[发明专利]一种基于TMS320F2812的风力发电独立变桨控制系统

说明书

一种基于TMS320F2812的风力发电独立变桨控制系统，涉及一种风力发电控制系统，包括主控系统、市电电源、安全保护系统、变桨控制器、变桨驱动器、备用电源以及电机；其中，变桨控制系统通过电滑环的方式与机舱中的主控系统、市电电源、安全保护系统连接，采用CAN通讯方式与主控系统连接；变桨控制器、变桨驱动器和备用电源位于轮毂内的变桨控制柜内；桨叶的变桨控制器一端通过CAN通讯与主控系统连接，桨叶的变桨控制器进行实时的通讯，本发明合理地控制桨叶的桨距角可以减小塔架的振荡和桨叶的载荷,从而减小风力机的疲劳度,延长风力机的使用寿命。电动变桨距控制系统通过桨距角控制器得到桨距角指令,进而把桨距角指令转换为伺服电机的控制信号,以此实现对桨叶位置的控制。

技术领域

本发明涉及一种风力发电控制系统，特别是涉及一种基于TMS320F2812的风力发电独立变桨控制系统。

背景技术

近年来,随着环境问题的日益突出和能源供应的日趋紧张,可再生能源越来越被人们所重视，在国家大力发展新能源的指导方针下，风力发电技术得到了迅速的发展，但是伴随着越来越多的风电机组运行，问题也随之增多，所以如何确保风电机组安全、可靠、高效的运行是目前风电行业重点研究的方向。变桨控制系统作为风力发电机的最重要组成部件之一，其系统的安全、可靠与否, 直接影响着整个风机的安全性能、发电效率、发电质量等等, 可以说变桨控制系统在整个风机中占有举足轻重的地位。

根据变桨控制系统的功能分类，主要由三大部分组成：变桨控制器、变桨驱动器、备用电源。其中变桨控制器作为最主要的控制单元，所有的逻辑控制、安全保护、备用电源切换、控制算法等等均由其完成。目前国内变桨控制系统只采用一个PLC，通过Profibus通讯总线扩展I/O的方式完成三个桨叶所有控制，当主PLC发现任一桨叶有故障时，将会断开安全链，所有桨叶均执行紧急收桨动作。但是如果主PLC一旦出现故障，例如安全链没有断开或者失电的情况下备用电源没有启动等等，都会导致飞车等灾难性事故。

在当前变桨系统的算法设计中，主要有两种控制策略分别为同步变桨和独立变桨。同步变桨为三个桨叶的桨距角进行同步调整，由于其算法简单容易实现已被普遍采用，但是在某些风况条件下，桨叶在不同的位置所受外力也不同，会导致三桨叶受力不平衡，转矩之差可达到25%左右，从而产生风机轴向振荡，不仅影响风机使用寿命，同时严重影响其发电效率。因此独立变桨控制策略目前引起了众多研究者的研究，但是在独立变桨过程中，需要根据每个桨叶的动力特性分析进行单独控制，其控制算法略为复杂，而且桨距角在桨叶旋转过程中变化十分频繁，对响应速度的要求比较高，否则会对变桨过程中系统的平稳性和有效性造成更为显著的影响。无论采用何种控制策略，都是为了保证合理的控制桨距角以减小塔架的振荡和桨叶间载荷的平衡,从而减小风力机的疲劳度，提高其发电效率。

随着国内对变桨系统不断深入的研究，其功能越来越复杂，安全保护也越来越完善，对采集数据的需求不断增多，从而导致控制器件和传感器大幅度增加，在变桨控制柜有限的空间内如何实现所有安全保护功能、稳定的控制是亟待解决的问题。

针对上述现有变桨控制系统实际应用所出现的问题，研究设计一种高集成度、高稳定性、高扩展性的变桨控制器，从而满足变桨系统不断深入发展的需求是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于TMS320F2812的风力发电独立变桨控制系统，本发明合理地控制桨叶的桨距角可以减小塔架的振荡和桨叶的载荷, 从而减小风力机的疲劳度, 延长风力机的使用寿命。电动变桨距控制系统通过桨距角控制器得到桨距角指令,进而把桨距角指令转换为伺服电机的控制信号,以此实现对桨叶位置的控制。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：