解缆保护器6进行硬件保护。以此来完成整个系统的控制。
[0023]本发明偏航系统的偏航方法，包括如下步骤:
(1)风机主控控制器4发出风机偏航信号，6个偏航驱动电机I在变频器5驱动下旋转，扭矩从零逐渐加大，与此同时，2个偏航阻尼电机2提供反向扭矩，扭矩从零逐渐增大，且阻尼变频器5提供的反向扭矩增加速率，快于驱动变频器5扭矩增加速率；
(2)在偏航系统开始启动的阶段，顺时针方向与逆时针方向所受扭矩基本一致，风机机舱保持静止，此时，偏航液压刹车系统3释放；
(3)当偏航阻尼电机2提供的反向扭矩不再增大，偏航驱动电机I的扭矩进一步增大，风机机舱缓慢开始顺时针偏航，阻尼电机被驱动电机带向相反的方向旋转，工作在发电状态，产生的电能通过变频器5回馈到电网；
(4)当驱动电机I扭矩增加到恒定值后，阻尼电机2的反向扭矩逐渐减小到零；
(5)当阻尼电机2和驱动电机I力矩值基本一致时，风机机舱保持静止；启动偏航液压刹车，阻尼电机2和驱动电机I力矩逐渐减小到零，偏航过程结束。
[0024]所述与各个偏航电机相连的变频器5为四象限变频器，通过控制扭矩，将阻尼转矩转化为电能，回馈给变频器直流母线。
【主权项】
1.一种基于变频器有效阻尼的偏航系统，其特征在于:包括主控控制器、至少一组偏航电机、与偏航电机分别连接的变频器、刹车系统、位置编码器、解缆保护器，所述一组偏航电机为4个，其中3个为偏航驱动电机，I个在启动和停止过程中为偏航阻尼电机，各变频器分别独立驱动各个偏航电机，I个位置编码器和I个解缆保护器分别安装在偏航齿圈上，各个变频器、解缆保护器、位置编码器分别连接主控制器。
2.如权利要求1所述基于变频器有效阻尼的偏航系统，其特征在于:所述变频器均采用四象限变频器。
3.如权利要求1所述基于变频器有效阻尼的偏航系统，其特征在于:所述刹车系统为液压刹车系统。
4.如权利要求1所述基于变频器有效阻尼的偏航系统的偏航方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)风机主控控制器发出风机偏航信号，6个偏航驱动电机在变频器驱动下旋转，扭矩从零逐渐加大，与此同时，2个偏航阻尼电机提供反向扭矩，扭矩从零逐渐增大，且阻尼变频器提供的反向扭矩增加速率，快于驱动变频器扭矩增加速率； (2)在偏航系统开始启动的阶段，顺时针方向与逆时针方向所受扭矩基本一致，风机机舱保持静止，此时，偏航液压刹车释放； (3)当阻尼电机提供的反向扭矩不再增大，驱动电机的扭矩进一步增大，风机机舱缓慢开始顺时针偏航，阻尼电机被驱动电机带向相反的方向旋转，工作在发电状态，产生的电能通过变频器回馈到电网； (4)当驱动电机扭矩增加到恒定值后，阻尼电机的反向扭矩逐渐减小到零； (5)当阻尼电机和驱动电机力矩值基本一致时，风机机舱保持静止；启动偏航液压刹车，阻尼电机和驱动电机力矩逐渐减小到零，偏航过程结束。
5.如权利要求4所述基于变频器有效阻尼的偏航系统的偏航方法，其特征在于:所述与各个偏航电机相连的变频器为四象限变频器，通过控制扭矩，将阻尼转矩转化为电能，回馈给变频器直流母线。
【专利摘要】一种基于变频器有效阻尼的控制偏航系统及偏航方法，属于风力发电技术领域。所述偏航系统包括主控控制器、至少一组偏航电机、与偏航电机分别连接的变频器、刹车系统、位置编码器、解缆保护器，所述一组偏航电机为4个，其中3个为偏航驱动电机，1个在启动和停止过程中为偏航阻尼电机，各变频器分别独立驱动各个偏航电机，1个位置编码器和1个解缆保护器分别安装在偏航齿圈上，各变频器、解缆保护器、位置编码器分别连接主控制器。本发明采用变频器驱动偏航电机可以实现偏航系统的软启动、软停止，减少启动电流对电机的冲击，并使风机运行平稳，延长电机寿命，减少风机振动带来的损害；变频器驱动偏航系统还可以实现偏航的调速运行。
【IPC分类】F03D7-00
【公开号】CN104632526
【申请号】CN201510065193
【发明人】王衍飞, 蔡晓峰, 胡明清
【申请人】沈阳华创风能有限公司, 青岛华创风能有限公司, 通辽华创风能有限公司, 宁夏华创风能有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月6日