專利名稱：電動變槳控制裝置和電動變槳控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，尤其涉及一種電動變槳控制裝置和電動變槳控制系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從今后的發(fā)展趨勢看，在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中將會普遍采用變槳距技術(shù)。變槳距 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是指整個葉片繞葉片中心軸旋轉(zhuǎn)，使葉片攻角在一定范圍(一般0°、0° ) 內(nèi)變化，以便調(diào)節(jié)輸出功率不超過設(shè)計容許值。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量的不斷增大，變 槳距(variable pitch blades)因其在額定風(fēng)速下能提高捕獲風(fēng)能效率，獲得最佳能量輸
出ο電動變槳系統(tǒng)是用電動機(jī)驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳葉轉(zhuǎn)動。在交流伺服電動機(jī)驅(qū)動槳 葉的方式下，電動變槳系統(tǒng)一般包括交流伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動器、超級電容器、行星齒輪變 速箱、限位開關(guān)等。超級電容器作為離線式的備用電源，需要為其同時設(shè)置充電裝置和放電 裝置。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)需變槳時，超級電容器切換為放電模式以對電動變槳系統(tǒng)進(jìn)行供電。由 于超級電容器是離線式電源，存在切換時間，導(dǎo)致供電有短暫性的中斷，使電動變槳系統(tǒng)的 可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電動變槳控 制裝置和電動變槳控制系統(tǒng)，不需再額外設(shè)置充電裝置和放電裝置，超級電容器作為在線 式的備用電源，實現(xiàn)了主電源與備用電源的無擾切換，極大地提高了電動變槳系統(tǒng)的可靠 性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電動變槳控制裝置，包括至少一用作備用電 源的超級電容器，至少一用于驅(qū)動交流伺服電動機(jī)的驅(qū)動控制器，其特征在于，所述電動變 槳控制裝置還包括一整流器，用于將交流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘?，為所述超級電容器?電；一逆變器，用于將直流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娦盘?；一微處理器，用于控制所述整流器?所述逆變器、所述驅(qū)動控制器運行，實現(xiàn)所述電動變槳控制裝置的算術(shù)運算與邏輯控制；所 述整流器、所述超級電容器、所述逆變器、所述驅(qū)動控制器依次連接，所述微處理器分別與 所述整流器、所述逆變器、所述驅(qū)動控制器連接。進(jìn)一步地，所述電動變槳控制裝置的輸入信號為工頻380伏的三相交流電信號。進(jìn)一步地，所述整流器是晶閘管三相全橋整流器或脈沖寬度調(diào)制(PWM)整流器， 所述逆變器是脈沖寬度調(diào)制(PWM)逆變器。進(jìn)一步地，所述逆變器的輸出信號是工頻220伏的三相交流電信號。進(jìn)一步地，所述整流器包括相連接的第一電壓閉環(huán)反饋回路和第一電流閉環(huán)反饋 回路，用于輸出穩(wěn)定的電壓和電流，供所述超級電容器充電。進(jìn)一步地，所述第一電壓閉環(huán)反饋回路包括順次連接的第一比較器和第一 PI調(diào)節(jié)器，所述第一電流閉環(huán)反饋回路包括順次連接的第二比較器和第二 PI調(diào)節(jié)器。進(jìn)一步地，所述逆變器還包括第二電壓閉環(huán)反饋回路，用于輸出穩(wěn)定的電壓，以驅(qū) 動所述驅(qū)動控制器運行。進(jìn)一步地，所述第二電壓閉環(huán)反饋回路包括順次連接的第三比較器和第三PI調(diào) 節(jié)器。進(jìn)一步地，所述超級電容器經(jīng)充電完畢后，為在線式的備用電源。本發(fā)明還提供了一種電動變槳控制系統(tǒng)，包括交流伺服電機(jī)、行星齒輪變速箱、旋 轉(zhuǎn)編碼器、限位開關(guān)，其特征在于，所述電動變槳控制系統(tǒng)還包括上述的電動變槳控制裝置。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的電動變槳控制裝置包括整流器和逆變器。整流 器將交流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘?，可為超級電容器充電。?dāng)需變槳時，超級電容器放電， 逆變器將直流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)檎也ǖ慕涣麟娦盘?，以?qū)使驅(qū)動控制器運行。本發(fā)明的電動 變槳控制裝置不需再為超級電容器額外設(shè)置充電裝置和放電裝置，可以簡化電動變槳控制 系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)。超級電容器作為在線式的備用電源，主電源與備用電源的切換時間可忽略不計， 實現(xiàn)了主電源與備用電源的無擾切換，極大地提高了電動變槳系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明的電動變槳控制裝置采用了高電壓(例如560伏)供電技術(shù)，整個回路的 電流小，從而降低了電路元件自身的損耗。本發(fā)明的電動變槳控制裝置所包括的逆變器是PWM逆變器，可實現(xiàn)電壓的升降。 因此，電動變槳控制系統(tǒng)不需再包括變壓器，可大幅減小系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)熱，提高電動變槳控 制系統(tǒng)的整體效率。本發(fā)明的電動變槳控制裝置包括微處理器，通過嵌入式編程，實現(xiàn)了整個電動變 槳控制裝置的算術(shù)運算與邏輯控制，減少了電路元件數(shù)量，從而降低了整個裝置的硬件成 本。本發(fā)明的電動變槳控制裝置還包括兩級閉環(huán)反饋回路，整合于整流器中，用于輸 出穩(wěn)定的直流電壓和直流電流，供超級電容器充電。本發(fā)明的電動變槳控制裝置還包括一級電壓閉環(huán)反饋回路，整合于逆變器中，用 于輸出穩(wěn)定的高質(zhì)量的正弦波交流電壓，以驅(qū)使驅(qū)動控制器運行。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以 充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖1是本發(fā)明的較佳實施例的電動變槳控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的較佳實施例的整流器的兩級閉環(huán)反饋回路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的較佳實施例的逆變器的一級電壓閉環(huán)反饋回路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，方框1為本發(fā)明的電動變槳控制裝置。該裝置包括一個整流器2， 用于將電壓為380伏的第一交流電信號Al轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷簽?60伏的第一直流電信號A2，為超級電容器3充電；一個超級電容器3，用作備用電源；一個逆變器4，用于將電壓為560伏的 第二直流電信號A3轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷簽?20伏的第二交流電信號A4 ；—個驅(qū)動控制器5，用于驅(qū) 動交流伺服電動機(jī)7 ；—個微處理器6，用于控制整流器2、逆變器4、驅(qū)動控制器5運行，實 現(xiàn)電動變槳控制裝置的算術(shù)運算與邏輯控制。整流器2、超級電容器3、逆變器4、驅(qū)動控制 器5依次連接，微處理器6與整流器2、逆變器4、驅(qū)動控制器5連接。其中，第一直流電信 號A2和第二直流電信號A3為相同的信號。驅(qū)動控制器5包括伺服驅(qū)動器16、現(xiàn)場總線部件、遠(yuǎn)程診斷用元器件、柜內(nèi)空調(diào)系 統(tǒng)等。伺服驅(qū)動器16可以驅(qū)動交流伺服電動機(jī)7運行。作為本發(fā)明的一較佳實施例，本發(fā)明的電動變槳控制裝置由工頻380伏的三相交 流電信號Al供電，經(jīng)晶間管全橋整流器2整流穩(wěn)壓，將第一交流電信號Al轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝恢绷?電信號A2，對超級電容器3進(jìn)行恒流充電。在本發(fā)明的裝置中，被充足電后的超級電容器3為高容量的直流濾波電容器，可 以吸收高次諧波兼作無功補償。另外，超級電容器3可以用作備用電源，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)需變 槳時，超級電容器3放電，電動變槳控制系統(tǒng)的供電電源由主電源(正常供電電源)切換為 在線式備用電源(超級電容器3)，以對電動變槳系統(tǒng)進(jìn)行供電。當(dāng)主電源工作時，超級電容 器3的充放電電流很小，而主電源停止工作后，可以將超級電容器3平穩(wěn)切換為供電的備用 電源，輸出第二直流電信號A3。隨后，PWM逆變器4將第二直流電信號A3逆變成為第二交 流電信號A4，以驅(qū)使驅(qū)動控制器5運行。作為本發(fā)明的一較佳實施例，第二交流電信號A4 為工頻220伏的三相交流電信號。由于逆變器4 一直在工作，主電源與備用電源的切換時 間可以忽略不計，實現(xiàn)了主電源與備用電源的無擾切換，極大地提高了電動變槳系統(tǒng)的可 靠性。超級電容器3作為備用電源，需在穩(wěn)定的電壓下，對其進(jìn)行恒流充電。因此，作為 本發(fā)明的一較佳實施例，如圖2所示，整流器2可以增加兩級閉環(huán)反饋回路12。兩級閉環(huán)反 饋回路12由第一電壓閉環(huán)反饋回路和第一電流閉環(huán)反饋回路組成，可以輸出穩(wěn)定的第一 直流電信號A2 (包括直流電壓和直流電流)，供超級電容器3充電。 第一電壓閉環(huán)反饋回路包括順次連接的第一比較器8和第一 PI調(diào)節(jié)器9。第一電 流閉環(huán)反饋回路包括順次連接的第二比較器10和第二PI調(diào)節(jié)器11。設(shè)定電壓值由超級電 容器3所要求的輸入電壓值決定。作為本發(fā)明的一較佳實施例，設(shè)定電壓值為560伏。當(dāng) 然，設(shè)定電壓值并不限于此，對不同的超級電容器3，需根據(jù)超級電容器3的輸入電壓值要 求，而有不同的設(shè)定電壓值。作為本發(fā)明的一較佳實施例，第一 PI調(diào)節(jié)器9為電壓調(diào)節(jié)器，設(shè)定電壓值為560 伏。第二 PI調(diào)節(jié)器11為電流調(diào)節(jié)器，設(shè)定電流值為15安。通過第一電壓閉環(huán)反饋回路和 第一電流閉環(huán)反饋回路，可以輸出穩(wěn)定的560伏的直流電壓和15安的直流電流，供超級電 容器3充電。伺服驅(qū)動器16需要輸入穩(wěn)定的交流電信號，而超級電容器3存在放電降壓現(xiàn)象。 因此，作為本發(fā)明的一較佳實施例，如圖3所示，逆變器4可以增加第二電壓閉環(huán)反饋回路 13，輸出穩(wěn)定的第二交流電信號A4，其輸出電壓不隨超級電容器3放電降壓而變化，以恒壓 恒頻的第二交流電信號A4為伺服驅(qū)動器16供電。第二電壓閉環(huán)反饋回路13包括順次連接的第三比較器14和第三PI調(diào)節(jié)器15。作為本發(fā)明的一較佳實施例，第三PI調(diào)節(jié)器15為電壓調(diào)節(jié)器，設(shè)定電壓值為220伏。設(shè)定 電壓值為伺服驅(qū)動器16所要求的輸入電壓值，作為本發(fā)明的一較佳實施例，設(shè)定電壓值為 220 伏。在本較佳實施例中，第一直流電信號A2、第二直流電信號A3的電壓為560伏，但 本發(fā)明并不限于此，第一直流電信號A2、第二直流電信號A3的電壓由不同的超級電容器3 的輸入電壓的要求決定。相應(yīng)地，第一 PI調(diào)節(jié)器9和第二 PI調(diào)節(jié)器11的設(shè)定值并不限于 560伏和15安，應(yīng)根據(jù)不同的超級電容器3的輸入電壓和輸入電流的要求決定。在本較佳實施例中，整流器2為晶閘管全橋整流器，但本發(fā)明并不限于此，整流器 2還可以為PWM整流器。本發(fā)明充分利用了交流、直流的轉(zhuǎn)換技術(shù)，使工頻380伏的交流電信號Al經(jīng)整流 器2、PWM逆變器4后轉(zhuǎn)換為可匹配伺服驅(qū)動器16的工頻220伏的交流電信號A4。本發(fā)明的電動變槳控制裝置不需再為超級電容器3額外設(shè)置充電裝置和放電裝 置，可以簡化電動變槳控制系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的電動變槳控制裝置采用了交直流高電壓供電技術(shù)，整個回路的電流小， 從而降低了電路元件自身的損耗。本發(fā)明的電動變槳控制裝置所包括的逆變器是PWM逆變器，可實現(xiàn)電壓的升降。 因此，電動變槳控制系統(tǒng)不需再包括變壓器，可大幅減小系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)熱，提高電動變槳控 制系統(tǒng)的整體效率。本發(fā)明的電動變槳控制裝置包括微處理器，通過嵌入式編程，實現(xiàn)了整個電動變 槳控制裝置的算術(shù)運算與邏輯控制，減少了電路元件數(shù)量，從而降低了整個裝置的硬件成 本?；谏鲜龅碾妱幼儤刂蒲b置，本發(fā)明還提供了一種電動變槳控制系統(tǒng)，包括電 動變槳控制裝置、交流伺服電機(jī)7、行星齒輪變速箱、旋轉(zhuǎn)編碼器、限位開關(guān)等。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng) 造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員 依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù) 方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動變槳控制裝置，包括至少一用作備用電源的超級電容器，至少一用于驅(qū)動 交流伺服電動機(jī)的驅(qū)動控制器，其特征在于，所述電動變槳控制裝置還包括一整流器，用于將交流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘?，為所述超級電容器充電；一逆變器，用于將直流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娦盘枺则?qū)動所述驅(qū)動控制器運行；一微處理器，用于控制所述整流器、所述逆變器、所述驅(qū)動控制器運行，實現(xiàn)所述電動 變槳控制裝置的算術(shù)運算與邏輯控制；所述整流器、所述超級電容器、所述逆變器、所述驅(qū)動控制器依次連接，所述微處理器 分別與所述整流器、所述逆變器、所述驅(qū)動控制器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電動變槳控制裝置，其特征在于，所述電動變槳控制裝置的輸 入信號為工頻380伏的三相交流電信號。
3.如權(quán)利要求1所述的電動變槳控制裝置，其特征在于，所述整流器是晶間管三相全 橋整流器或脈沖寬度調(diào)制整流器，所述逆變器是脈沖寬度調(diào)制逆變器。
4.如權(quán)利要求1所述的電動變槳控制裝置，其特征在于，所述逆變器的輸出信號是工 頻220伏的三相交流電信號。
5.如權(quán)利要求1所述的電動變槳控制裝置，其特征在于，所述整流器還包括相連接的 第一電壓閉環(huán)反饋回路和第一電流閉環(huán)反饋回路，用于輸出穩(wěn)定的電壓和電流，供所述超 級電容器充電。
6.如權(quán)利要求5所述的電動變槳控制裝置，其特征在于，所述第一電壓閉環(huán)反饋回路 包括順次連接的第一比較器和第一 PI調(diào)節(jié)器，所述第一電流閉環(huán)反饋回路包括順次連接 的第二比較器和第二 PI調(diào)節(jié)器。
7.如權(quán)利要求1所述的電動變槳控制裝置，其特征在于，所述逆變器還包括第二電壓 閉環(huán)反饋回路，用于輸出穩(wěn)定的電壓，以驅(qū)動所述驅(qū)動控制器運行。
8.如權(quán)利要求7所述的電動變槳控制裝置，其特征在于，所述第二電壓閉環(huán)反饋回路 包括順次連接的第三比較器和第三PI調(diào)節(jié)器。
9.如權(quán)利要求1所述的電動變槳控制裝置，其特征在于，所述超級電容器經(jīng)充電完畢 后，為在線式的備用電源。
10.一種電動變槳控制系統(tǒng)，包括交流伺服電機(jī)、行星齒輪變速箱、旋轉(zhuǎn)編碼器、限位開 關(guān)，其特征在于，所述電動變槳控制系統(tǒng)還包括如權(quán)利要求1 9的任一權(quán)利要求所述的電 動變槳控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動變槳控制裝置，包括一超級電容器；一驅(qū)動控制器；一整流器，用于將交流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娦盘枺瑸樗龀夒娙萜鞒潆?；一逆變器，用于將直流電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娦盘?，以?qū)動所述驅(qū)動控制器運行；一微處理器，用于控制所述整流器、所述逆變器、所述驅(qū)動控制器運行，實現(xiàn)所述電動變槳控制裝置的算術(shù)運算與邏輯控制；所述整流器、所述超級電容器、所述逆變器、所述驅(qū)動控制器依次連接，所述微處理器與所述整流器、所述逆變器、所述驅(qū)動控制器連接。本發(fā)明的電動變槳控制裝置，不需再額外設(shè)置充電裝置和放電裝置，超級電容器作為在線式的備用電源，實現(xiàn)了主電源與備用電源的無擾切換，極大地提高了電動變槳系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號H02J9/06GK102122917SQ20101000324
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者李培植, 潘菊初 申請人:上海新華控制技術(shù)(集團(tuán))有限公司