[实用新型]风力发电机组变桨距控制电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电气控制领域，尤其是一种风力发电机组变桨距控制电路。

背景技术

随着社会对能源的急剧需求，风电产业作为可再生的清洁能源近年来得到了快速发展。为了更好的利用风能，风力发电机组的单机容量越来越大，控制方式也从简单的定桨距失速控制模式转向变桨距控制方式。

变桨距是指让风机的桨叶跟随风的方向和大小自动旋转到主控制器设定的角度，以控制叶片的迎风角始终保持在最佳位置，从而更好地利用风能。变桨距已经是兆瓦级风电机组中的必备系统，由于兆瓦级风力发电机组的体积非常庞大，每片桨叶的长度通常都大于三十米，重量可达数吨，变桨难度加大，而且现有的变桨距系统在桨叶变桨过程中总是存在机身振动较大、变桨定位精度低、响应速度较慢等缺陷，不利于风机的平稳运行，也不利于最大效率的利用风能。

目前，风场变桨距系统的总体结构如图1所视。主控单元与PLC控制模块有数据通信，每片桨叶由电机带动，而每个电机各由一个驱动器控制，PLC控制模块与三片桨叶的驱动器有数据通信，每片桨叶的当前位置信息各由一个编码器反馈引回给PLC控制模块。而现有的变桨距控制电路的工作方法是：PLC模块用于接收主控单元输出的包含有设定角度信息的控制指令，控制三个驱动器根据设定角度输出对应的电压驱动信号，驱动电机转动从而将桨叶带动到设定角度位置。

现有的变桨距控制技术主要存在这样的技术问题：由于PLC模块按照主控单元输出的设定角度，一次将桨叶带动到位，从而导致风机振动大。由于通信延迟，控制难度加大。变桨距系统给出的控制曲线波动较大，造成风机功率曲线波动，电机温升太快，降低发电质量及电机使用寿命。同时，风机振动过大，长期下去，必然会造成各元器件零件松动、脱落，增加了风机维护工作量，甚至发生危险事故。

其次，响应速度偏慢。桨叶变桨起始速度及停机速度偏慢。起始速度延迟既与机械惯性有关，又与控制算法有关。停机前的减速阶段，减速过慢，影响控制效果。

最后，控制精度不高。目前现有技术的控制精度只能达到0.02°，其发电质量有时候不理想，为了提高发电质量，有必要进一步提高桨叶控制精度。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种有效减小风机振动幅度的风力发电机组变桨控制电路。

本实用新型采用的技术方案是这样的：一种风力发电机组变桨距控制电路，包括PID单元、驱动器、电机、编码器、加法器，还包括位移连续化控制单元与加速度控制单元，所述PID控制单元的输出端与驱动器的输入端连接，驱动器的驱动信号输出端与电机驱动信号输入端连接，所述编码器用于采集电机角位移值，编码器的输出端与加法器的反相输入端连接；所述加法器的输出端与PID单元的输入端连接；所述位移连续化控制单元具有角位移设定值P的输入端与角加速度ap的输入端，所述角加速度ap的输入端与加速度控制单元的输出端连接；位移连续化控制单元的输出端与所述加法器的正相输入端连接。

优选地，所述编码器为SSI编码器。

优选地，所述PID单元、加法器、位移连续化控制单元与加速度控制单元存在于一个PLC控制单元中。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

变桨距控制电路根据主控单元输出的角度设定值P，当前电机的角度、角速度，加速度控制单元输出的角加速度将角度设定值P转化为若干较小的角度rp，并将这些较小的角度分若干个工作周期输出，而非一次性将主控的角度设定值P直接给出，且电机从当前位置最终转动到角度设定值P的过程中，电机转动的角速度都经历了加速、匀速及减速3个阶段，从而最大限度减少电机振动幅度，使电机稳定运行；

由于每个工作周期输出的较小角度值rp都是基于当前桨叶的角度与角速度计算得到的，有效避免因通信延迟导致收到的设定角度值离散、无规律，进一步导致风机大幅度震动的后果，提高了发电质量以及整个风机使用寿命。

速度响应方面，虽有通信延迟，但本系统算法决定了不需在软件上进行延迟处理。速度曲线上看到的延迟，仅由风机机械惯性造成。因此，减小了延迟时间。同时，桨叶即将到达控制位置时，通过提高减速幅度，加快减速，减小了调节时间，在不增加风机振动幅度的情况下提高了响应速度。