風力發電機組電動變槳距實驗平臺的製作方法
2023-05-19 23:42:31 1
風力發電機組電動變槳距實驗平臺的製作方法
【專利摘要】一種風力發電機組電動變槳距實驗平臺，屬於風力發電【技術領域】。包括加載驅動設備、加載執行機構、聯軸器和上位機；所述加載驅動設備通過加載執行機構和聯軸器連接，聯軸器與風力發電機組的變槳電機連接；所述變槳電機與其變槳控制系統連接，變槳控制系統PLC連接上位機。本發明接近真實的模擬風力發電機組變槳系統的運行；加載設備工作時可以將發出的電併入電網或自身循環使用；檢驗自主設計的變槳控制系統性能；檢驗後備電源性能，進而設計出高性能、高品質、可靠性和安全性高的風力發電機組。本發明的實驗平臺設計容量較大，不但可以驗證自主設計的控制系統性能，還能對機械結構和電氣原件做進一步改進和優化。
【專利說明】風力發電機組電動變槳距實驗平臺
【技術領域】
[0001]本發明屬於風電【技術領域】，具體是涉及一種風力發電機組電動變槳距實驗平臺。【背景技術】
[0002]隨著世界範圍內能源危機的爆發，核能發電的巨大危害性，風能等可再生能源越來越受到更廣泛的關注，並得到廣泛的應用，從而使得風力發電機組成為風能利用的主要設備。風力發電機組是風力發電的核心設備，其性能直接影響到風機的發電效率和穩定性。
[0003]兆瓦級變速變距風力發電機組是目前市場上的主流機型，由於其結構複雜、變槳系統的隨動特性明顯、風機運行的非線性特性等特點，使得變速變距風電機組控制技術成為風機製造商和研究機構的研究熱點之一。兆瓦級風力發電機組的運行可以根據風速劃分為三個階段。第一階段:切入風速至額定風速；第二階段:額定風速至切出風速；第三階段:大於切出風速。風力發電機組運行在第一階段時，變槳系統使葉片開槳至最大迎風面，使風機葉片的升力達到最大，進而實現最大風能捕獲；風力發電機組運行在第二階段時，變槳系統根據風速、風向的反饋信號控制槳葉，進而使得發電機轉速維持在穩定的範圍內；當風力發電機組運行在第三階段或出現故障的情況下，變槳系統控制槳葉緊急順槳，利用葉片的空氣動力學特性進行剎車制動，進而保證風機的安全運行。
[0004]由於新設計的兆瓦級風力發電機組存在很多不確定性因素，為了研發出更可靠、更安全的新機型，設計一套風力發電機組電動變槳距實驗平臺是十分必要的。
[0005]
【發明內容】
針對上述存在的技術問題，本發明提供一種風力發電機組電動變槳距實驗平臺。其能夠提供接近真實的變槳系統，從而使實驗性能和數據真實、有效，達到新產品的安全性和可靠性。
[0006]本發明包括加載驅動設備、加載執行機構、聯軸器和上位機；所述加載驅動設備通過加載執行機構和聯軸器連接，聯軸器與風力發電機組的變槳電機連接；所述變槳電機與其變槳控制系統連接，變槳控制系統PLC連接上位機。
[0007]進一步地,所述加載驅動設備包括前端單元和三個逆變單元；所述前端單元分別連接三個逆變單元，用於驅動加載執行機構，根據不同工況和機型，設置所加載荷的大小。
[0008]進一步地，所述前端單元是共直流母線系統中的雙向整流裝置。
[0009]進一步地，所述加載執行機構為加載電機。
[0010]進一步地，所述變槳驅動電機的軸端設置有用於電機絕對位置反饋的多圈絕對值編碼器。
[0011]進一步地，所述變槳驅動電機為直流電機或交流電機。
[0012]進一步地，所述變槳控制系統的PLC用於接收上位機下發的速度和位置信號，並將命令下發給變槳控制系統內的伺服驅動器，驅動葉片電機，實現葉片的轉動。
[0013]進一步地，所述伺服驅動器還連接有超級電容，超級電容連接外部充電機，在外部供電掉電的情況下，切入備用電源繼續給伺服驅動器供電，使得葉片順槳。[0014]進一步地，所述上位機為安裝有Bladed軟體的PC電腦，模擬風力發電機組的主控系統。
[0015]進一步地，所述上位機模擬風力發電機組的主控系統的具體方法是:通過風模型、各工況數據和位置反饋值，把計算得到的槳距角和變槳速度下發給變槳控制系統PLC，再由PLC同時下發給三個伺服驅動器驅動變槳電機旋轉槳葉；由變槳控制系統的內部傳感器得到的槳葉位置和速度採集到PLC中，再由PLC上傳到PC機中進行計算分析，監控變槳控制系統是否正常運行，給出相應的變槳指令。
本發明的有益效果:
1.本發明接近真實的模擬風力發電機組變槳系統的運行；加載設備工作時可以將發出的電併入電網或自身循環使用；檢驗自主設計的變槳控制系統性能；檢驗後備電源性能，進而設計出高性能、高品質、可靠性和安全性高的風力發電機組。
[0016]2.本發明的實驗平臺設計容量較大，基本適用於IOMW以下的所有機型，不但可以驗證自主設計的控制系統性能，還能對機械結構和電氣原件做進一步改進和優化，並且加載系統可以將能量回饋電網，節約資源。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明結構示意圖；
圖中:1.加載驅動設備，2.前端單元，3.逆變單元，4.加載執行機構，5.聯軸器，6.變槳電機，7.超級電容模組，8.伺服驅動器，9.上位機，10.PLC，11.編碼器，12.變槳控制系統。
[0018]【具體實施方式】:
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述:
實施例:本發明包括加載驅動設備1、加載執行機構4、聯軸器5和上位機9，所述加載驅動設備I通過加載執行機構4和聯軸器5連接，聯軸器5與風力發電機組的變槳電機連接；所述變槳電機6與變槳控制系統12連接，變槳控制系統12的PLClO連接上位機。
[0019]所述加載驅動設備包括前端單元2和三個逆變單元3 ;所述前端單元2分別連接三個逆變單元3，用於驅動加載執行機構4，根據不同工況和機型，設置所加載荷的大小。所述加載執行機構4為加載電機。其中AFE為有源2，是共直流母線系統中的雙向(可回饋能量)整流裝置。需要在輸入測裝配外部濾波器LCL。前端單元AFE2不需要任何外部測試設備，可與逆變單元INU3接入同一個現場總線系統，由現場總線控制和監控。逆變單元INU3是一個直流供電的雙向逆變器，可實現對電機的供電和控制。前端單元AFE2與逆變單元INU3配合使用，並通過加載電機M給變槳控制系統12加載，模擬葉片的轉動，通過監控軟體實時觀測加載系統載荷的變化情況。所述變槳電機6的軸端設置有用於電機絕對位置反饋的多圈絕對值編碼器11。所述變槳電機6為直流電機或交流電機。所述聯軸器5的型號根據變槳電機的容量選擇。
[0020]所述變槳控制系統12包括相互連接的PLClO和伺服驅動器8，所述伺服驅動器8還連接有超級電容7，超級電容7連接外部充電機，在外部供電掉電的情況下，切入備用電源繼續給伺服驅動器8供電，使得葉片順槳，保證風機完成緊急順槳並安全停車。變槳控制系統12用於接收上位機下發的速度和位置信號，並將命令下發給變槳控制系統12內的伺服驅動器8，驅動葉片電機，實現葉片的轉動。
[0021]本發明的整個加載驅動設備I同時驅動加載電機4 (直流或交流伺服電機)，通過聯軸器5給變槳電機6進行加載，真實模擬風機葉片的功能。絕對值編碼器11作為變槳電機的絕對位置反饋給變槳控制系統12的PLC10，進而反饋給上位機9。上位機9通過模擬風速、風向等外部輸入信號，計算並下發變槳速度和變槳位置到變槳系統12，實現葉片的隨動功能。
[0022]所述上位機為安裝有Bladed軟體的PC電腦，模擬風力發電機組的主控系統，具體方法為:首先將風機模型寫入軟體，並加載風速模型，Bladed軟體通過風模型、各工況數據和位置反饋值，把計算得到的槳距角和變槳速度下發給變槳控制系統PLC，再由PLC同時下發給三個伺服驅動器驅動變槳電機旋轉槳葉；由變槳控制系統的內部傳感器得到的槳葉位置和速度採集到PLC中，再由PLC上傳到PC機中進行計算分析，監控變槳控制系統是否正常運行，給出相應的變槳指令。
[0023]所述變槳控制系統12，分為兩種運行模式:手動運行和自動運行。其中，手動運行可以3個軸櫃單獨控制、順時針和逆時針點動、尋原點。自動運行時，變槳PLClO接收來自上位機9的位置和速度指令並下發給伺服驅動器8。當有故障觸發，變槳PLClO會給伺服驅動器下發停機指令，利用葉片的空氣動力學特性安全停車。利用變槳PLClO的可視化界面監控變槳系統的反饋值，深入了解新機型的設計缺陷並加以優化。
[0024]所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺適用於10麗以下電動變槳距控制系統。變槳控制系統12、變槳電機6、聯軸器5，根據機型不同進行替換。
[0025]所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺，可以測試變槳控制系統的超級電容性能，在加載系統工作的情況下切掉外部供電測試順槳次數。
[0026]本發明可以真實模擬風機變槳控制系統，加載系統中的能量是雙向的，節能效果明顯。上位機是由裝有Bladed軟體的PC構成，可以真實模擬風力發電機組主控系統。該實驗平臺可以大大挺高新機型的安全性和可靠性。
【權利要求】
1.一種風力發電機組電動變槳距實驗平臺，其特徵在於:包括加載驅動設備、加載執行機構、聯軸器和上位機；所述加載驅動設備通過加載執行機構和聯軸器連接，聯軸器與風力發電機組的變槳電機連接；所述變槳電機與其變槳控制系統連接，變槳控制系統PLC連接上位機。
2.如權利要求1所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺，其特徵在於:所述加載驅動設備包括前端單元和三個逆變單元；所述前端單元分別連接三個逆變單元，用於驅動加載執行機構，根據不同工況和機型，設置所加載荷的大小。
3.如權利要求2所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺，其特徵在於:所述前端單元是共直流母線系統中的雙向整流裝置。
4.如權利要求1或2所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺，其特徵在於:所述加載執行機構為加載電機。
5.如權利要求1所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺，其特徵在於:所述變槳驅動電機的軸端設置有用於電機絕對位置反饋的多圈絕對值編碼器。
6.如權利要求1所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺，其特徵在於:所述變槳驅動電機為直流電機或交流電機。
7.如權利要求1所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺，其特徵在於:所述變槳控制系統的PLC用於接收上位機下發的速度和位置信號，並將命令下發給變槳控制系統內的伺服驅動器，驅動葉片電機，實現葉片的轉動。
8.如權利要求7所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺，其特徵在於:所述伺服驅動器還連接有超級電容，超級電容連接外部充電機，在外部供電掉電的情況下，切入備用電源繼續給伺服驅動器供電，使得葉片順槳。
9.如權利要求1所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺，其特徵在於:所述上位機為安裝有Bladed軟體的PC電腦，模擬風力發電機組的主控系統。
10.如權利要求9所述風力發電機組電動變槳距實驗平臺，其特徵在於:所述上位機模擬風力發電機組的主控系統的具體方法是:通過風模型、各工況數據和位置反饋值，把計算得到的槳距角和變槳速度下發給變槳控制系統PLC，再由PLC同時下發給三個伺服驅動器驅動變槳電機旋轉槳葉；由變槳控制系統的內部傳感器得到的槳葉位置和速度採集到PLC中，再由PLC上傳到PC機中進行計算分析，監控變槳控制系統是否正常運行，給出相應的變槳指令。
【文檔編號】G05B23/02GK103558030SQ201310508088
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】徐健, 蔡曉峰, 劉衍選, 胡明清, 張海平, 徐向宇 申請人:瀋陽華創風能有限公司, 青島華創風能有限公司, 通遼華創風能有限公司, 寧夏華創風能有限公司