[发明专利]一种风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机变桨与偏航控制系统，尤其涉及基于分布式控制的风力发电机变桨与偏航控制系统。

背景技术

在大型风力发电机组中，通过变桨系统调整轮毂的叶片桨距角来改变其叶片气动特性，依据风速的变化随时调节桨距角来控制风力发电机吸收的风能，一方面保证风力发电机的输出功率和转速稳定，另一方面能够减少风对风力发电机的冲击载荷。

同样，在大型风力发电机组中，根据风向检测装置反馈信号通过偏航系统来实现机舱的对风功能，一方面使风中的能量能够最大限度的控制在风轮转子区域内流动，另一方面能够减少风机的疲劳载荷。

目前在大型风力发电机中较为流行的变桨和偏航系统都使用电机作为执行器。在变桨系统中采用变频器作为驱动器来控制变桨电机实现风机叶片的变桨，机舱中的主控制器实现对变桨变频器的控制和监测；在偏航系统中并没有应用变频器来驱动偏航电机，而是将偏航电机直接连接到三相交流电源上，主要原因是风机制造厂家认为偏航速度是恒定值无需使用变频器，同时也是为了节省成本。

现有的风力发电机变桨系统与偏航系统的结构示意图如图1所示。

然而随着风机控制技术的不断发展，始终恒定的偏航速度是不能满足风机控制要求的。例如风机处于发电状态和待风状态时偏航速度是不同的，台风风况时和一般风况时偏航速度也是有所不同的。而且将偏航电机直接连接到三相交流电源上，偏航动作在启动和停止状态时没有上升和下降斜坡，这会造成冲击电流对电机的伤害，也会产生机械冲击使机舱产生振动，这些都将对风机的寿命造成影响。同时，主控制器也无法得到偏航电机运行的状态。

分布式控制技术是通过集中管理的分散控制，它是计算机技术、数字通讯技术和现代控制技术结合的产物，目的是实现实时控制和信息管理的最优化。分布式控制系统按照预先的设计方案根据不同的控制任务分别控制不同的控制站，同时各个控制站之间通过通信网络连接，上层控制站则又通过通信网络连接下层控制站，实现对现场情况的控制和监测。

目前变桨系统多采用分布式控制，而偏航系统没有通过通信系统集成到分布式控制体系中，这将不利于今后风机控制技术信息化的发展。

因此，如何将上述问题加以解决，即为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

本发明的主要目的是在于提供一种风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统，能够通过通信网络同时实现对风机变桨系统和偏航系统的控制，在偏航系统中增加了变频器来驱动偏航电机，为实现更先进的风机控制策略提供更好的操作平台。

为了达到上述目的，本发明提供一种风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统，其特征在于，其包括一主控制器主站、至少一台变桨系统从站及至少一台偏航系统从站，所述的主控制器主站通过一通信系统与所述的变桨系统从站及所述的偏航系统从站进行通信。

在本发明的风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统中，所述的主控制器主站采用PLC作为主控制器。

在本发明的风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统中，所述的变桨系统从站为轮毂中的变桨控制器。

在本发明的风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统中，所述的变桨控制器为一变桨变频器。

在本发明的风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统中，所述的偏航系统从站为机舱中的偏航控制器。

在本发明的风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统中，所述的偏航控制器为一偏航变频器。

在本发明的风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统中，所述的通信系统采用CAN总线。

在本发明的风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统中，其包括三个变桨系统从站，每一变桨系统从站控制一套电机驱动系统，该电机驱动系统采用含有位置反馈的伺服电机作为变桨电机来实现变桨。

在本发明的风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统中，所述的偏航系统从站采用一台偏航变频器，其用于拖动四台偏航电机。

在本发明的风力发电机变桨与偏航的分布式控制系统中，所述的偏航电机为异步电机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的风力发电机变桨与偏航分布式控制系统就地对各类传感器和信号进行采集、控制与处理，然后通过通信网络上传到主控制器，避免了主控制器与各类传感器和信号之间的连接，这种模块化的设计现场适应性强，便于现场调试及在机组运行时的控制。

2、本发明通过通信系统将变桨系统和偏航系统与主控制器有机统一起来，并能够实现偏航系统的角速度控制，使风机能够达到更好的控制效果。

附图说明