[实用新型]一种基于低压交流驱动技术的紧凑型风电变桨控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电变桨距控制系统，尤其涉及一种紧凑型设计的低压交流驱动电动变桨控制器。

背景技术

风电变桨控制系统是兆瓦级以上风力发电机组控制和保护的重要装置，是风机停机的主刹车系统。在风机启动过程中，变桨系统控制桨叶的角度以实现风机依靠风力自行启动；在风机正常运行过程中，变桨系统控制桨叶的角度以实现达到额定风速后维持满负荷运行，不过载；在风机正常或紧急停机时，变桨系统控制桨叶转到预定安全位置，实现空气动力刹车，确保风机安全运行。

当前常用的风电变桨控制系统有液压式和电动式两种，而电动式变桨系统应用更为广泛。电动变桨控制器按电机驱动方式分为直流驱动和交流驱动两类。交流驱动具有成本低廉，维护量小，可靠稳定的优点。按所用后备电源的种类可分为超级电容和蓄电池两种。由于超级电容的功率密度较大，同等驱动能力下占用体积小，可合并安装于控制柜内，所以一般设计为三柜式(三个轴柜)。而用蓄电池作为后备电源时，需要单独的电池箱与控制柜相连，一般为六柜(三个轴柜和三个电池柜)或七柜式(一个主控柜，三个轴柜和三个电池柜)。这样整个系统体积较大，使用不方便。另外蓄电池可维护性较差，抗低温能力不强，寿命短，长期使用后导致变桨系统可靠性下降。

发明内容

为解决使用蓄电池作为后备电源时体积大以及其他本质上的缺点，本设计使用超级电容作为后备电源，充电时间仅一分钟，存储能量满足至少3次安全停机动作的要求。另外超级电容充放电次数多，将后备电源维护周期从2年提高到10年左右，大大降低了运行维护成本。

本实用新型具体采用以下技术方案：

一种基于低压交流驱动技术的紧凑型风电变桨控制器，包括电源管理模块、超级电容模组、伺服驱动器、以及控制PLC部件；其特征在于：

所述电源管理模块外接交流电源，电源管理模块连接至伺服驱动器，所述伺服驱动器与交流伺服电机相连；

所述电源管理模块通过24V直流电源为所述控制PLC供电，控制PLC通过CAN通信线连接至所述伺服驱动器；

所述超级电容模组并联于电源管理模块与伺服驱动器之间作为后备应急电源。

三个主要功能相同的变桨控制器通过外部线缆相连接，组成风机的变桨控制系统。

由于超级电容的功率密度较大，电流驱动能力强，所以可使用较少电容串联以低压方式驱动。另外兆瓦级风机桨叶的质量普遍较大，本实用新型选用低压大转矩伺服电机，其额定线电压3*29V、工作电流125A，最大扭矩75Nm，电机连接采用3*50mm的专用伺服电机电缆，轴箱侧与电机侧可靠接地。在控制方式上，设计采用滑差控制技术解决了交流电机在伺服驱动中的动态控制问题。该控制方式具有控制简单、转矩大，动态响应能力强，定位精度高等特点。

在设计轴箱结构时，根据轮毂特征将其设计为梯形结构，使内部空间最大化，可将后备电源和驱动控制系统放置于一个柜体内。系统采用模块化设计，将内部空间划分为个独立的三个区。由于超级电容具有耐寒，发热小的特性，将其与发热量大的充电器和伺服模块分区安装，有利于系统各模块的稳定运行。该紧凑型设计很好的利用了内部空间，集成化程度高，附属线路少。系统散热采用冷板技术，保证系统散热的同时去掉了定期更换的风扇，系统可靠性大为提高。

在密封设计上，机箱采用一次浇注成型的密封胶条和搭扣锁紧的密封方式，密封胶条压缩度超过5mm，密封效果良好。

附图说明

图1为本实用新型的系统总体结构示意图；

图2为本实用新型的变桨轴箱内部布置图；

图3为本实用新型的系统原理结构示意图。

具体实施方式

整个系统结构如图1所示，包括三台变桨轴箱，分别编号为轴箱A、轴箱B和轴箱C，以及与各轴箱连接的伺服电机、位置传感器和限位开关。每个轴箱单独控制一个桨叶，轴箱与轴箱、轴箱与电机之间通过电缆连接。电机的扭矩通过减速箱联结至桨叶法兰齿轮。电机减速齿轮和法兰齿轮装置为轮毂部件，此处不在赘述。

系统外部进线经滑环接入系统，其进线有3*400V+N+PE三相供电电源回路，PROFIBUS-DP通讯回路，其次还有安全链继电器回路。如图1所示。以上三路由机舱柜引出连接至A柜，再由A柜连接至B柜，B柜到C柜。三相电源在送入下一轴箱前倒换了相 位，以避免各轴箱加热器和24V电源等单相负载均使用一相供电而造成三相电源不平衡。