一種基于變頻器有效阻尼的偏航系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于變頻器有效阻尼的偏航系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]偏航系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特有的伺服系統(tǒng)，也稱為對風(fēng)裝置，它的性能優(yōu)劣直接影響著機(jī)組的整體性能以及對風(fēng)能的利用效率和發(fā)電效率。隨著風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組的容量越來越大，風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組中機(jī)艙的設(shè)備和重量也在增大增多。而風(fēng)機(jī)偏航對風(fēng)時，機(jī)組會產(chǎn)生陀螺力矩波動，進(jìn)而引發(fā)塔架、葉片等的振動，從而對整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全性構(gòu)成威脅。
[0003]目前現(xiàn)有技術(shù)存在的問題:1、從結(jié)構(gòu)性能上看，采用工頻偏航電機(jī)的方式，在偏航開始和結(jié)束時，偏航液壓剎車機(jī)構(gòu)會動作，也會導(dǎo)致機(jī)艙晃動大，同樣會對整機(jī)性能有所影響。2、從控制方法上來看，風(fēng)速具有隨機(jī)性的特點，且其方向也在時發(fā)生著變化，因此在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制中，偏航系統(tǒng)需要頻繁起動使風(fēng)輪盡量保持在迎風(fēng)狀態(tài)，以提高風(fēng)能利用效率。但如果將常規(guī)的PID隨動控制器應(yīng)用于偏航系統(tǒng)中，偏航系統(tǒng)需要頻繁起動，從而使得偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)會容易因為頻繁動作而損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于變頻器有效阻尼的偏航系統(tǒng)。它能避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在偏航過程中產(chǎn)生過大的振動而造成整機(jī)的共振。
[0005]本發(fā)明一種基于變頻器有效阻尼的偏航系統(tǒng)，包括主控控制器、至少一組偏航電機(jī)、與偏航電機(jī)分別連接的變頻器、剎車系統(tǒng)、位置編碼器、解纜保護(hù)器，所述一組偏航電機(jī)為4個，其中3個為偏航驅(qū)動電機(jī)，I個在啟動和停止過程中為偏航阻尼電機(jī)，各變頻器分別獨立驅(qū)動各個偏航電機(jī)，I個位置編碼器和I個解纜保護(hù)器分別安裝在偏航齒圈上，各個變頻器、解纜保護(hù)器、位置編碼器分別連接主控制器。
[0006]進(jìn)一步地，所述變頻器均采用四象限變頻器。
[0007]進(jìn)一步地，所述剎車系統(tǒng)為液壓剎車系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
[0009]1.本發(fā)明為避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在偏航過程中產(chǎn)生過大的振動而造成整機(jī)的共振，偏航系統(tǒng)在機(jī)組偏航時必須具有合適的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根據(jù)機(jī)艙和風(fēng)輪質(zhì)量總和的慣性力矩來確定。其基本的確定原則為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在偏航時應(yīng)動作平穩(wěn)順暢不產(chǎn)生振動。只有在阻尼力矩的作用下，機(jī)組的風(fēng)輪才能夠定位準(zhǔn)確，充分利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電。
[0010]2.本發(fā)明八個偏航電機(jī)與之相連的變頻器采用四象限變頻器，通過控制扭矩，實現(xiàn)將阻尼轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為電能，回饋給變頻器直流母線。
[0011]3.本發(fā)明采用變頻器驅(qū)動的偏航系統(tǒng)時，為避免振蕩的風(fēng)向變化，引起偏航輪齒產(chǎn)生交變載荷，應(yīng)采用偏航制動器(或稱偏航阻尼器)來吸收微小自由偏轉(zhuǎn)振蕩，防止偏航齒輪的交變應(yīng)力引起輪齒過早損傷。
[0012]4.本發(fā)明風(fēng)力機(jī)偏航系統(tǒng)采用變頻器驅(qū)動偏航電機(jī)可以實現(xiàn)偏航系統(tǒng)的軟啟動、軟停止，減少啟動電流對電機(jī)的沖擊，并使風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，延長電機(jī)壽命，減少風(fēng)機(jī)振動帶來的損害；變頻器驅(qū)動偏航系統(tǒng)還可以實現(xiàn)偏航的調(diào)速運(yùn)行。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的控制方法流程圖。
[0015]圖中:1.驅(qū)動電機(jī)，2.阻尼電機(jī)，3.剎車系統(tǒng)，4.風(fēng)機(jī)主控控制器，5.變頻器，6.解纜保護(hù)器，7.位置編碼器。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例具體描述本發(fā)明。
[0017]實施例:如圖1所示，所述偏航系統(tǒng)包括主控控制器4、8組變頻器5、8個偏航電機(jī)、剎車系統(tǒng)3、解纜保護(hù)器6、位置編碼器7，所述8組變頻器分別獨立驅(qū)動8個偏航電機(jī)，8個偏航電機(jī)中6個為偏航驅(qū)動電機(jī)1，2個在啟動和停止過程中為偏航阻尼電機(jī)2，I個位置編碼器7和I個解纜保護(hù)器6分別安裝在偏航齒圈上，8組變頻器5、解纜保護(hù)器6、位置編碼器7分別連接主控制器4。
[0018]本例用于1.5MW風(fēng)機(jī)，選擇2組偏航電機(jī)，均勻布置于偏航齒圈的圓周上。
[0019]其中解纜保護(hù)器6為現(xiàn)有風(fēng)機(jī)常規(guī)部件。
[0020]所述變頻器5均采用四象限變頻器。所述剎車系統(tǒng)3為液壓剎車系統(tǒng)。
[0021]其中偏航驅(qū)動電機(jī)I作為執(zhí)行器，實際能夠帶動風(fēng)機(jī)機(jī)艙進(jìn)行轉(zhuǎn)動。風(fēng)向標(biāo)實時地檢測風(fēng)向的變化情況，并將風(fēng)向信號傳輸?shù)斤L(fēng)機(jī)主控控制器4當(dāng)中。風(fēng)機(jī)主控控制器4經(jīng)過計算可以確定風(fēng)向信號和機(jī)艙中心線的夾角從而決定是否需要啟動偏航機(jī)構(gòu)來調(diào)整機(jī)艙的方向。如果需要啟動，風(fēng)機(jī)主控控制器4會發(fā)信號給變頻器5和液壓剎車系統(tǒng)3。變頻器5帶動偏航阻尼電機(jī)2及偏航驅(qū)動電機(jī)I使得機(jī)艙圍繞偏航齒圈轉(zhuǎn)動進(jìn)行對風(fēng)。偏航位置編碼器7安裝在偏航齒圈上，在偏航的同時對位置進(jìn)行反饋。同時，主控控制器4 (PLC)通過安裝在偏航齒圈上的解纜保護(hù)器6進(jìn)行硬件保護(hù)。以此來完成整個系統(tǒng)的控制。
[0022]本發(fā)明偏航系統(tǒng)的偏航過程為:
[0023](I)風(fēng)機(jī)主控控制器4發(fā)出風(fēng)機(jī)偏航信號，6個偏航驅(qū)動電機(jī)I在變頻器5驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，扭矩從零逐漸加大，與此同時，2個偏航阻尼電機(jī)2提供反向扭矩，扭矩從零逐漸增大，且阻尼變頻器5提供的反向扭矩增加速率，快于驅(qū)動變頻器5扭矩增加速率；
[0024](2)在偏航系統(tǒng)開始啟動的階段，順時針方向與逆時針方向所受扭矩基本一致，風(fēng)機(jī)機(jī)艙保持靜止，此時，偏航液壓剎車系統(tǒng)3釋放；
[0025](3)當(dāng)偏航阻尼電機(jī)2提供的反向扭矩不再增大，偏航驅(qū)動電機(jī)I的扭矩進(jìn)一步增大，風(fēng)機(jī)機(jī)艙緩慢開始順時針偏航，阻尼電機(jī)被驅(qū)動電機(jī)帶向相反的方向旋轉(zhuǎn)，工作在發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的電能通過變頻器5回饋到電網(wǎng)；
[0026](4)當(dāng)驅(qū)動電機(jī)I扭矩增加到恒定值后，阻尼電機(jī)2的反向扭矩逐漸減小到零；
[0027](5)當(dāng)阻尼電機(jī)2和驅(qū)動電機(jī)I力矩值基本一致時，風(fēng)機(jī)機(jī)艙保持靜止；啟動偏航液壓剎車，阻尼電機(jī)2和驅(qū)動電機(jī)I力矩逐漸減小到零，偏航過程結(jié)束。
[0028]所述與各個偏航電機(jī)相連的變頻器5為四象限變頻器，通過控制扭矩，將阻尼轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為電能，回饋給變頻器直流母線。
【主權(quán)項】
1.一種基于變頻器有效阻尼的偏航系統(tǒng)，其特征在于:包括主控控制器、至少一組偏航電機(jī)、與偏航電機(jī)分別連接的變頻器、剎車系統(tǒng)、位置編碼器、解纜保護(hù)器，所述一組偏航電機(jī)為4個，其中3個為偏航驅(qū)動電機(jī)，I個在啟動和停止過程中為偏航阻尼電機(jī)，各變頻器分別獨立驅(qū)動各個偏航電機(jī)，I個位置編碼器和I個解纜保護(hù)器分別安裝在偏航齒圈上，各個變頻器、解纜保護(hù)器、位置編碼器分別連接主控制器。
2.如權(quán)利要求1所述基于變頻器有效阻尼的偏航系統(tǒng)，其特征在于:所述變頻器均采用四象限變頻器。
3.如權(quán)利要求1所述基于變頻器有效阻尼的偏航系統(tǒng)，其特征在于:所述剎車系統(tǒng)為液壓剎車系統(tǒng)。
【專利摘要】一種基于變頻器有效阻尼的控制偏航系統(tǒng)，屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。所述偏航系統(tǒng)包括主控控制器、至少一組偏航電機(jī)、與偏航電機(jī)分別連接的變頻器、剎車系統(tǒng)、位置編碼器、解纜保護(hù)器，所述一組偏航電機(jī)為4個，其中3個為偏航驅(qū)動電機(jī)，1個在啟動和停止過程中為偏航阻尼電機(jī)，各變頻器分別獨立驅(qū)動各個偏航電機(jī)， 1個位置編碼器和1個解纜保護(hù)器分別安裝在偏航齒圈上，各變頻器、解纜保護(hù)器、位置編碼器分別連接主控制器。本發(fā)明采用變頻器驅(qū)動偏航電機(jī)可以實現(xiàn)偏航系統(tǒng)的軟啟動、軟停止，減少啟動電流對電機(jī)的沖擊，并使風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，延長電機(jī)壽命，減少風(fēng)機(jī)振動帶來的損害；變頻器驅(qū)動偏航系統(tǒng)還可以實現(xiàn)偏航的調(diào)速運(yùn)行。
【IPC分類】F03D7-00
【公開號】CN204458204
【申請?zhí)枴緾N201520088506
【發(fā)明人】王衍飛, 蔡曉峰, 胡明清
【申請人】沈陽華創(chuàng)風(fēng)能有限公司, 青島華創(chuàng)風(fēng)能有限公司, 通遼華創(chuàng)風(fēng)能有限公司, 寧夏華創(chuàng)風(fēng)能有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年2月6日