[实用新型]一种基于永磁同步电机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高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中桨叶角度改变的驱动和控制设备。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追踪最大功率曲线或者达到额定风速后维持满负荷运行；在风机正常或紧急停机时，变桨系统控制桨叶收桨至预定安全位置，实现空气动力制动刹车，确保风机安全运行。

风电变桨控制系统有液压式和电动式两种，电动变桨由于其控制方便，精度高而被广泛采用。目前，主流的电动变桨控制系统在电机的选择方面有以下几种。1）、交流电机和直流电机。直流电机体积大，控制精度高。而交流电机具有成本低廉，维护量小，可靠稳定的优点，已经被大量采用。2）、同步电机和异步电机。异步电机造价低，维护简单。而同步电机具有控制精度高，效率高的优点。3），高压电机和低压电机。大部分变桨选用低压电机，特点是价格低，维护方便，绝缘等级要求相对较低；而高压电机功率损失小，效率高，扭矩相对较大。

在伺服控制策略方面，也有转差频率控制和矢量控制两种选择。矢量控制的优点是动态的高速响应，高精度的电力拖动，而转差频率控制虽然算法简单，但是转矩响应慢，低频时输出转矩小，转矩利用率低。

由于变桨控制系统是整机的保护装置，所以必须配备有后备电源作为主电源的冗余。变桨系统的后备电源有超级电容和蓄电池两种。超级电容相比与蓄电池的优点是功率密度大，同等驱动能力下占用体积小，使用寿命长，在存储、运输、运行等情况下对环境要求相对较低，维护方便。

发明内容

为克服现有变桨控制系统中控制精度不高，效率相对过低和蓄电池作为后备电源的种种不足。本实用新型提供一种高压永磁同步电机变桨控制系统，该系统有效的避免了上述缺点。

本实用新型采用以下技术方案：

一种基于永磁同步电机交流驱动技术的紧凑型风电变桨控制器，包括永磁同步交流电机、伺服控制驱动器、超级电容模组以及各类控制继电器，其特征是：

所述伺服控制驱动器外接交流电源，伺服控制驱动器与永磁同步交流电机相连；

所述超级电容模组与伺服控制驱动器相连，作为伺服控制驱动器的后备应急电源；

所述控制继电器与伺服控制器相连。

本实用新型还进一步包括以下优选方案：

三个主要功能相同的变桨控制器通过电缆连接，共同组成风机的变桨控制系统。

伺服控制驱动器、超级电容模组以及各类控制继电器均安装于轴箱内，后备应急电源单独位于一个柜体内。

轴箱使用一次浇注成型的密封胶条和锁扣扣紧进行密封。

本实用新型具有以下有益的技术效果：

1、本实用新型选用永磁同步电机作为变桨的驱动设备。同步电机高精度的控制输出，能够更好的满足整机对桨叶角度的控制需求。该电机额定输入为3*380VAC，高压输入可以对输出转矩有更好的保证。

2、本实用新型选用的变频器采用更为先进的矢量控制对同步电机进行精确控制，避免了转差频率控制转矩响应慢，低频时输出转矩小的缺点，大大的提高了控制系统的整体效率。

3、本实用新型选用旋转变压编码器作为电机的速度和位置反馈信号装置，代替了传统的光电编码器。旋转变压编码器结构简单，抗干扰能力强。非接触式结构使其比光电编码器更加的坚固耐用，节省了维护成本。

4、本实用新型选用超级电容作为后备电源。超级电容相对与蓄电池体积小，使变桨系统三柜式设计成为可能。充电时间仅需十五分钟，存储能量满足至少2次安全停机动作的要求。超级电容对存储和运输环境要求相对较低，能更好的满足风电的施工工况。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。

5、系统采用模块化设计，将控制柜内部空间划分为独立的两个区域。由于超级电容具有耐寒、发热小的特性，将其与发热量大的伺服模块分区安装，有利于系统各模块的稳定运行。本实用新型对超级电容进行了背靠背式的安装设计。该设计方案不仅很好解决了柜内空间不足的问题，还在保证稳固安装的前提下，使得更换和维护超级电容更加方便。该紧凑型设计很好的利于了内部空间，集成化程度高，附属线路少，设备整体抗干扰能力强。