基於超級電容的冗餘電變槳系統的製作方法

2023-05-19 07:38:11

專利名稱：基於超級電容的冗餘電變槳系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電變槳系統，尤其是一種基於超級電容、通過BOOSTER 升壓電路提供備份直流電源的、高可靠冗餘電變槳系統。
背景技術：
變槳系統在風力發電系統中發揮著重要作用，變槳系統性能直接影響到風電機 組的輸入功率和風力發電機組安全穩定。變槳系統通過調節槳葉角度來調節吸收的風力 功率大小，並且在不同工況下風力發電機組發生任何故障時，都能保證槳葉迅速收槳， 使風機轉速下降。在故障情況下，槳葉能否順利收槳，關係到整個風電機組的安全，如 果收槳失敗，特別是在風速很大的情況下，將會損壞齒輪箱、剎車盤，甚至整個機組損 壞的嚴重後果。現在風力發電領域變槳系統執行機構主要有2種液壓變槳距執行機構和電氣 變槳距執行機構。液壓變槳控制機構具有傳動力矩大、重量輕、剛度大、執行機構動態 響應速度快等優點，能夠保證更加快速、準確地把槳葉調節至設定節距，但液壓變槳距 系統存在漏油、卡塞、不易維護等缺點。電氣變槳執行機構是利用電機驅動槳葉轉動 的。電氣變槳距系統沒有液壓變槳機構那麼複雜，便於維護，也沒有漏油、卡塞等現象 發生，因此受到了許多廠家的關注。隨著電機控制技術的進步，電氣變槳距系統已經受 到了大多數整機廠家的青睞，越來越多國內外大型整機廠的風力發電機組都採用了電氣 變槳距機構。而電氣變槳距機構又可以分為2種直流變槳系統和交流變槳系統。直流變 槳系統一般由電池組串聯組成後備電源，採用直流串激電機作為驅動電機，但直流電機 具有電刷，存在需要經常維護，體積大、重量大等問題，同時直流電機魯棒性也沒有交 流電機強。交流變槳系統採用交流感應電機和伺服電機，具備體積小、驅動性能好的特
點ο蓄電池因為成本低廉、技術成熟、產品較多等原因，現在廣泛被用於變槳系統 的後備電源，但是蓄電池在風力發電變槳系統中使用，也存在一定的問題。首先，電池 放電過程中會發生化學反應，多次充放電會嚴重影響電池壽命和性能，且電池充放電管 理複雜。在電網長時間掉電情況下，為了保證電池供電不間斷，還要進行深度放電，導 致電池使用壽命縮短，要經常更換，同時在重新給電池充電時時間較長。其次電池功率 密度不高，在故障情況下，要提供足夠的能量，就要很多個電池串並組合，增大系統成 本和體積。由於電池工作溫度範圍較窄，一般要到0°c以上才能開始正常工作，不太適應 寒冷氣候。在風力發電領域的變槳系統中，備份直流電源和交流驅動電源都採用採用冗餘 互聯設計的方式，並在電網掉電和驅動系統出現故障的情況下，能夠互相協調順利收 槳，目前尚未見諸報導。

發明內容
本發明的目的在於針對目前風力發電領域變槳系統中電氣變槳距系統存在的 問題，尤其是電氣變槳距中直流電機魯棒性差、採用交流感應電機和伺服電機時以蓄電 池為備份直流電源維護困難、工作可靠性特別是在低溫環境的可靠性差等一系列問題， 提供一種基於超級電容的冗餘電變槳系統。本發明的目的是這樣實現的一種基於超級電容的冗餘電變槳系統，包括PLC 模塊、交流電源、備份直流電源和三個槳葉變槳驅動模塊，PLC模塊通過主迴路開關電 源獲得直流工作電源，各槳葉的安全位置設有限位開關，與各槳葉對應的驅動電機上設 有編碼器，其特徵在於a)每個槳葉變槳驅動模塊由兩路電源輸入，一路為380V三相交流電源，另一路 為備份直流電源；b)各槳葉變槳驅動模塊通過設在輸出端的主電源接觸器K1或K2或K3直接驅動 對應的驅動電機M1或M2或M3;當三個槳葉變槳驅動模塊中至少有一個無故障，且有故 障的槳葉變槳驅動模塊無法直接驅動對應的驅動電機時，在無故障的槳葉變槳驅動模塊 直接驅動對應的驅動電機收槳，使對應槳葉到達安全位置後，再由無故障的槳葉變槳驅 動模塊驅動有故障的槳葉變槳驅動模塊對應的驅動電機到達安全位置；各槳葉變槳驅動模塊分別通過主制動接觸器B1或B2或B3與對應的電機M1或 M2或M3的制動線圈連接，同時，第一槳葉變槳驅動模塊D1通過制動冗餘接觸器FB2與 驅動電機！^的制動線圈連接，第二槳葉變槳驅動模塊D2通過制動冗餘接觸器FB3與驅動 電機M3的制動線圈連接，第三槳葉變槳驅動模塊D3通過制動冗餘接觸器FB1與驅動電機 M1的制動線圈連接；c)當三個槳葉變槳驅動模塊都出現故障時，380V三相交流電源將分別通過接觸 器GK1或GK2或GK3直接驅動對應的驅動電機M1或M2或M3,完成收槳，槳葉觸及相 應的限位開關後，使驅動電機停機，完成收槳動作；d)所述的備份直流電源為三個，它們分別與各槳葉變槳驅動模塊的對應連接， 所述的各備份直流電源均由超級電容充電器、超級電容和BOOSTER升壓電路組成，三 個備份直流電源的輸出端分別與各自對應的槳葉驅動模塊的直流輸入DC-link端連接，同 時，第一備份直流電源的輸出端還通過第一繼電器開關KB1與第二槳葉驅動模塊D2的直 流輸入DC-link端連接，第二備份直流電源的輸出端還通過第二繼電器開關KB2與第三槳 葉驅動模塊D3的直流輸入DC-link端連接，第三備份直流電源的輸出端還通過第三繼電 器開關KB3與第一槳葉驅動模塊D1直流輸入DC-link端連接；可以實現三個備份直流電 源同時向任意一個驅動模塊提供備份直流電源，滿足驅動模塊收槳能量需求；e)PLC模塊與槳葉變槳驅動模塊之間設有通訊線。在本發明中當三個槳葉變槳驅動模塊中的至少一個無故障，有故障的槳葉變 槳驅動模塊無法直接驅動對應的驅動電機時，由無故障的槳葉變槳驅動模塊驅動有故障 的槳葉變槳驅動模塊對應的驅動電機收槳，其中在一個驅動器壞掉的情況下，可以實現三個槳葉順利收槳當只有第一槳葉變 槳驅動模塊D1出現故障，首先第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第二主接觸器K2驅動第二 驅動電機M2收槳，第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第三主接觸器K3驅動第三驅動電機M3收槳，在第二槳葉和第三槳葉到達安全位置後，由第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第一冗 餘接觸器FK1驅動第一驅動電機M1收槳，使第一槳葉運行到安全位置；當只有第二槳葉 變槳驅動模塊D2出現故障，首先第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第一主接觸器K1驅動第 一驅動電機M1收槳，第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第三主接觸器K3驅動第三驅動電機 M3收槳，在第一槳葉和第三槳葉到達安全位置後，由第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第二 冗餘接觸器FK2驅動第二驅動電機M2收槳，使第二槳葉運行到安全位置，當只有第三槳 葉變槳驅動模塊D3出現故障，首先第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第一主接觸器K1驅動 第一驅動電機M1收槳，第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第二主接觸器K2驅動第二驅動電 機！^收槳，在第一槳葉和第二槳葉到達安全位置後，由第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第 三冗餘接觸器FK3驅動第三驅動電機M3收槳，使第三槳葉運行到安全位置；在兩個驅動器同時壞掉的情況下，可以實現兩個槳葉順利收槳當第一槳葉變 槳驅動模塊D1和第二槳葉變槳驅動模塊D2同時出現故障，則第三槳葉變槳驅動模塊D3 首先通過第三主電源接觸器K3驅動第三驅動電機M3收槳，當第三槳葉到達安全位置後， 由第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第一冗餘接觸器FK1,驅動第一驅動電機M1收槳，使第 一槳葉到達安全位置；當第二槳葉變槳驅動模塊D2和第三槳葉變槳驅動模塊D3同時出 現故障，則第一槳葉變槳驅動模塊D1首先通過第一主電源接觸器K1驅動第一驅動電機 M1收槳，當第一槳葉到達安全位置後，由第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第二冗餘接觸器 FK2,驅動第二驅動電機M2收槳，使第二槳葉到達安全位置；當第一槳葉變槳驅動模塊 D1和第三槳葉變槳驅動模塊D3同時出現故障，則第二槳葉變槳驅動模塊D2首先通過第 二主電源接觸器&驅動第二驅動電機M2收槳，當第二槳葉到達安全位置後，由第二槳葉 變槳驅動模塊D2通過第三冗餘接觸器FK3,驅動第三驅動電機M3收槳，使第三槳葉到達 安全位置。在本發明中所述的備份直流電源輸出端與槳葉變槳驅動模塊的直流輸入端 DC-link之間設有隔離二極體DC，在電網掉電時，可以實現槳葉變槳驅動模塊備份直流 電源和交流電源的自動切換。在本發明中所述的各備份直流電源中超級電容充電器輸出端還設有24V直流 開關電源，所述的24V直流開關電源直接為對應的槳葉變槳驅動模塊提供工作電源，同 時還通過隔離二極體向PLC模塊提供後備工作電源。在本發明中所述的各備份直流電源中還設有超級電容放電電阻和超級電容狀 態監控器，相應的超級電容狀態監控器獲得的溫度和電壓狀態信號導入對應槳葉變槳驅 動模塊的Ainl和Ain2埠。在本發明中所述的380V三相交流電源與槳葉變槳驅動模塊的交流輸入端Xl 連接，在所述備份直流電源中，BOOSTER升壓電路的輸入端為30 150V，輸出端直流 電壓為300 560 士 10V。在本發明中在各驅動電機上設有編碼器和各槳葉安全位置設有限位開關LSl 和LS2，驅動電機的工作狀態通過編碼器傳遞到槳葉變槳驅動模塊的X2端，限位開關 LSl和LS2的電信號與對應槳葉變槳驅動模塊的Din3和Din4端連接，同時傳遞到PLC 模塊；當槳葉完成收槳時，將觸及限位開關LSl或LS2，使驅動電機停機，完成收槳動作。
在本發明中所述的收槳是驅動電機驅動槳葉，調節槳葉的葉面與風向的夾 角，減小風力通過槳葉產生的推力；所述的完成收槳是指槳葉處於安全位置，槳葉的葉 面與風向平行，風力通過槳葉產生的推力為0，此時定義槳葉角度為90°。本發明的優點在於採用由超級電容充電器、超級電容和BOOSTER升壓電 路組成的備份直流電源壽命長、充放電管理容易、工作溫度範圍廣、系統冗餘性好，尤 其是備份直流電源和交流驅動電源都採用冗餘互聯設計，在電網掉電和驅動系統出現故 障的情況下都能可靠收槳確保風電設備的安全；本發明結構緊湊，維護方便，尤其是在 電網掉電時，若只有一個槳葉變槳驅動模塊出現故障的情況下，可以保證所有槳葉順利 收槳，若出現兩個槳葉變槳驅動模塊同時出現故障的情況下，可以保證兩片槳葉順利收 槳，滿足風電系統安全要求。


圖1是本發明實施例的變槳系統拓撲圖；圖2是本發明涉及的一個槳葉變槳控制示意圖。
具體實施例方式附圖非限制性地公開了本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明作進一步的 描述。實施例中涉及的主要元件及其來源PLC 模塊型號 CX1001，來源於 Beckhoff。超級電容充電器型號CS10.481，來源於PLUS。超級電容型號BMOD0165，來源於MAXWELL。超級電容狀態監控器型號Supervisor For Ultracapacitor，來源於NGC。BOOSTER 升壓電路型號 DC booster，來源於 NGC。24V直流開關電源型號csl0e241，來源於PLUS。槳葉變槳驅動模塊型號S700，來源於Kollmorgen。編碼器型號AC58，來源於HENGSTLER。未列的其他元件均為本領域中的慣用標準件，可以直接外購。由圖1可見，本發明的實施例包括PLC模塊、交流電源、備份直流電源和三 個槳葉變槳驅動模塊，PLC模塊通過開關電源獲得直流工作電源，三個驅動電機Mp M2 和M3均設有獨立的槳葉變槳驅動模塊Dp D2和D3。每個槳葉變槳驅動模塊由兩路輸入模式，一路由380V三相交流電源提供，一路 由備份直流電源提供。各槳葉變槳驅動模塊通過設在輸出端的主電源接觸器K1或K2或K3直接驅動對 應的驅動電機M1或M2或M3,並通過主制動接觸器B1或B2或B3與對應的驅動電機M1 或M2或M3的制動線圈連接，當主制動接觸器接通開啟時驅動電機放鬆，失電時驅動電 機被制動。當三個槳葉變槳驅動模塊中至少有一個無故障，且有故障的槳葉變槳驅動模 塊無法直接驅動對應的驅動電機收槳，在無故障的槳葉變槳驅動模塊直接驅動對應的驅 動電機後，再由無故障的槳葉變槳驅動模塊驅動有故障的槳葉變槳驅動模塊對應的驅動電機收槳，即當三個槳葉變槳驅動模塊中的只有一個出現故障時，假設只有第一槳葉變槳驅 動模塊D1出現故障，首先第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第二主接觸器K2驅動第二驅動 電機M2收槳，第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第三主接觸器K3驅動第三驅動電機M3收 槳，在第二槳葉和第三槳葉到達安全位置後，通過主制動接觸器B2、B3直接制動對應的 電機M2、M3,再由第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第一冗餘接觸器FK1驅動第一驅動電機 M1收槳，使第一槳葉運行到安全位置，D3通過制動冗餘接觸器FB1制動電機M115假設 只有第二槳葉變槳驅動模塊D2出現故障，首先第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第一主接觸 器K1驅動第一驅動電機M1收槳，第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第三主接觸器K3驅動第 三驅動電機M3收槳，在第一槳葉和第三槳葉到達安全位置後，通過主制動接觸器Bp B3 直接制動對應的電機Mp M3,再由第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第二冗餘接觸器FKjg 動第二驅動電機！^收槳，使第二槳葉運行到安全位置，D1通過制動冗餘接觸器FB2制動 電機M2。假設只有第三槳葉變槳驅動模塊D3出現故障，首先第一槳葉變槳驅動模塊D1 通過第一主接觸器K1驅動第一驅動電機M1收槳，第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第二主 接觸器K2驅動第二驅動電機M2收槳，在第一槳葉和第二槳葉到達安全位置後，通過主制 動接觸器B2、B3直接制動對應的電機Mp M2,再由第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第三 冗餘接觸器FK3驅動第三驅動電機M3收槳，使第三槳葉運行到安全位置，D2通過制動冗 餘接觸器FB3制動電機M3。可見在一個驅動器壞掉的情況下，可以實現三個槳葉順利收 槳；當三個槳葉變槳驅動模塊中的兩個同時出現故障時，假設第一槳葉變槳驅動模 塊D1和第二槳葉變槳驅動模塊D2同時出現故障，則第三槳葉變槳驅動模塊D3首先通過 第三主電源接觸器K3驅動第三驅動電機M3收槳，當第三槳葉到達安全位置後(制動過程 與上一節描述相同，特省略)，由第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第一冗餘接觸器FK1,驅 動第一驅動電機！^收槳，使第一槳葉到達安全位置。假設第二槳葉變槳驅動模塊D2和 第三槳葉變槳驅動模塊D3同時出現故障，則第一槳葉變槳驅動模塊D1首先通過第一主電 源接觸器&驅動第一驅動電機M1收槳，當第一槳葉到達安全位置後，由第一槳葉變槳驅 動模塊D1通過第二冗餘接觸器FK2,驅動第二驅動電機M2收槳，使第二槳葉到達安全位 置。假設第一槳葉變槳驅動模塊D1和第三槳葉變槳驅動模塊D3同時出現故障，則第二 槳葉變槳驅動模塊D2首先通過第二主電源接觸器K2驅動第二驅動電機M2收槳，當第二 槳葉到達安全位置後，由第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第三冗餘接觸器FK3,驅動第三 驅動電機1^3收槳，使第三槳葉到達安全位置。可見在兩個驅動器同時壞掉的情況下，可 以實現兩個槳葉順利收槳。三個槳葉變槳驅動模塊都配有獨立的備份直流電源，所述的各備份直流電源均 由超級電容充電器、超級電容和BOOSTER升壓電路組成，三個備份直流電源的輸出端 分別與各自對應的槳葉驅動模塊的直流輸入DC-link端連接，同時，第一備份直流電源的 輸出端還通過第一繼電器開關KB1與第二槳葉驅動模塊D2的直流輸入DC-link端連接， 第二備份直流電源的輸出端還通過第二繼電器開關KB2與第三槳葉驅動模塊D3的直流輸 入DC-link端連接，第三備份直流電源的輸出端還通過第三繼電器開關KB3與第一槳葉驅 動模塊D1直流輸入DC-link端連接，可以實現三個備份直流電源同時向其他驅動模塊提供備份直流電源，滿足驅動模塊收槳能量需求。由圖2可見，380V三相交流電源與槳葉變槳驅動模塊的交流輸入端X1連接；驅 動信號由X3輸出，制動信號由X4輸出。備份直流電源均由超級電容充電器、超級電容和BOOSTER升壓電路組成，超 級電容還配有超級電容狀態監控器，超級電容充電器的狀態信號導入槳葉變槳驅動模塊 的Dinl，在備份直流電源輸出端與槳葉變槳驅動模塊的直流輸入DC-link端之間設有隔 離二極體DC，在電網掉電時，隔離二極體DC可以實現槳葉變槳驅動模塊備份直流電源 和交流電源的自動切換。備份直流電源中超級電容充電器輸出端設有24V直流開關電源，所述的24V直 流開關電源由Din2輸入，直接為對應的槳葉變槳驅動模塊提供工作電源，同時還通過隔 離二極體向PLC模塊提供後備電源。備份直流電源中還設有超級電容放電電阻和超級電容狀態監控器，相應的超級 電容狀態監控器獲得超級電容的溫度狀態信號和電壓信號導入對應槳葉變槳驅動模塊的 Ainl 和 Ain2 端 口。在各驅動電機上設有編碼器和各槳葉安全位置設有限位開關LS1和LS2,驅動電 機的工作狀態通過編碼器傳遞到槳葉變槳驅動模塊的X2端，限位開關LS1和LS2的電信 號與對應槳葉變槳驅動模塊的Din3和Din4端連接，同時傳遞到PLC模塊；當槳葉完成 收槳時，將觸及限位開關LS1或LS2,使驅動電機停機。在本實施例中，BOOSTER升壓 電路的輸入端為48V，輸出端直流電壓為300 560士 10V。所述的收槳是通過驅動電機 驅動槳葉，調節槳葉的葉面與風向的夾角，減小風力通過槳葉產生的推力。所述的完成收槳是指槳葉的葉面與風向平行，即槳葉角度在90°時，槳葉處於 安全位置，風力通過槳葉產生的推力為0在實際應用中，本發明只要有一個槳葉變槳驅動模塊出現故障，或只要存在 380V三相交流電源，在PLC模塊的控制下，都能將三個槳葉順利收槳。在電網掉電和 兩個驅動模塊同時壞掉的情況下，也可以滿足兩個槳葉順利收槳，滿足風電系統安全要 求。PLC模塊的工作電源為複式供電，即可以源於主迴路開關電源提供的直流24V，也 可以由備份直流電源中設置的備份開關電源提供，即當380V三相交流電源正常供電 時，PLC模塊的工作電源源於主開關電源提供的直流24V，當380V三相交流電源出現故 障導致停電後，PLC模塊的工作電源將由無故障的備份直流電源中設置的備份開關電源 提供的直流24V。確保在出現故障的狀態下PLC模塊工作穩定。實際工作中，首先PLC初始化時後進入工作狀態。在出現故障情況下PLC模 塊的控制流程是這樣的當發現交流電源出現故障掉電後，立即通過各驅動模塊完成收 槳。在交流電源正常的情況下，PLC模塊循環檢測驅動模塊狀態。假設出現故障的是第 一槳葉驅動模塊D1故障，則首先正常的第二驅動模塊D2和第三驅動模塊D3分別將驅動 各自對應的第二驅動電機M2和第三驅動電機M3,使第二槳葉和第三槳葉都運行到90° 安全位置，然後第三驅動模塊D3再通過冗餘互聯結構，驅動第一驅動電機M1,使第一槳 葉運行到90°安全位置，此時PLC向風電主控系統發送所有槳葉處在安全位置信號，完 成收槳。假設第一驅動模塊D1和第二驅動模塊D2同時出現故障，則首先第三驅動模塊 D3驅動第三驅動電機M3,使第三槳葉運行到90°安全位置，然後第三驅動模塊D3再通過冗餘互聯結構，驅動第一驅動電機M1,使第一槳葉運行到90°安全位置，此時PLC向 風電主控系統發送第一槳葉和第三槳葉處在安全位置信號，完成收槳。當發現三個驅動 模塊都出現故障，則通過主控信號由交流電源通過接觸器GK1或GK2或GK3分別驅動各 電機，完成收槳。 以上各實施例不是對本發明的具體限制。
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權利要求
1.一種基於超級電容的冗餘電變槳系統，包括PLC模塊、交流電源、備份直流電源 和三個槳葉變槳驅動模塊，PLC模塊通過主迴路開關電源獲得直流工作電源，各槳葉的 安全位置設有限位開關，與各槳葉對應的驅動電機上均設有編碼器，其特徵在於a)每個槳葉變槳驅動模塊由兩路電源輸入，一路為380V三相交流電源，另一路為備 份直流電源；b)各槳葉變槳驅動模塊通過設在輸出端的主電源接觸器K1或K2或K3直接與對應的 驅動電機M1或M2或M3輸入端連接，同時，第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第一冗餘接 觸器FK1與第一驅動電機！^輸入端連接，第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第二冗餘接觸器 FK2與第二驅動電機M2輸入端連接，第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第三冗餘接觸器FK3 與第三驅動電機M3輸入端連接各槳葉變槳驅動模塊分別通過主制動接觸器B1或B2或B3與對應的電機M1或M2或 M3的制動線圈連接，同時，第一槳葉變槳驅動模塊D1通過制動冗餘接觸器FB2與驅動電 機M2的制動線圈連接，第二槳葉變槳驅動模塊D2通過制動冗餘接觸器FB3與驅動電機 M3的制動線圈連接，第三槳葉變槳驅動模塊D3通過制動冗餘接觸器FB1與驅動電機M1 的制動線圈連接；c)當三個槳葉變槳驅動模塊都出現故障時，380V三相交流電源將分別通過接觸器 GK1或GK2或GK3直接驅動對應的驅動電機M1或M2或M3,完成收槳，槳葉觸及相應的 限位開關後，使驅動電機停機完成收槳動作；d)d)所述的備份直流電源為三個，它們分別與各槳葉變槳驅動模塊的對應連接，所 述的各備份直流電源均由超級電容充電器、超級電容和BOOSTER升壓電路組成，三個 備份直流電源的輸出端分別與各自對應的槳葉驅動模塊的直流輸入DC-link端連接，同 時，第一備份直流電源的輸出端還通過第一繼電器開關KB1與第二槳葉驅動模塊D2的直 流輸入DC-link端連接，第二備份直流電源的輸出端還通過第二繼電器開關KB2與第三槳 葉驅動模塊D3的直流輸入DC-link端連接，第三備份直流電源的輸出端還通過第三繼電 器開關KB3與第一槳葉驅動模塊D1直流輸入DC-link端連接；e)PLC模塊與槳葉變槳驅動模塊之間設有通訊線。
2.根據權利要求1所述的基於超級電容的冗餘電變槳系統，其特徵在於當三個槳 葉變槳驅動模塊中的至少一個無故障，有故障的槳葉變槳驅動模塊無法直接驅動對應的 驅動電機時，由無故障的槳葉變槳驅動模塊驅動有故障的槳葉變槳驅動模塊對應的驅動 電機收槳，其中在一個驅動器出現故障的情況下，可以實現三個槳葉順利收槳當只有第一槳葉變 槳驅動模塊D1出現故障，首先第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第二主接觸器K2驅動第二 驅動電機M2收槳，第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第三主接觸器K3驅動第三驅動電機M3 收槳，在第二槳葉和第三槳葉到達安全位置後，由第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第一冗 餘接觸器FK1驅動第一驅動電機M1收槳，使第一槳葉運行到安全位置；當只有第二槳葉 變槳驅動模塊D2出現故障，首先第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第一主接觸器K1驅動第 一驅動電機M1收槳，第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第三主接觸器K3驅動第三驅動電機 M3收槳，在第一槳葉和第三槳葉到達安全位置後，由第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第二 冗餘接觸器FK2驅動第二驅動電機M2收槳，使第二槳葉運行到安全位置，當只有第三槳葉變槳驅動模塊D3出現故障，首先第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第一主接觸器K1驅動 第一驅動電機M1收槳，第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第二主接觸器K2驅動第二驅動電 機！^收槳，在第一槳葉和第二槳葉到達安全位置後，由第二槳葉變槳驅動模塊D2通過第 三冗餘接觸器FK3驅動第三驅動電機M3收槳，使第三槳葉運行到安全位置；在兩個驅動器同時出現故障的情況下，可以實現兩個槳葉順利收槳當第一槳葉變 槳驅動模塊D1和第二槳葉變槳驅動模塊D2同時出現故障，則第三槳葉變槳驅動模塊D3 首先通過第三主電源接觸器K3驅動第三驅動電機M3收槳，當第三槳葉到達安全位置後， 由第三槳葉變槳驅動模塊D3通過第一冗餘接觸器FK1,驅動第一驅動電機M1收槳，使第 一槳葉到達安全位置；當第二槳葉變槳驅動模塊D2和第三槳葉變槳驅動模塊D3同時出 現故障，則第一槳葉變槳驅動模塊D1首先通過第一主電源接觸器K1驅動第一驅動電機 M1收槳，當第一槳葉到達安全位置後，由第一槳葉變槳驅動模塊D1通過第二冗餘接觸器 FK2,驅動第二驅動電機M2收槳，使第二槳葉到達安全位置；當第一槳葉變槳驅動模塊 D1和第三槳葉變槳驅動模塊D3同時出現故障，則第二槳葉變槳驅動模塊D2首先通過第 二主電源接觸器&驅動第二驅動電機M2收槳，當第二槳葉到達安全位置後，由第二槳葉 變槳驅動模塊D2通過第三冗餘接觸器FK3,驅動第三驅動電機M3收槳，使第三槳葉到達 安全位置。
3.根據權利要求1所述的基於超級電容的冗餘電變槳系統，其特徵在於所述的備 份直流電源輸出端與槳葉變槳驅動模塊的直流輸入端DC-link之間設有隔離二極體DC。
4.根據權利要求1所述的基於超級電容的冗餘電變槳系統，其特徵在於所述的各 備份直流電源中超級電容充電器輸出端還設有24V直流開關電源，所述的24V直流開關 電源直接為對應的槳葉變槳驅動模塊提供工作電源，同時還通過隔離二極體向PLC模塊 提供後備工作電源。
5.根據權利要求1所述的基於超級電容的冗餘電變槳系統，其特徵在於所述的各 備份直流電源中還設有超級電容放電電阻和超級電容狀態監控器，相應的超級電容狀態 監控器獲得的溫度和電壓狀態信號導入對應槳葉變槳驅動模塊的Ainl和Ain2埠。
6.根據權利要求1所述的基於超級電容的冗餘電變槳系統，其特徵在於所述的 380V三相交流電源與槳葉變槳驅動模塊的交流輸入端Xl連接，在所述備份直流電源 中，BOOSTER升壓電路的輸入端為30 150V，輸出端直流電壓為300 560士 10V。
7.根據權利要求1 6之一所述的基於超級電容的冗餘電變槳系統，其特徵在於在 各驅動電機上設有編碼器和各槳葉安全位置設有限位開關LSl和LS2，驅動電機的工作狀 態通過編碼器傳遞到槳葉變槳驅動模塊的X2端，限位開關LSl和LS2的電信號與對應槳 葉變槳驅動模塊的Din3和Din4端連接，同時傳遞到PLC模塊；當槳葉完成收槳時，將 觸及限位開關LSl或LS2，使驅動電機停機，完成收槳動作。
8.根據權利要求7所述的基於超級電容的冗餘電變槳系統，其特徵在於所述的 收槳是驅動電機驅動槳葉，調節槳葉的葉面與風向的夾角，減小風力通過槳葉產生的推 力；所述的完成收槳是指槳葉處於安全位置，槳葉的葉面與風向平行，風力通過槳葉產 生的推力為0。
全文摘要
本發明涉及一種基於超級電容的冗餘電變槳系統，它的每個槳葉變槳驅動模塊都含交流和備份直流兩路電源輸入；槳葉變槳驅動模塊通過主電源接觸器/主制動接觸器直接驅動/制動對應的驅動電機，在個別槳葉變槳驅動模塊出現故障後，無故障的槳葉變槳驅動模塊在驅動/制動對應的驅動電機後，還可通過冗餘接觸器去驅動/制動與有故障的槳葉變槳驅動模塊對應的驅動電機；三個槳葉變槳驅動模塊都出現故障時，由三相交流電直接驅動/制動對應的驅動電機；直流電源由超級電容充電器、超級電容和BOOSTER升壓電路組成，它們既為對應的槳葉驅動器的提供工作電源，又能為其他槳葉驅動器提供工作電源；PLC模塊與槳葉變槳驅動模塊之間設有通訊線。
文檔編號F03D7/00GK102022260SQ201010556628
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者廖恩榮, 李更生, 楊偉建, 王中, 黃曉輝 申請人:南京颶能電控自動化設備製造有限公司