风力发电机组电动变桨距实验平台的制作方法
【专利摘要】一种风力发电机组电动变桨距实验平台，属于风力发电【技术领域】。包括加载驱动设备、加载执行机构、联轴器和上位机；所述加载驱动设备通过加载执行机构和联轴器连接，联轴器与风力发电机组的变桨电机连接；所述变桨电机与其变桨控制系统连接，变桨控制系统PLC连接上位机。本发明接近真实的模拟风力发电机组变桨系统的运行；加载设备工作时可以将发出的电并入电网或自身循环使用；检验自主设计的变桨控制系统性能；检验后备电源性能，进而设计出高性能、高品质、可靠性和安全性高的风力发电机组。本发明的实验平台设计容量较大，不但可以验证自主设计的控制系统性能，还能对机械结构和电气原件做进一步改进和优化。
【专利说明】风力发电机组电动变桨距实验平台
【技术领域】
[0001]本发明属于风电【技术领域】，具体是涉及一种风力发电机组电动变桨距实验平台。【背景技术】
[0002]随着世界范围内能源危机的爆发，核能发电的巨大危害性，风能等可再生能源越来越受到更广泛的关注，并得到广泛的应用，从而使得风力发电机组成为风能利用的主要设备。风力发电机组是风力发电的核心设备，其性能直接影响到风机的发电效率和稳定性。
[0003]兆瓦级变速变距风力发电机组是目前市场上的主流机型，由于其结构复杂、变桨系统的随动特性明显、风机运行的非线性特性等特点，使得变速变距风电机组控制技术成为风机制造商和研究机构的研究热点之一。兆瓦级风力发电机组的运行可以根据风速划分为三个阶段。第一阶段:切入风速至额定风速；第二阶段:额定风速至切出风速；第三阶段:大于切出风速。风力发电机组运行在第一阶段时，变桨系统使叶片开桨至最大迎风面，使风机叶片的升力达到最大，进而实现最大风能捕获；风力发电机组运行在第二阶段时，变桨系统根据风速、风向的反馈信号控制桨叶，进而使得发电机转速维持在稳定的范围内；当风力发电机组运行在第三阶段或出现故障的情况下，变桨系统控制桨叶紧急顺桨，利用叶片的空气动力学特性进行刹车制动，进而保证风机的安全运行。
[0004]由于新设计的兆瓦级风力发电机组存在很多不确定性因素，为了研发出更可靠、更安全的新机型，设计一套风力发电机组电动变桨距实验平台是十分必要的。
[0005]
【发明内容】
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种风力发电机组电动变桨距实验平台。其能够提供接近真实的变桨系统，从而使实验性能和数据真实、有效，达到新产品的安全性和可靠性。
[0006]本发明包括加载驱动设备、加载执行机构、联轴器和上位机；所述加载驱动设备通过加载执行机构和联轴器连接，联轴器与风力发电机组的变桨电机连接；所述变桨电机与其变桨控制系统连接，变桨控制系统PLC连接上位机。
[0007]进一步地,所述加载驱动设备包括前端单元和三个逆变单元；所述前端单元分别连接三个逆变单元，用于驱动加载执行机构，根据不同工况和机型，设置所加载荷的大小。
[0008]进一步地，所述前端单元是共直流母线系统中的双向整流装置。
[0009]进一步地，所述加载执行机构为加载电机。
[0010]进一步地，所述变桨驱动电机的轴端设置有用于电机绝对位置反馈的多圈绝对值编码器。
[0011]进一步地，所述变桨驱动电机为直流电机或交流电机。
[0012]进一步地，所述变桨控制系统的PLC用于接收上位机下发的速度和位置信号，并将命令下发给变桨控制系统内的伺服驱动器，驱动叶片电机，实现叶片的转动。
[0013]进一步地，所述伺服驱动器还连接有超级电容，超级电容连接外部充电机，在外部供电掉电的情况下，切入备用电源继续给伺服驱动器供电，使得叶片顺桨。[0014]进一步地，所述上位机为安装有Bladed软件的PC电脑，模拟风力发电机组的主控系统。
[0015]进一步地，所述上位机模拟风力发电机组的主控系统的具体方法是:通过风模型、各工况数据和位置反馈值，把计算得到的桨距角和变桨速度下发给变桨控制系统PLC，再由PLC同时下发给三个伺服驱动器驱动变桨电机旋转桨叶；由变桨控制系统的内部传感器得到的桨叶位置和速度采集到PLC中，再由PLC上传到PC机中进行计算分析，监控变桨控制系统是否正常运行，给出相应的变桨指令。
本发明的有益效果:
1.本发明接近真实的模拟风力发电机组变桨系统的运行；加载设备工作时可以将发出的电并入电网或自身循环使用；检验自主设计的变桨控制系统性能；检验后备电源性能，进而设计出高性能、高品质、可靠性和安全性高的风力发电机组。
[0016]2.本发明的实验平台设计容量较大，基本适用于IOMW以下的所有机型，不但可以验证自主设计的控制系统性能，还能对机械结构和电气原件做进一步改进和优化，并且加载系统可以将能量回馈电网，节约资源。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明结构示意图；
图中:1.加载驱动设备，2.前端单元，3.逆变单元，4.加载执行机构，5.联轴器，6.变桨电机，7.超级电容模组，8.伺服驱动器，9.上位机，10.PLC，11.编码器，12.变桨控制系统。
[0018]【具体实施方式】:
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述:
实施例:本发明包括加载驱动设备1、加载执行机构4、联轴器5和上位机9，所述加载驱动设备I通过加载执行机构4和联轴器5连接，联轴器5与风力发电机组的变桨电机连接；所述变桨电机6与变桨控制系统12连接，变桨控制系统12的PLClO连接上位机。
[0019]所述加载驱动设备包括前端单元2和三个逆变单元3 ;所述前端单元2分别连接三个逆变单元3，用于驱动加载执行机构4，根据不同工况和机型，设置所加载荷的大小。所述加载执行机构4为加载电机。其中AFE为有源2，是共直流母线系统中的双向(可回馈能量)整流装置。需要在输入测装配外部滤波器LCL。前端单元AFE2不需要任何外部测试设备，可与逆变单元INU3接入同一个现场总线系统，由现场总线控制和监控。逆变单元INU3是一个直流供电的双向逆变器，可实现对电机的供电和控制。前端单元AFE2与逆变单元INU3配合使用，并通过加载电机M给变桨控制系统12加载，模拟叶片的转动，通过监控软件实时观测加载系统载荷的变化情况。所述变桨电机6的轴端设置有用于电机绝对位置反馈的多圈绝对值编码器11。所述变桨电机6为直流电机或交流电机。所述联轴器5的型号根据变桨电机的容量选择。
[0020]所述变桨控制系统12包括相互连接的PLClO和伺服驱动器8，所述伺服驱动器8还连接有超级电容7，超级电容7连接外部充电机，在外部供电掉电的情况下，切入备用电源继续给伺服驱动器8供电，使得叶片顺桨，保证风机完成紧急顺桨并安全停车。变桨控制系统12用于接收上位机下发的速度和位置信号，并将命令下发给变桨控制系统12内的伺服驱动器8，驱动叶片电机，实现叶片的转动。
[0021]本发明的整个加载驱动设备I同时驱动加载电机4 (直流或交流伺服电机)，通过联轴器5给变桨电机6进行加载，真实模拟风机叶片的功能。绝对值编码器11作为变桨电机的绝对位置反馈给变桨控制系统12的PLC10，进而反馈给上位机9。上位机9通过模拟风速、风向等外部输入信号，计算并下发变桨速度和变桨位置到变桨系统12，实现叶片的随动功能。
[0022]所述上位机为安装有Bladed软件的PC电脑，模拟风力发电机组的主控系统，具体方法为:首先将风机模型写入软件，并加载风速模型，Bladed软件通过风模型、各工况数据和位置反馈值，把计算得到的桨距角和变桨速度下发给变桨控制系统PLC，再由PLC同时下发给三个伺服驱动器驱动变桨电机旋转桨叶；由变桨控制系统的内部传感器得到的桨叶位置和速度采集到PLC中，再由PLC上传到PC机中进行计算分析，监控变桨控制系统是否正常运行，给出相应的变桨指令。
[0023]所述变桨控制系统12，分为两种运行模式:手动运行和自动运行。其中，手动运行可以3个轴柜单独控制、顺时针和逆时针点动、寻原点。自动运行时，变桨PLClO接收来自上位机9的位置和速度指令并下发给伺服驱动器8。当有故障触发，变桨PLClO会给伺服驱动器下发停机指令，利用叶片的空气动力学特性安全停车。利用变桨PLClO的可视化界面监控变桨系统的反馈值，深入了解新机型的设计缺陷并加以优化。
[0024]所述风力发电机组电动变桨距实验平台适用于10丽以下电动变桨距控制系统。变桨控制系统12、变桨电机6、联轴器5，根据机型不同进行替换。
[0025]所述风力发电机组电动变桨距实验平台，可以测试变桨控制系统的超级电容性能，在加载系统工作的情况下切掉外部供电测试顺桨次数。
[0026]本发明可以真实模拟风机变桨控制系统，加载系统中的能量是双向的，节能效果明显。上位机是由装有Bladed软件的PC构成，可以真实模拟风力发电机组主控系统。该实验平台可以大大挺高新机型的安全性和可靠性。
【权利要求】
1.一种风力发电机组电动变桨距实验平台，其特征在于:包括加载驱动设备、加载执行机构、联轴器和上位机；所述加载驱动设备通过加载执行机构和联轴器连接，联轴器与风力发电机组的变桨电机连接；所述变桨电机与其变桨控制系统连接，变桨控制系统PLC连接上位机。
2.如权利要求1所述风力发电机组电动变桨距实验平台，其特征在于:所述加载驱动设备包括前端单元和三个逆变单元；所述前端单元分别连接三个逆变单元，用于驱动加载执行机构，根据不同工况和机型，设置所加载荷的大小。
3.如权利要求2所述风力发电机组电动变桨距实验平台，其特征在于:所述前端单元是共直流母线系统中的双向整流装置。
4.如权利要求1或2所述风力发电机组电动变桨距实验平台，其特征在于:所述加载执行机构为加载电机。
5.如权利要求1所述风力发电机组电动变桨距实验平台，其特征在于:所述变桨驱动电机的轴端设置有用于电机绝对位置反馈的多圈绝对值编码器。
6.如权利要求1所述风力发电机组电动变桨距实验平台，其特征在于:所述变桨驱动电机为直流电机或交流电机。
7.如权利要求1所述风力发电机组电动变桨距实验平台，其特征在于:所述变桨控制系统的PLC用于接收上位机下发的速度和位置信号，并将命令下发给变桨控制系统内的伺服驱动器，驱动叶片电机，实现叶片的转动。
8.如权利要求7所述风力发电机组电动变桨距实验平台，其特征在于:所述伺服驱动器还连接有超级电容，超级电容连接外部充电机，在外部供电掉电的情况下，切入备用电源继续给伺服驱动器供电，使得叶片顺桨。
9.如权利要求1所述风力发电机组电动变桨距实验平台，其特征在于:所述上位机为安装有Bladed软件的PC电脑，模拟风力发电机组的主控系统。
10.如权利要求9所述风力发电机组电动变桨距实验平台，其特征在于:所述上位机模拟风力发电机组的主控系统的具体方法是:通过风模型、各工况数据和位置反馈值，把计算得到的桨距角和变桨速度下发给变桨控制系统PLC，再由PLC同时下发给三个伺服驱动器驱动变桨电机旋转桨叶；由变桨控制系统的内部传感器得到的桨叶位置和速度采集到PLC中，再由PLC上传到PC机中进行计算分析，监控变桨控制系统是否正常运行，给出相应的变桨指令。
【文档编号】G05B23/02GK103558030SQ201310508088
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】徐健, 蔡晓峰, 刘衍选, 胡明清, 张海平, 徐向宇 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