电源系统的制作方法

本实用新型涉及风电技术领域，尤其涉及一种电源系统。

背景技术：

风力发电变桨系统(以下简称“变桨系统”)是风力发电机实现风能捕获的关键部件，是风力发电机实现功率控制和转速控制的执行机构。变桨系统肩负着捕获风能、实现风力发电机功率控制、转速控制、安全停机的重要任务。变桨系统的设计直接关系到风力发电机正常运行。

目前，由于变桨系统中驱动器设计架构原因，采用了变桨系统的控制回路与驱动回路共用一个电源系统的设计。具体地，现有变桨系统中，实现位置检测和速度检测的编码器需要输出两种不同的信号(即绝对值信号和增量信号)，这两种信号分别为位置反馈和速度反馈。但是由于安装在电机轴上的编码器只提供了一个供电电源接点，因此，现有电源系统将控制回路电源与驱动回路电源及超级电容充电器直流母线共地连接，保证了编码器输出的两种不同信号，可以正常反馈至相应的控制回路和驱动回路。此外，由于变桨驱动器的控制，主要是通过变桨PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)的数字量输出模块与变桨驱动器的控制输入端口进行直接连接并通过前述共地的设计，实现变桨PLC对变桨驱动器的功能控制。

然而，此种设计经常使得驱动回路工作时产生的浪涌、脉冲群及其他电路干扰信号，经共地电源回路传导至控制回路对其造成严重的影响。例如，损坏检测和控制器件，致使检测和控制器件失效，控制回路不能正常工作，导致风力发电机无法正常运行等等。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于，提供一种电源系统，以实现通过隔离方式阻断风力发电变桨系统中的驱动回路产生的浪涌、电磁等干扰传导至控制回路，从而避免对其造成的严重影响，同时划分为两个电气隔离且功能独立的电源子系统。

为实现上述实用新型目的，本实用新型的实施例提供了一种电源系统，用于风力发电变桨系统，所述电源系统包括：控制回路电源子系统和驱动回路电源子系统，以及连接在所述控制回路电源子系统和所述驱动回路电源子系统之间的光耦隔离模块。

优选地，所述控制回路电源子系统包括控制回路电源，以及并联在所述控制回路电源的供电线路上的编码器和控制器的数字量输出模块；所述驱动回路电源子系统包括驱动回路电源及与其连接的变桨驱动器；

所述光耦隔离模块的第一电源端和第一接地端分别与所述控制回路电源的正极端和接地端对应连接；所述光耦隔离模块的第二电源端和第二接地端分别与所述驱动回路电源的正极端和接地端对应连接；所述光耦隔离模块的信号采集端与所述编码器的增量信号输出端相连接，所述光耦隔离模块的信号输出端与所述变桨驱动器的增量信号输入端相连接。

优选地，所述电源系统还包括：连接在所述变桨驱动器和所述控制器的数字量输出模块之间的隔离器。

优选地，所述隔离器为开关组件、多路数字量输出信号隔离模块和多路数字量输出信号转换模块中的一个。

优选地，所述开关组件包括第一电磁开关装置、第二电磁开关装置和第三电磁开关装置；

所述第一电磁开关装置的电磁控制部的一端与所述控制器的数字量输出模块的驱动器使能控制输出端相连接，所述第一电磁开关装置的开关部的一端与所述变桨驱动器的驱动器使能控制输入端相连接；所述第二电磁开关装置的电磁控制部的一端与所述控制器的数字量输出模块的手动向前变桨控制输出端相连接，所述第二电磁开关装置的开关部的一端与所述变桨驱动器的手动向前变桨控制输入端相连接；所述第三电磁开关装置的电磁控制部的一端与所述控制器的数字量输出模块的手动向后变桨控制输出端相连接，所述第三电磁开关装置的开关部的一端与所述变桨驱动器的手动向后变桨控制输入端相连接；所述第一电磁开关装置的电磁控制部的另一端、所述第二电磁开关装置的电磁控制部的另一端以及所述第三电磁开关装置的电磁控制部的另一端连接所述控制回路电源的接地端；所述第一电磁开关装置的开关部的另一端、所述第二电磁开关装置的开关部的另一端以及所述第三电磁开关装置的开关部的另一端连接所述驱动回路电源的正极端。

优选地，所述第一电磁开关装置、第二电磁开关装置和第三电磁开关装置中的至少一个为中间继电器或者接触器。

优选地，所述控制回路电源子系统还包括：并联在所述控制回路电源的供电线路上的绝对值信号采集模块，并且所述绝对值信号采集模块的绝对值信号输入端与所述编码器的绝对值信号输出端相连接。

优选地，所述电源系统还包括：串联在所述编码器的绝对值信号输出端与所述绝对值信号采集模块的绝对值信号输入端之间的信号防雷器；或者/并且，所述控制器的数字量输出模块为无源固态继电器输出型数字量输出模块或者隔离继电器输出型数字量输出模块。

优选地，所述控制器集成在变桨PLC中。

优选地，所述电源系统还包括：电源隔离模块，所述电源隔离模块的输入端与所述控制回路电源相连接，所述电源隔离模块的输出端分别与所述驱动回路电源、所述变桨驱动器相连接。

本实用新型实施例提供的电源系统，在控制回路电源子系统和驱动回路电源子系统之间添加光耦隔离模块，实现了通过隔离方式阻断风力发电变桨系统中的驱动回路产生的浪涌、电磁等干扰传导至控制回路，从而避免了对控制回路造成的严重影响。并且划分为两个独立的电源子系统，不相互干扰，从而保证了变桨系统的稳定运行。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的电源系统的逻辑框图；

图2为本实用新型实施例一的电源系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二的电源系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例电源系统进行详细描述。

本实用新型的技术构思是，针对现有变桨驱动器的控制方式，在不更换新型驱动器的基础上，通过隔离控制的方法将变桨系统的驱动回路的供电与控制回路的供电进行隔离，也就是说，将原有的统一的电源系统分解为功能独立和电磁环境独立的两个不同电源子系统。

与现有技术相比，基于上述设计从而阻断了由驱动回路产生的浪涌、电磁干扰等通过电源系统的传导效应对控制回路造成的严重影响。进而减少了浪涌导致的检测器件和控制器件的损坏，减少了因变桨故障引发的风力发电机组停机，保证了风力发电机组的运行安全，提高了风力发电机组可利用率。

实施例一

图1为本实用新型实施例一的电源系统的逻辑框图。参照图1，电源系统包括：控制回路电源子系统110和驱动回路电源子系统120，以及连接在控制回路电源子系统110和驱动回路电源子系统120之间的光耦隔离模块130。

这里，该电源系统用于风力发电变桨系统。具体地，图2为本实用新型实施例一的电源系统的结构示意图，参照图2，控制回路电源子系统110包括控制回路电源201，以及并联在控制回路电源201的供电线路上的编码器202和控制器的数字量输出模块203，驱动回路电源子系统120包括驱动回路电源204及与其连接的变桨驱动器205；光耦隔离模块130的第一电源端1和第一接地端2分别与控制回路电源201的正极端和接地端对应连接，光耦隔离模块130的第二电源端3和第二接地端4分别与驱动回路电源204的正极端和接地端对应连接，光耦隔离模块130的信号采集端5与编码器202的增量信号输出端相连接，光耦隔离模块130的信号输出端6与变桨驱动器205的增量信号输入端相连接。其中，光耦隔离模块130可以是高速光耦隔离模块，但不限于此。

进一步地，控制回路电源子系统110还可包括：并联在控制回路电源201的供电线路上的绝对值信号采集模块206，并且绝对值信号采集模块206的绝对值信号输入端与编码器202的绝对值信号输出端相连接。

在具体的实现方式中，编码器202(包括但不限于旋转编码器)与变桨电机同轴安装，其具有两种反馈信号功能即位置反馈信号和速度反馈信号。其中，位置反馈信号(即绝对值信号)至绝对值信号采集模块206，为变桨系统对位置的实时控制提供参考；速度反馈信号(即增量信号)输出至变桨驱动器205实现对变桨电机的旋转速度值的采集，实现速度闭环与电流闭环的双闭环控制。其中，绝对值信号采集模块206可为属于PLC中的模块，绝对值信号采集模块206的绝对值信号输出端与PLC的处理器相连接。绝对值信号采集模块206采集编码器202输出的绝对值信号，并对绝对值信号进行处理得到编码，将得到的编码通过PLC内部通信传输给PLC的处理器。

在实际应用中，光耦隔离模块130的信号采集端5(接收编码器202的增量信号的端口)位于信号采集侧，通常称为“A侧”，光耦隔离模块130的信号输出端6(输出转换后的增量信号的端口)位于信号输出侧，通常称为“B侧”。光耦隔离模块130的A侧、B侧均可以是a/b信号形式的增量信号。输入侧对输出侧的绝缘要求是直流1500V。输入电源对输出电源的绝缘要求是直流1500V。此外，由于变桨驱动器205的增量信号输入端，既可以接收a/b信号形式的增量信号，也可以接收a+/b+a-/b-的差分信号形式的增量信号。因此，光耦隔离模块130的信号输出端也可以选择输出差分信号形式的增量信号。

以光耦隔离模块130的信号采集端是a/b信号形式的增量信号，其信号输出端为差分信号形式的增量信号为例对本实施例进行详细说明。

编码器202的增量信号输出端发出的增量信号接入光耦隔离模块130的A侧，其采集的信号包括：增量A相、增量B相，以及A侧接入电源信号：控制回路电源201的正极端24V+的电压信号和接地端GND的接地信号。光耦隔离模块130通过对采集到的增量信号进行滤波和高速光耦的隔离，并将经过隔离的信号为参考，经过计算重新整理为脉冲频率相同、相位差值一致、波形一致的增量信号，并将对整理后的信号与A侧采集的原始信号进行频率、相位、波形的校验，验证无误后经过具有光耦隔离保护的B侧完成信号的输出。光耦隔离模块130的B侧输出信号包括：增量A+相、增量B+相，以及B侧接入电源信号：驱动回路电源204的正极端24V+的电压信号和接地端GND的接地信号。经过隔离处理的差分信号形式的增量信号接入变桨驱动器205的增量信号输入端，并以驱动回路电源204作为供电及信号参考地，保证了光耦隔离模块130的B侧与驱动回路处于同一个电源系统，且信号参考的统一。从而实现了光耦隔离模块130的A侧使用控制回路电源201，光耦隔离模块130的B侧使用驱动回路电源204。

通常，现有的变桨系统中使用的编码器只提供一个供电电源接点，因此，将控制回路电源201和驱动回路电源204共地连接，保证编码器输出的两种反馈信号(即绝对值信号和增量信号)，可分别正常反馈至变桨系统的控制回路和驱动回路。可见，控制回路电源201和驱动回路电源204为共地的两个电源。相比之下，在本实施例中，在不改变编码器202型号及信号方式的情况下，控制回路电源201和驱动回路电源204无需共地连接，并提供编码器202输出的绝对值信号的接收采集端(绝对值信号采集模块206的绝对值信号输入端)，以及编码器202输出的增量信号的接收采集端(变桨驱动器205的增量信号输入端)。

需要说明的是，增加的光耦隔离模块130完成对增量信号的有源光耦隔离，有源光耦隔离后的增量信号由变桨驱动器205的增量信号输入端进行采集。由此，通过有源的光耦隔离实现光耦隔离模块130两侧的电源隔离区分，也就是将控制回路电源201与驱动回路电源204完全隔离，防止驱动回路产生的浪涌和电磁干扰经电源系统传导至控制回路。

可替代地，在编码器202的增量信号输出端与变桨驱动器205的增量信号输入端之间引入脉冲信号转换器(图中未示出)，将增量信号转换隔离为模拟量输出信号，并反馈至变桨PLC，经过变桨PLC的整合计算，将实时速度值通过总线通信方式传输至驱动器。

此外，在实际应用中，控制回路电源子系统120还包括控制器的数字量输入模块(图中未示出)，数字量输入模块并联在控制回路电源201的供电线路上，且位于绝对值信号采集模块206和数字量输出模块203之间，与控制器的数字量输入模块连接的有一常开触点，该触点代表了系统内各个数字量输入信号。通过数字量输入信号将模块的工作状态反馈至变桨PLC，提高了新增器件故障状态的可检测功能及故障定位功能。

进一步地，该电源系统还可以包括：连接在变桨驱动器和控制器的数字量输出模块之间的隔离器(图中未示出)。这里，该隔离器可具体为开关组件、多路数字量输出信号隔离模块和多路数字量输出信号转换模块中的一个。在后续的实施例中，将以开关组件为例进行详细说明，在此不做累述。

本实用新型实施例的电源系统，在控制回路电源子系统和驱动回路电源子系统之间添加光耦隔离模块，实现了通过隔离方式阻断风力发电变桨系统中的驱动回路产生的浪涌、电磁等干扰传导至控制回路，从而避免了对控制回路造成的严重影响。并且划分为两个独立的电源子系统，不相互干扰，从而保证了变桨系统的稳定运行。

同时，实现了编码器发出的增量编码信号经过隔离处理，转换为波形一致、相位相同但电源不同的增量编码信号，并可以被变桨驱动器增量速度采集的端口所正常识别。此外，通过开关组件、多路数字量输出信号隔离模块和多路数字量输出信号转换模块中的一个，进一步实现了变桨系统内的驱动器数字量控制信号部分的控制回路与驱动器回路的电源隔离。

实施例二

图3为本实用新型实施例二的电源系统的结构示意图。可视为图2所示实施例的一种具体实现方式。参照图3，相比图2所示实施例的装置结构，图3中具体示出了隔离器为开关组件的具体实现方式，同时，还增加了信号防雷器。

具体来说，开关组件207包括第一电磁开关装置6K1、第二电磁开关装置6K2、和第三电磁开关装置6K3。

如图3所示，第一电磁开关装置6K1的电磁控制部的一端A1与控制器的数字量输出模块203的驱动器使能控制输出端相连接，第一电磁开关装置的开关部的一端11与变桨驱动器205的驱动器使能控制输入端相连接；第二电磁开关装置6K2的电磁控制部的一端A3与控制器的数字量输出模块203的手动向前变桨控制输出端相连接，第二电磁开关装置的开关部的一端21与变桨驱动器205的手动向前变桨控制输入端相连接；第三电磁开关装置6K3的电磁控制部的一端A5与控制器的数字量输出模块203的手动向后变桨控制输出端相连接，第三电磁开关装置6K3的开关部的一端31与变桨驱动器205的手动向后变桨控制输入端相连接；第一电磁开关装置6K1的电磁控制部的另一端A2、第二电磁开关装置6K2的电磁控制部的另一端A4以及第三电磁开关装置6K3的电磁控制部的另一端A6连接控制回路电源201的接地端GND；第一电磁开关装置6K1的开关部的另一端12、第二电磁开关装置6K2的开关部的另一端22以及第三电磁开关装置6K3的开关部的另一端32连接驱动回路电源204的正极端24V+。

需要说明的是，上述第一电磁开关装置6K1、第二电磁开关装置6K2和第三电磁开关装置6K3中的至少一个具体为中间继电器或者接触器。

在具体的实现方式中，通常，控制器的数字量输出模块203选用型号为KL2408的器件，变桨驱动器205选用型号为AC2/3的器件。具体地，数字量输出模块203与变桨驱动器205的控制点包括：驱动器使能控制(ENABLE)、手动前向变桨控制(BACKING FW)、手动后向变桨控制(BACKING BK)。由于数字量输出模块203是PNP型数字量输出模块，在现有技术中，为数字量输出模块203供电并提供信号驱动的控制回路电源201需要与驱动回路电源204进行共地处理，才能保证控制信号的正常交互。在本实施例中，为了将控制回路电源201与驱动回路电源204完全隔离，因此，在数字量输出模块203与变桨驱动器205之间的原有连接回路中引入了继电器隔离方式。本领域技术人员可以理解地，其他与继电器起到同样作用的隔离方式均属于本实用新型的保护范畴。

以中间继电器为例，通过使用数字量输出模块203的输出信号驱动相应中间继电器线圈，同时相应中间继电器的常开触点接入变桨驱动器205的控制输入端和驱动回路电源204的正极端，实现当变桨PLC发出数字控制指令时触发相对应的中间继电器线圈，使相应中间继电器常开触点吸合并接通变桨驱动器205的控制输入端信号，使变桨驱动器205控制信号的参考电平地由现有的控制回路电源201与驱动回路电源204共地，转换为只有驱动回路电源204单独作为驱动器控制端口的信号参考地，完成了中间继电器两端的电源电气隔离。由此，实现了变桨控制系统内的数字量控制信号部分的控制回路与驱动回路的电源隔离。

其中，数字量输出模块203输出的数字量控制信号与对应中间继电器控制关系如下：驱动器使能控制(ENABLE)输出控制中间继电器(6K1)线圈，手动前向变桨控制(BACKING FW)输出控制中间继电器(6K2)线圈，手动后向变桨控制(BACKING BK)输出控制中间继电器(6K3)线圈；中间继电器触点对应变桨驱动器连接控制关系如下：中间继电器(6K1)常开触点连接驱动回路电源204的正极端与变桨驱动器的使能控制接口，中间继电器(6K2)常开触点连接驱动回路电源204的正极端与变桨驱动器的手动前向变桨接口；中间继电器(6K3)常开触点连接驱动回路电源204的正极端与变桨驱动器的手动后向变桨接口。

优选地，控制器可以集成在变桨PLC中。

进一步地，该电源系统还可以包括：串联在编码器202的绝对值信号输出端与绝对值信号采集模块206的绝对值信号输入端之间的信号防雷器208。

在具体的实现方式中，由于编码器202的供电主要使用控制回路电源201实现，变桨PLC通过绝对值信号采集模块206连接并接收编码器的绝对值编码信号实现桨叶位置的采集。通常，绝对值信号采集模块207选用KL5001型号的器件。同时，绝对值信号采集模块206的绝对值信号输入端与编码器202的绝对值信号输出端相连接形成绝对值信号通道，因此仅需在编码器202的绝对值信号通道增加信号防雷器208，防止由于驱动回路(即变桨电机执行侧)的浪涌信号经编码器202供电电源线路传导至变桨PLC致使相关器件损坏。

可选地，控制器的数字量输出模块203为无源固态继电器输出型数字量输出模块或者隔离继电器输出型数字量输出模块。

可选地，该电源系统还包括电源隔离模块(图中未示出)，电源隔离模块的输入端与控制回路电源相连接，电源隔离模块的输出端分别与驱动回路电源、变桨驱动器相连接。

本实用新型实施例的电源系统，在图2所示实施例的基础上，还具有如下技术效果：

第一，本实施例引入如继电器或接触器等电磁开关装置的隔离方式，实现了变桨系统内的驱动器数字量控制信号部分的控制回路与驱动器回路的电源隔离；

第二，通过增加信号防雷器，从而防止由于驱动回路的浪涌信号经编码器供电电源线路传导至控制回路致使相关器件损坏；

第三，控制器的数字量输出模块具体为无源固态继电器输出型数字量输出模块或者隔离继电器输出型数字量输出模块，进一步保证了控制回路电源子系统和驱动回路电源子系统之间不相互干扰；

第四，通过增加电源隔离模块可以隔离绝对值信号采集模块与编码器增量信号端的电源参考，从而保护控制回路的安全。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。