專利名稱：基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電變槳系統(tǒng)，尤其是一種基于超級電容、通過BOOSTER 升壓電路提供備份直流電源的、高可靠冗余電變槳系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
變槳系統(tǒng)在風力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，變槳系統(tǒng)性能直接影響到風電機 組的輸入功率和風力發(fā)電機組安全穩(wěn)定。變槳系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)槳葉角度來調(diào)節(jié)吸收的風力 功率大小，并且在不同工況下風力發(fā)電機組發(fā)生任何故障時，都能保證槳葉迅速收槳， 使風機轉(zhuǎn)速下降。在故障情況下，槳葉能否順利收槳，關(guān)系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 壞的嚴重后果。現(xiàn)在風力發(fā)電領(lǐng)域變槳系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)主要有2種液壓變槳距執(zhí)行機構(gòu)和電氣 變槳距執(zhí)行機構(gòu)。液壓變槳控制機構(gòu)具有傳動力矩大、重量輕、剛度大、執(zhí)行機構(gòu)動態(tài) 響應速度快等優(yōu)點，能夠保證更加快速、準確地把槳葉調(diào)節(jié)至設定節(jié)距，但液壓變槳距 系統(tǒng)存在漏油、卡塞、不易維護等缺點。電氣變槳執(zhí)行機構(gòu)是利用電機驅(qū)動槳葉轉(zhuǎn)動 的。電氣變槳距系統(tǒng)沒有液壓變槳機構(gòu)那么復雜，便于維護，也沒有漏油、卡塞等現(xiàn)象 發(fā)生，因此受到了許多廠家的關(guān)注。隨著電機控制技術(shù)的進步，電氣變槳距系統(tǒng)已經(jīng)受 到了大多數(shù)整機廠家的青睞，越來越多國內(nèi)外大型整機廠的風力發(fā)電機組都采用了電氣 變槳距機構(gòu)。而電氣變槳距機構(gòu)又可以分為2種直流變槳系統(tǒng)和交流變槳系統(tǒng)。直流變 槳系統(tǒng)一般由電池組串聯(lián)組成后備電源，采用直流串激電機作為驅(qū)動電機，但直流電機 具有電刷，存在需要經(jīng)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(tǒng)采用交流感應電機和伺服電機，具備體積小、驅(qū)動性能好的特
點ο蓄電池因為成本低廉、技術(shù)成熟、產(chǎn)品較多等原因，現(xiàn)在廣泛被用于變槳系統(tǒng) 的后備電源，但是蓄電池在風力發(fā)電變槳系統(tǒng)中使用，也存在一定的問題。首先，電池 放電過程中會發(fā)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 理復雜。在電網(wǎng)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(jīng)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，就要很多個電池串并組合，增大系統(tǒng)成 本和體積。由于電池工作溫度范圍較窄，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(fā)電領(lǐng)域的變槳系統(tǒng)中，備份直流電源和交流驅(qū)動電源都采用采用冗余 互聯(lián)設計的方式，并在電網(wǎng)掉電和驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，能夠互相協(xié)調(diào)順利收 槳，目前尚未見諸報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對目前風力發(fā)電領(lǐng)域變槳系統(tǒng)中電氣變槳距系統(tǒng)存在的 問題，尤其是電氣變槳距中直流電機魯棒性差、采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(huán)境的可靠性差等一系列問題， 提供一種基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，包括PLC 模塊、交流電源、備份直流電源和三個槳葉變槳驅(qū)動模塊，PLC模塊通過主回路開關(guān)電 源獲得直流工作電源，各槳葉的安全位置設有限位開關(guān)，與各槳葉對應的驅(qū)動電機上設 有編碼器，其特征在于a)每個槳葉變槳驅(qū)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(qū)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(qū)動 對應的驅(qū)動電機M1或M2或M3;當三個槳葉變槳驅(qū)動模塊中至少有一個無故障，且有故 障的槳葉變槳驅(qū)動模塊無法直接驅(qū)動對應的驅(qū)動電機時，在無故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊 直接驅(qū)動對應的驅(qū)動電機收槳，使對應槳葉到達安全位置后，再由無故障的槳葉變槳驅(qū) 動模塊驅(qū)動有故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊對應的驅(qū)動電機到達安全位置；各槳葉變槳驅(qū)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(qū)動模塊D1通過制動冗余接觸器FB2與 驅(qū)動電機！^的制動線圈連接，第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過制動冗余接觸器FB3與驅(qū)動 電機M3的制動線圈連接，第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過制動冗余接觸器FB1與驅(qū)動電機 M1的制動線圈連接；c)當三個槳葉變槳驅(qū)動模塊都出現(xiàn)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(qū)動對應的驅(qū)動電機M1或M2或M3,完成收槳，槳葉觸及相 應的限位開關(guān)后，使驅(qū)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(qū)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(qū)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(guān)KB1與第二槳葉驅(qū)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(guān)KB2與第三槳 葉驅(qū)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(guān)KB3與第一槳葉驅(qū)動模塊D1直流輸入DC-link端連接；可以實現(xiàn)三個備份直流電 源同時向任意一個驅(qū)動模塊提供備份直流電源，滿足驅(qū)動模塊收槳能量需求；e)PLC模塊與槳葉變槳驅(qū)動模塊之間設有通訊線。在本發(fā)明中當三個槳葉變槳驅(qū)動模塊中的至少一個無故障，有故障的槳葉變 槳驅(qū)動模塊無法直接驅(qū)動對應的驅(qū)動電機時，由無故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊驅(qū)動有故障 的槳葉變槳驅(qū)動模塊對應的驅(qū)動電機收槳，其中在一個驅(qū)動器壞掉的情況下，可以實現(xiàn)三個槳葉順利收槳當只有第一槳葉變 槳驅(qū)動模塊D1出現(xiàn)故障，首先第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過第二主接觸器K2驅(qū)動第二 驅(qū)動電機M2收槳，第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第三主接觸器K3驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3收槳，在第二槳葉和第三槳葉到達安全位置后，由第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第一冗 余接觸器FK1驅(qū)動第一驅(qū)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(qū)動模塊D2出現(xiàn)故障，首先第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1通過第一主接觸器K1驅(qū)動第 一驅(qū)動電機M1收槳，第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第三主接觸器K3驅(qū)動第三驅(qū)動電機 M3收槳，在第一槳葉和第三槳葉到達安全位置后，由第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1通過第二 冗余接觸器FK2驅(qū)動第二驅(qū)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(qū)動模塊D3出現(xiàn)故障，首先第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1通過第一主接觸器K1驅(qū)動 第一驅(qū)動電機M1收槳，第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過第二主接觸器K2驅(qū)動第二驅(qū)動電 機！^收槳，在第一槳葉和第二槳葉到達安全位置后，由第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過第 三冗余接觸器FK3驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3收槳，使第三槳葉運行到安全位置；在兩個驅(qū)動器同時壞掉的情況下，可以實現(xiàn)兩個槳葉順利收槳當?shù)谝粯~變 槳驅(qū)動模塊D1和第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2同時出現(xiàn)故障，則第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3 首先通過第三主電源接觸器K3驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3收槳，當?shù)谌龢~到達安全位置后， 由第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第一冗余接觸器FK1,驅(qū)動第一驅(qū)動電機M1收槳，使第 一槳葉到達安全位置；當?shù)诙~變槳驅(qū)動模塊D2和第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3同時出 現(xiàn)故障，則第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1首先通過第一主電源接觸器K1驅(qū)動第一驅(qū)動電機 M1收槳，當?shù)谝粯~到達安全位置后，由第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1通過第二冗余接觸器 FK2,驅(qū)動第二驅(qū)動電機M2收槳，使第二槳葉到達安全位置；當?shù)谝粯~變槳驅(qū)動模塊 D1和第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3同時出現(xiàn)故障，則第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2首先通過第 二主電源接觸器&驅(qū)動第二驅(qū)動電機M2收槳，當?shù)诙~到達安全位置后，由第二槳葉 變槳驅(qū)動模塊D2通過第三冗余接觸器FK3,驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3收槳，使第三槳葉到達 安全位置。在本發(fā)明中所述的備份直流電源輸出端與槳葉變槳驅(qū)動模塊的直流輸入端 DC-link之間設有隔離二極管DC，在電網(wǎng)掉電時，可以實現(xiàn)槳葉變槳驅(qū)動模塊備份直流 電源和交流電源的自動切換。在本發(fā)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(guān)電源，所述的24V直流開關(guān)電源直接為對應的槳葉變槳驅(qū)動模塊提供工作電源，同 時還通過隔離二極管向PLC模塊提供后備工作電源。在本發(fā)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(tài)監(jiān)控器，相應的超級電容狀態(tài)監(jiān)控器獲得的溫度和電壓狀態(tài)信號導入對應槳葉變槳驅(qū) 動模塊的Ainl和Ain2端口。在本發(fā)明中所述的380V三相交流電源與槳葉變槳驅(qū)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(fā)明中在各驅(qū)動電機上設有編碼器和各槳葉安全位置設有限位開關(guān)LSl 和LS2，驅(qū)動電機的工作狀態(tài)通過編碼器傳遞到槳葉變槳驅(qū)動模塊的X2端，限位開關(guān) LSl和LS2的電信號與對應槳葉變槳驅(qū)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(guān)LSl或LS2，使驅(qū)動電機停機，完成收槳動作。
在本發(fā)明中所述的收槳是驅(qū)動電機驅(qū)動槳葉，調(diào)節(jié)槳葉的葉面與風向的夾 角，減小風力通過槳葉產(chǎn)生的推力；所述的完成收槳是指槳葉處于安全位置，槳葉的葉 面與風向平行，風力通過槳葉產(chǎn)生的推力為0，此時定義槳葉角度為90°。本發(fā)明的優(yōu)點在于采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、工作溫度范圍廣、系統(tǒng)冗余性好，尤 其是備份直流電源和交流驅(qū)動電源都采用冗余互聯(lián)設計，在電網(wǎng)掉電和驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)故 障的情況下都能可靠收槳確保風電設備的安全；本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，維護方便，尤其是在 電網(wǎng)掉電時，若只有一個槳葉變槳驅(qū)動模塊出現(xiàn)故障的情況下，可以保證所有槳葉順利 收槳，若出現(xiàn)兩個槳葉變槳驅(qū)動模塊同時出現(xiàn)故障的情況下，可以保證兩片槳葉順利收 槳，滿足風電系統(tǒng)安全要求。


圖1是本發(fā)明實施例的變槳系統(tǒng)拓撲圖；圖2是本發(fā)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(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)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，來源于 Beckhoff。超級電容充電器型號CS10.481，來源于PLUS。超級電容型號BMOD0165，來源于MAXWELL。超級電容狀態(tài)監(jiān)控器型號Supervisor For Ultracapacitor，來源于NGC。BOOSTER 升壓電路型號 DC booster，來源于 NGC。24V直流開關(guān)電源型號csl0e241，來源于PLUS。槳葉變槳驅(qū)動模塊型號S700，來源于Kollmorgen。編碼器型號AC58，來源于HENGSTLER。未列的其他元件均為本領(lǐng)域中的慣用標準件，可以直接外購。由圖1可見，本發(fā)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(qū)動模塊，PLC模塊通過開關(guān)電源獲得直流工作電源，三個驅(qū)動電機Mp M2 和M3均設有獨立的槳葉變槳驅(qū)動模塊Dp D2和D3。每個槳葉變槳驅(qū)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(qū)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(qū)動對 應的驅(qū)動電機M1或M2或M3,并通過主制動接觸器B1或B2或B3與對應的驅(qū)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(qū)動電機放松，失電時驅(qū)動電 機被制動。當三個槳葉變槳驅(qū)動模塊中至少有一個無故障，且有故障的槳葉變槳驅(qū)動模 塊無法直接驅(qū)動對應的驅(qū)動電機收槳，在無故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊直接驅(qū)動對應的驅(qū) 動電機后，再由無故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊驅(qū)動有故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊對應的驅(qū)動電機收槳，即當三個槳葉變槳驅(qū)動模塊中的只有一個出現(xiàn)故障時，假設只有第一槳葉變槳驅(qū) 動模塊D1出現(xiàn)故障，首先第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過第二主接觸器K2驅(qū)動第二驅(qū)動 電機M2收槳，第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第三主接觸器K3驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3收 槳，在第二槳葉和第三槳葉到達安全位置后，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(qū)動模塊D3通過第一冗余接觸器FK1驅(qū)動第一驅(qū)動電機 M1收槳，使第一槳葉運行到安全位置，D3通過制動冗余接觸器FB1制動電機M115假設 只有第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2出現(xiàn)故障，首先第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1通過第一主接觸 器K1驅(qū)動第一驅(qū)動電機M1收槳，第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第三主接觸器K3驅(qū)動第 三驅(qū)動電機M3收槳，在第一槳葉和第三槳葉到達安全位置后，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(qū)動模塊D1通過第二冗余接觸器FKjg 動第二驅(qū)動電機！^收槳，使第二槳葉運行到安全位置，D1通過制動冗余接觸器FB2制動 電機M2。假設只有第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3出現(xiàn)故障，首先第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1 通過第一主接觸器K1驅(qū)動第一驅(qū)動電機M1收槳，第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過第二主 接觸器K2驅(qū)動第二驅(qū)動電機M2收槳，在第一槳葉和第二槳葉到達安全位置后，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(qū)動模塊D2通過第三 冗余接觸器FK3驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3收槳，使第三槳葉運行到安全位置，D2通過制動冗 余接觸器FB3制動電機M3?？梢娫谝粋€驅(qū)動器壞掉的情況下，可以實現(xiàn)三個槳葉順利收 槳；當三個槳葉變槳驅(qū)動模塊中的兩個同時出現(xiàn)故障時，假設第一槳葉變槳驅(qū)動模 塊D1和第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2同時出現(xiàn)故障，則第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3首先通過 第三主電源接觸器K3驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3收槳，當?shù)谌龢~到達安全位置后(制動過程 與上一節(jié)描述相同，特省略)，由第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第一冗余接觸器FK1,驅(qū) 動第一驅(qū)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(qū)動模塊D2和 第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3同時出現(xiàn)故障，則第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1首先通過第一主電 源接觸器&驅(qū)動第一驅(qū)動電機M1收槳，當?shù)谝粯~到達安全位置后，由第一槳葉變槳驅(qū) 動模塊D1通過第二冗余接觸器FK2,驅(qū)動第二驅(qū)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(qū)動模塊D1和第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3同時出現(xiàn)故障，則第二 槳葉變槳驅(qū)動模塊D2首先通過第二主電源接觸器K2驅(qū)動第二驅(qū)動電機M2收槳，當?shù)诙?槳葉到達安全位置后，由第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過第三冗余接觸器FK3,驅(qū)動第三 驅(qū)動電機1^3收槳，使第三槳葉到達安全位置?？梢娫趦蓚€驅(qū)動器同時壞掉的情況下，可 以實現(xiàn)兩個槳葉順利收槳。三個槳葉變槳驅(qū)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(qū)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(guān)KB1與第二槳葉驅(qū)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(guān)KB2與第三槳葉驅(qū)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(guān)KB3與第一槳葉驅(qū) 動模塊D1直流輸入DC-link端連接，可以實現(xiàn)三個備份直流電源同時向其他驅(qū)動模塊提供備份直流電源，滿足驅(qū)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(qū)動模塊的交流輸入端X1連接；驅(qū) 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(tài)監(jiān)控器，超級電容充電器的狀態(tài)信號導入槳葉變槳驅(qū)動模塊 的Dinl，在備份直流電源輸出端與槳葉變槳驅(qū)動模塊的直流輸入DC-link端之間設有隔 離二極管DC，在電網(wǎng)掉電時，隔離二極管DC可以實現(xiàn)槳葉變槳驅(qū)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(guān)電源，所述的24V直 流開關(guān)電源由Din2輸入，直接為對應的槳葉變槳驅(qū)動模塊提供工作電源，同時還通過隔 離二極管向PLC模塊提供后備電源。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(tài)監(jiān)控器，相應的超級 電容狀態(tài)監(jiān)控器獲得超級電容的溫度狀態(tài)信號和電壓信號導入對應槳葉變槳驅(qū)動模塊的 Ainl 和 Ain2 端 口。在各驅(qū)動電機上設有編碼器和各槳葉安全位置設有限位開關(guān)LS1和LS2,驅(qū)動電 機的工作狀態(tài)通過編碼器傳遞到槳葉變槳驅(qū)動模塊的X2端，限位開關(guān)LS1和LS2的電信 號與對應槳葉變槳驅(qū)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(guān)LS1或LS2,使驅(qū)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(qū)動電機 驅(qū)動槳葉，調(diào)節(jié)槳葉的葉面與風向的夾角，減小風力通過槳葉產(chǎn)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，槳葉處于 安全位置，風力通過槳葉產(chǎn)生的推力為0在實際應用中，本發(fā)明只要有一個槳葉變槳驅(qū)動模塊出現(xiàn)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(wǎng)掉電和 兩個驅(qū)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(tǒng)安全要 求。PLC模塊的工作電源為復式供電，即可以源于主回路開關(guān)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(guān)電源提供，即當380V三相交流電源正常供電 時，PLC模塊的工作電源源于主開關(guān)電源提供的直流24V，當380V三相交流電源出現(xiàn)故 障導致停電后，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(guān)電源 提供的直流24V。確保在出現(xiàn)故障的狀態(tài)下PLC模塊工作穩(wěn)定。實際工作中，首先PLC初始化時后進入工作狀態(tài)。在出現(xiàn)故障情況下PLC模 塊的控制流程是這樣的當發(fā)現(xiàn)交流電源出現(xiàn)故障掉電后，立即通過各驅(qū)動模塊完成收 槳。在交流電源正常的情況下，PLC模塊循環(huán)檢測驅(qū)動模塊狀態(tài)。假設出現(xiàn)故障的是第 一槳葉驅(qū)動模塊D1故障，則首先正常的第二驅(qū)動模塊D2和第三驅(qū)動模塊D3分別將驅(qū)動 各自對應的第二驅(qū)動電機M2和第三驅(qū)動電機M3,使第二槳葉和第三槳葉都運行到90° 安全位置，然后第三驅(qū)動模塊D3再通過冗余互聯(lián)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動第一驅(qū)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(tǒng)發(fā)送所有槳葉處在安全位置信號，完 成收槳。假設第一驅(qū)動模塊D1和第二驅(qū)動模塊D2同時出現(xiàn)故障，則首先第三驅(qū)動模塊 D3驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3,使第三槳葉運行到90°安全位置，然后第三驅(qū)動模塊D3再通過冗余互聯(lián)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動第一驅(qū)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(tǒng)發(fā)送第一槳葉和第三槳葉處在安全位置信號，完成收槳。當發(fā)現(xiàn)三個驅(qū)動 模塊都出現(xiàn)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(qū)動各 電機，完成收槳。 以上各實施例不是對本發(fā)明的具體限制。
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權(quán)利要求
1.一種基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，包括PLC模塊、交流電源、備份直流電源 和三個槳葉變槳驅(qū)動模塊，PLC模塊通過主回路開關(guān)電源獲得直流工作電源，各槳葉的 安全位置設有限位開關(guān)，與各槳葉對應的驅(qū)動電機上均設有編碼器，其特征在于a)每個槳葉變槳驅(qū)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(qū)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(qū)動電機M1或M2或M3輸入端連接，同時，第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第一冗余接 觸器FK1與第一驅(qū)動電機！^輸入端連接，第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1通過第二冗余接觸器 FK2與第二驅(qū)動電機M2輸入端連接，第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過第三冗余接觸器FK3 與第三驅(qū)動電機M3輸入端連接各槳葉變槳驅(qū)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(qū)動模塊D1通過制動冗余接觸器FB2與驅(qū)動電 機M2的制動線圈連接，第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過制動冗余接觸器FB3與驅(qū)動電機 M3的制動線圈連接，第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過制動冗余接觸器FB1與驅(qū)動電機M1 的制動線圈連接；c)當三個槳葉變槳驅(qū)動模塊都出現(xiàn)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(qū)動對應的驅(qū)動電機M1或M2或M3,完成收槳，槳葉觸及相應的 限位開關(guān)后，使驅(qū)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(qū)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(qū)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(guān)KB1與第二槳葉驅(qū)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(guān)KB2與第三槳 葉驅(qū)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(guān)KB3與第一槳葉驅(qū)動模塊D1直流輸入DC-link端連接；e)PLC模塊與槳葉變槳驅(qū)動模塊之間設有通訊線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，其特征在于當三個槳 葉變槳驅(qū)動模塊中的至少一個無故障，有故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊無法直接驅(qū)動對應的 驅(qū)動電機時，由無故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊驅(qū)動有故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊對應的驅(qū)動 電機收槳，其中在一個驅(qū)動器出現(xiàn)故障的情況下，可以實現(xiàn)三個槳葉順利收槳當只有第一槳葉變 槳驅(qū)動模塊D1出現(xiàn)故障，首先第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過第二主接觸器K2驅(qū)動第二 驅(qū)動電機M2收槳，第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第三主接觸器K3驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3 收槳，在第二槳葉和第三槳葉到達安全位置后，由第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第一冗 余接觸器FK1驅(qū)動第一驅(qū)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(qū)動模塊D2出現(xiàn)故障，首先第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1通過第一主接觸器K1驅(qū)動第 一驅(qū)動電機M1收槳，第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第三主接觸器K3驅(qū)動第三驅(qū)動電機 M3收槳，在第一槳葉和第三槳葉到達安全位置后，由第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1通過第二 冗余接觸器FK2驅(qū)動第二驅(qū)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(qū)動模塊D3出現(xiàn)故障，首先第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1通過第一主接觸器K1驅(qū)動 第一驅(qū)動電機M1收槳，第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過第二主接觸器K2驅(qū)動第二驅(qū)動電 機！^收槳，在第一槳葉和第二槳葉到達安全位置后，由第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2通過第 三冗余接觸器FK3驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3收槳，使第三槳葉運行到安全位置；在兩個驅(qū)動器同時出現(xiàn)故障的情況下，可以實現(xiàn)兩個槳葉順利收槳當?shù)谝粯~變 槳驅(qū)動模塊D1和第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2同時出現(xiàn)故障，則第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3 首先通過第三主電源接觸器K3驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3收槳，當?shù)谌龢~到達安全位置后， 由第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3通過第一冗余接觸器FK1,驅(qū)動第一驅(qū)動電機M1收槳，使第 一槳葉到達安全位置；當?shù)诙~變槳驅(qū)動模塊D2和第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3同時出 現(xiàn)故障，則第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1首先通過第一主電源接觸器K1驅(qū)動第一驅(qū)動電機 M1收槳，當?shù)谝粯~到達安全位置后，由第一槳葉變槳驅(qū)動模塊D1通過第二冗余接觸器 FK2,驅(qū)動第二驅(qū)動電機M2收槳，使第二槳葉到達安全位置；當?shù)谝粯~變槳驅(qū)動模塊 D1和第三槳葉變槳驅(qū)動模塊D3同時出現(xiàn)故障，則第二槳葉變槳驅(qū)動模塊D2首先通過第 二主電源接觸器&驅(qū)動第二驅(qū)動電機M2收槳，當?shù)诙~到達安全位置后，由第二槳葉 變槳驅(qū)動模塊D2通過第三冗余接觸器FK3,驅(qū)動第三驅(qū)動電機M3收槳，使第三槳葉到達 安全位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，其特征在于所述的備 份直流電源輸出端與槳葉變槳驅(qū)動模塊的直流輸入端DC-link之間設有隔離二極管DC。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，其特征在于所述的各 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(guān)電源，所述的24V直流開關(guān) 電源直接為對應的槳葉變槳驅(qū)動模塊提供工作電源，同時還通過隔離二極管向PLC模塊 提供后備工作電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，其特征在于所述的各 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(tài)監(jiān)控器，相應的超級電容狀態(tài) 監(jiān)控器獲得的溫度和電壓狀態(tài)信號導入對應槳葉變槳驅(qū)動模塊的Ainl和Ain2端口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，其特征在于所述的 380V三相交流電源與槳葉變槳驅(qū)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(jù)權(quán)利要求1 6之一所述的基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，其特征在于在 各驅(qū)動電機上設有編碼器和各槳葉安全位置設有限位開關(guān)LSl和LS2，驅(qū)動電機的工作狀 態(tài)通過編碼器傳遞到槳葉變槳驅(qū)動模塊的X2端，限位開關(guān)LSl和LS2的電信號與對應槳 葉變槳驅(qū)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(guān)LSl或LS2，使驅(qū)動電機停機，完成收槳動作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，其特征在于所述的 收槳是驅(qū)動電機驅(qū)動槳葉，調(diào)節(jié)槳葉的葉面與風向的夾角，減小風力通過槳葉產(chǎn)生的推 力；所述的完成收槳是指槳葉處于安全位置，槳葉的葉面與風向平行，風力通過槳葉產(chǎn) 生的推力為0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，它的每個槳葉變槳驅(qū)動模塊都含交流和備份直流兩路電源輸入；槳葉變槳驅(qū)動模塊通過主電源接觸器/主制動接觸器直接驅(qū)動/制動對應的驅(qū)動電機，在個別槳葉變槳驅(qū)動模塊出現(xiàn)故障后，無故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊在驅(qū)動/制動對應的驅(qū)動電機后，還可通過冗余接觸器去驅(qū)動/制動與有故障的槳葉變槳驅(qū)動模塊對應的驅(qū)動電機；三個槳葉變槳驅(qū)動模塊都出現(xiàn)故障時，由三相交流電直接驅(qū)動/制動對應的驅(qū)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(qū)動器的提供工作電源，又能為其他槳葉驅(qū)動器提供工作電源；PLC模塊與槳葉變槳驅(qū)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(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)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制造有限公司