[实用新型]全数字化的电动变桨驱动器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种大型风力发电机组中的变桨距系统，尤指其中的一种全数字化的电动变桨驱动器。

背景技术

世界各国在改善能源结构、提高能源效率的同时都在大力发展可再生能源，其中发展最迅速的就是风力发电。大力发展风力发电是减少我国二氧化碳排放量的措施之一，因此发展风力发电将大大减少我国温室气体的排放，有非常明显的经济、社会效益。

变桨距系统作为大型风电机组的核心部分之一，对机组安全、稳定、高效的运行有十分重要的作用。变桨距是指风力发电机组安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨叶桨距角的大小进而改变叶片气动特性，使桨叶和整机受力状况大为改善。变桨距控制与变速恒频技术相配合，最终提高了整个风力发电系统的发电效率和电能质量。电动变桨具有结构简单，控制策略多样化，如可以在变频器部分采用矢量控制及先进的智能控制理论，控制精度高。

目前通常采用可编程控制器(PLC)作为变桨距系统的控制器，通过PLC控制变频器实现变桨功能，具有抗干扰能力强，性能可靠的优点，但是其扫描周期长，精度低，而电动变桨系统要求控制精度高、实时性强、运算速度快。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种全数字化的电动变桨驱动器，其直接接收风机主控发送的命令，通过检测电机定子电流信号、编码器信号，进行基于矢量变换和SVPWM的三闭环控制，实现对执行电机的变桨控制，同时采取了安全策略保障变桨安全。

一种全数字化的电动变桨驱动器，其外围设备包括轴柜、变桨执行电机以及该电机输出轴上的增量编码器，所述驱动器的电路包括两部分：驱动电路和控制电路；所述驱动电路包括有整流电路，逆变电路，开关电源电路，以及电流、电压检测电路，继电器驱动电路；所述控制电路包括有DSP模块，CPLD模块，PWM信号驱动电路，信号调理电路，开关量采集电路，编码器信号调理采集电路，通讯电路；其中：

控制变桨执行电机的信号流程为：所述电动变桨驱动器直接与风机主控进行通讯，该风机主控通过所述通讯电路将位置命令发送至所述DSP模块；所述编码器信号调理采集电路从所述变桨执行电机输出轴上的增量编码器中采集的信号经调理后输入DSP模块的正交脉冲编码QEP，在DSP模块内部通过M/T算法计算出当前变桨执行电机的转速反馈信号及位置反馈信号，所述位置反馈信号与所述位置命令进行比较，比较之后的误差送入所述DSP模块的位置调节器，实现位置闭环；该位置调节器输出变桨执行电机转速命令，该转速命令与所述转速反馈信号比较的误差送入所述DSP模块的转速调节器，实现速度闭环；所述电流、电压检测电路检测所述变桨执行电机的U、V相电流信号，经矢量变换后与所述DSP模块的转速调节器输出的转矩电流和励磁电流给定分别进行比较后的误差送入所述DSP模块的电流调节器，实现电流闭环控制；所述DSP模块的电流调节器输出的电压信号经矢量变换，之后通过空间电压矢量调制后得到SVPWM信号，再经过所述PWM信号驱动电路后作为所述逆变电路的控制信号；风电机组给变桨系统提供的动力电通过所述整流电路变成直流电，该直流电在逆变电路中受所述SVPWM信号的控制输出频率可调的三相交流电，驱动所述变桨执行电机实现桨距角的控制；

主电源检测信号流程为：所述电流、电压检测电路检测直流母线电压模拟信号，经过所述信号调理电路调理后送入所述DSP模块的A/D单元，在DSP模块内与设定值进行比较：当母线电压低于200V，系统处于欠压故障状态，当母线电压高于400V，系统处于过压故障状态，当母线电压处于370V～400V时，将开启制动电阻，进行电压泻放。对母线电压的采样用于实现对系统的过压、欠压保护。

控制变桨流程及其安全策略的开关量信号流程为：所述开关量采集电路采集所述轴柜内8路继电器开关反馈信号：电机抱闸释放反馈信号，电机加热反馈信号，90°限位开关信号，-10°限位开关信号，主电供电反馈信号，安全链闭合反馈信号，轴柜温度故障反馈信号，雷击反馈信号；所述8路反馈信号由所述开关量采集电路采集之后，经所述CPLD模块检测采集后传给所述DSP模块进行相应处理：电机抱闸释放反馈信号为0或电机加热反馈信号为1时，不允许变桨；90°限位开关信号为0时，停机；-10°限位开关信号、主电供电反馈信号、安全链闭合反馈信号或雷击反馈信号为0时，紧急收桨，顺桨到90°；轴柜温度故障反馈信号为0时收桨至88°，此故障可自动消除，消除后可继续变桨；同时将状态上报给风机主控；