[发明专利]一种用于风力发电变桨的冗余控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电控制系统及方法，特别是关于一种用于风力发电变桨的冗余控制系统及方法。

背景技术

变桨系统是保障风力发电机整体安全性的关键环节，风力发电机在工作过程中通过调节变桨系统的桨叶角度来进行功率调节。为了保障风力发电机的整体安全，必须在出现任何故障的情况下都要保证桨叶能够可靠顺桨和刹车制动。顺桨就是调节桨叶向90度角的方向转动，使得风机转速下降，顺桨失败可能使风机带来齿轮箱损毁甚至塔架倒塌等灾难性后果。

现有的变桨系统一般采用伺服电机进行桨叶驱动，伺服电机对桨叶进行伺服控制。所谓伺服控制，是指对物体的运动的有效控制，变桨系统中的伺服电机对桨叶转动的速度、位置、加速度进行控制，变桨系统中的伺服电机可以为交流伺服电机或直流伺服电机。目前风力发电中的变桨系统更多地采用直流伺服电机，直流伺服电机的优点在于可以使变浆系统实现可靠顺浆，当出现主电源断电故障时，由于直流伺服电机采用备用直流电源供电，因此可将电机的电枢绕组接到备用电源进行顺桨，无需其他变换设备，但是直流电机具有换向装置的维护和可靠性不稳定的问题。而现有的交流电机方案在交流电源掉电时，必须通过电力电子逆变装置才能获取电能以完成顺桨，比直流方案多了一个逆变环节，从而降低了顺桨的可靠度。

综上所述，在风机变桨系统中，只要能提高交流电机驱动系统在断电故障下的顺桨可靠性，交流电机系统就能取代直流电机系统，最大程度地发挥交流驱动系统的优势。如中国专利申请“变桨距控制装置”(专利号：200420002630.4)，介绍了使用后备电源，使桨叶在电网失电等意外情况下可靠顺桨，保证机组安全的方法，但其并未考虑伺服控制器在发生故障时，无法完成顺桨的情况。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可有效提高交流变桨电机的顺桨可靠性的用于风力发电变桨的冗余控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于风力发电变桨的冗余控制系统，其特征在于：它包括第一套变浆系统、第二套变浆系统、第三套变浆系统、上位机和三相交流电源；所述上位机与所述第一套变浆系统、第二套变浆系统、第三套变浆系统相连，所述三相交流电源输入端连接所述第一套变浆系统、第二套变浆系统和第三套变浆系统的交流电源输入端；所述第一套变浆系统包括第一伺服控制器、第一变桨电机、第一备用直流电源、第一主接触器组和第一制动装置；所述第二套变桨系统包括第二伺服控制器、第二变桨电机、第二备用直流电源、第二主接触器组和第二制动装置；所述第三套变桨系统包括第三伺服控制器、第三变桨电机、第三备用直流电源、第三主接触器组和第三制动装置；

所述第一伺服控制器的输出端分别通过第一主接触器组和第二联络接触器组与第一变桨电机的输入端和第二变桨电机的输入端相连，第二伺服控制器的输出端分别通过第二主接触器组和第三联络接触器组与第二变桨电机的输入端和第三变桨电机的输入端相连，第三伺服控制器的输出端分别通过第三主接触器组和第一联络接触器组与第三变桨电机的输入端和第一变桨电机的输入端相连；所述第一备用直流电源与第一伺服控制器上的直流电源输入端相连，所述第二备用直流电源与第二伺服控制器的直流电源输入端相连，所述第三备用直流电源与第三伺服控制器的直流电源输入端相连；所述第一备用直流电源通过第二联络接触器与第二伺服控制器相连，所述第二备用直流电源通过第三联络接触器与第三伺服控制器相连，所述第三备用直流电源通过第一联络接触器与第一伺服控制器相连；

所述上位机的信号输入端连接各个所述伺服控制器的信号输出端，所述上位机的信号输出端连接各个所述伺服控制器的信号输入端，所述上位机的输出制动端口分别连接各变桨电机内部的制动装置的联络接触器组，各个制动装置电源分别取用各自对应的备用直流电源。

所述各备用直流电源和与其对应的伺服控制器之间设置有箝位二极管。

所述各制动装置和与其对应的备用直流电源输入端之间设置可变电阻。

所述变桨电机可以为同步电机或者异步电机。

一种实现所述用于风力发电变桨的冗余控制系统的用于风力发电变桨的冗余控制方法，其特征在于：它包括三套变桨系统、上位机和三相交流电源，所述每套变桨系统包括伺服控制器、变桨电机、备用直流电源、主接触器组和制动装置；其步骤包括：

I)所述上位机中的系统监测所述三相交流电源是否掉电，若是，则执行步骤II，若否，则执行步骤III；

II)所述系统监测各变桨系统中的伺服控制器是否发生故障，若是，则执行故障处理子程序，处理后结束监测过程；若否，则执行掉电处理子程序，处理后结束监测过程；