[实用新型]风力变桨伺服控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种可应用于风力发电系统的风力变桨伺服控制器，属于风力发电技术领域。

背景技术

变桨系统在正常工况下需准确调节桨叶角度以便进行风力发电的功率调节，而在任何故障状况下都必须保证桨叶的刹车制动和可靠顺桨，以保障风力发电机的整体安全。顺桨就是调节桨叶角度往90度方向转动，使得风机转速下降。变桨系统是风力发电机整体安全性的最关键保障环节，顺桨失败可能给风机带来齿轮箱损毁甚至塔架倒塌等灾难性后果。为实现上述功能，目前电动变桨系统一般采用伺服电机进行桨叶驱动，采用备用电源系统实现断电等故障状况的顺桨，采用控制算法与硬件结合实现传感器等故障状况的顺桨。变桨系统中的伺服电机可以为直流电机或交流电机，目前采用矢量控制策略等方法，交流电机包括交流异步电机或永磁同步电机已可以实现超过直流伺服的性能指标，且没有直流电机换向装置带来的维护和可靠性问题，具有更好的应用前景，所以在绝大多数工业应用领域交流伺服都已逐步取代了直流伺服系统。但目前风力发电中更多地采用直流伺服变桨系统，主要原因在于变桨系统对顺桨可靠性的高要求及备用电源特点有关：在主电源断电故障下，系统采用备用电源供电，而备用电源一般为蓄电池组或超级电容组，为一直流电压源，此时如果采用直流电机方案可直接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，而现有的交流电机方案必须通过电力电子逆变装置才能获取电能完成顺桨，比直流方案多了一个逆变环节，从而降低了顺桨的可靠度，出于这一点考虑，目前风机系统中更倾向于选择直流变桨方案。因此，可以说，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，交流电机系统就可全面取代直流电机系统，最大程度地发挥交流驱动系统的优势。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种采用可靠且稳定的硬件，结合巧妙的备用直流电源设计以提高变桨系统顺桨可靠性的风力变桨伺服控制器。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，它主要包含有一以TMS320F2812为核心的控制板和一以IPM功率器件为核心的逆变器主电路板，以及用于提高交流伺服控制器可靠性的备用直流电源；它还包含有L1、L2、L3、N、PE五个用于输入三相交流电源端口，其中，PE端口接地；还包含输入端口UB+和UB-通过箝位二极管VD1和VD2与备用直流电源相连；在所述伺服控制器上设置有用于驱动风力变桨电机运动的U、V、W输出端口。

所述的控制板包含有一选用TMS320 C2000芯片作为高速数字处理器以及选用高性能低功耗超高速EPM7032AE芯片作为复杂可编程逻辑电路CPLD；另外还包含有一选用ADS7862芯片作为四通道ADC转换芯片，一选用TLV5625芯片作为双通道DAC转换芯片，以及包含有RS232/485/CAN通信接口，控制信号接口以及按键及LED显示电路，电机码盘反馈信号接口；所述的控制信号接口用于接收来自上位机或外接输入/输出点的指令信号；所述的电机码盘反馈接口用于接收伺服电机的光电编码器反馈的位置信号。

所述的数字处理器DSP的数据总线与复杂可编程逻辑电路CPLD的I/O口相连，数字信号处理器DSP的地址总线与复杂可编程逻辑电路CPLD的I/O口相连。DSP的外部扩展控制线与复杂可编程逻辑电路CPLD的I/O口相连，DSP通过CPLD可方便实现DSP的外围芯片扩展及电路相关信号的双向数据传输。

所述的逆变器主电路板主要包含有逆变器、整流器、辅助电源、隔离驱动、电流电压检测、故障保护模块，其中电流电压检测采用霍尔传感器。

在风机变桨系统中，只要能解决交流电机变频驱动的可靠性问题，交流电机就可完全取代直流电机，最大程度的发挥其优点。变桨系统是风力发电机整体安全性的最关键保障环节，必须保证在任何故障情况下都能完成风机的刹车制动和顺桨动作，否则会给风机带来灾难性后果。因此，研究变桨系统冗余控制提高系统可靠性具有很高的应用价值。本实用新型提出一种风电变桨伺服控制器可靠且稳定的硬件设计及巧妙的备用直流电源设计，有效提高了系统可靠性。

本发明的有益效果：

(1)采用成熟的备用直流电源，利用巧妙的箝位二极管单向导通的特性，为伺服控制器提供了在交流电断电故障下顺利完成顺桨过程的保障。大大提高了交流风力变桨伺服控制系统的可靠性。