本實(shí)用新型涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳葉驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器，還涉及使用該風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的每片槳葉(數(shù)目通常為3個(gè))是分別由1個(gè)獨(dú)立的變槳驅(qū)動(dòng)器來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的，變槳驅(qū)動(dòng)器依據(jù)風(fēng)機(jī)主控器的命令控制槳葉角度，使得風(fēng)機(jī)盡可能多發(fā)電又不至于因過速而造成系統(tǒng)損壞。變槳驅(qū)動(dòng)器的直流母線上連接有后備電源，后備電源為電池或超級(jí)電容，用于系統(tǒng)掉電時(shí)給驅(qū)動(dòng)器供電，完成風(fēng)機(jī)的安全收槳過程。

上述現(xiàn)有技術(shù)方案可在電網(wǎng)掉電工況下有效完成安全收槳操作，但是，在驅(qū)動(dòng)器自身發(fā)生故障的情況下，則無法實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)收槳?jiǎng)幼?，并可能因此引發(fā)更大的系統(tǒng)事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題之一是，提供一種風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的在驅(qū)動(dòng)器故障情況下無法安全收槳的缺陷。

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題之二是，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，使用上述風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的在驅(qū)動(dòng)器故障情況下無法安全收槳的缺陷。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題之一所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器，包括相互串聯(lián)的變槳驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)，該串聯(lián)的變槳驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)一端連接三相交流電源、另一端連接槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

其特征在于，還包括可控電力電子開關(guān)器件和電力電子開關(guān)控制器；

該電力電子開關(guān)控制器與該可控電力電子開關(guān)器件、該風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主控制器連接；

該可控電力電子開關(guān)器件并聯(lián)在該串聯(lián)連接的變槳驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)兩端。

在本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器中，所述可控電力電子開關(guān)器件為相互反并聯(lián)的半控器件，該半控器件為晶閘管。

在本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器中，在變槳驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)，所述電力電子開關(guān)控制器依據(jù)計(jì)算得到的觸發(fā)控制角控制晶閘管的開通。

在本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器中，所述可控電力電子開關(guān)器件為相互反并聯(lián)的全控器件。

在本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器中，所述全控器件為絕緣柵雙極型晶體管、金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管、集成門極換流晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管之一。

在本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器中，在變槳驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)，所述電力電子開關(guān)控制器依據(jù)計(jì)算得到的開通關(guān)斷時(shí)刻控制相互反并聯(lián)的全控器件開通關(guān)斷。

在本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器中，所述變槳驅(qū)動(dòng)器包括變槳控制器和功率電路；所述電力電子開關(guān)控制器為獨(dú)立的控制器，或者與所述變槳驅(qū)動(dòng)器的變槳控制器集成，或者與所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主控制器集成。

在本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器中，其連接的所述槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)為同步電機(jī)或異步電機(jī)。

在本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器中，包括UPS電源，所述可控電力電子開關(guān)器件串聯(lián)該UPS電源后再并聯(lián)在所述串聯(lián)連接的變槳驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)兩端。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題之二所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，包括塔筒、風(fēng)機(jī)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)及變流器系統(tǒng)、變壓器、變槳裝置和主控制器；

其特征在于，所述變槳裝置包括如權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器和槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

實(shí)施本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器及風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)比較，其有益效果是：

1、實(shí)現(xiàn)了在驅(qū)動(dòng)器故障的情況下風(fēng)機(jī)的安全收槳，并于故障收槳起始階段控制實(shí)現(xiàn)了槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軟啟過程，大大降低了槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)產(chǎn)生的沖擊電流，減小了對(duì)電網(wǎng)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的沖擊，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

2、避免槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)因沖擊電流過大造成的損壞，提高了槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)的使用壽命；

3、槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用交流同步電機(jī)或交流異步電機(jī)均可使用；

4、在增加UPS電源后，在驅(qū)動(dòng)器故障同時(shí)電網(wǎng)掉電的情況下，也可保證風(fēng)機(jī)槳葉的順利回收。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器實(shí)施例一的原理圖。

圖2是本實(shí)用新型風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器實(shí)施例二的原理圖。

圖3是本實(shí)用新型風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器實(shí)施例三的原理圖。

圖4是本實(shí)用新型風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器實(shí)施例四的原理圖。

圖5是本實(shí)用新型風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器的控制方法實(shí)施例一的原理圖。

圖6是本實(shí)用新型風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器的控制方法實(shí)施例二的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器實(shí)施例一

如圖1所示，本實(shí)用新型風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器包括變槳驅(qū)動(dòng)器10、開關(guān)20、可控電力電子開關(guān)11和電力電子開關(guān)控制器12。

變槳驅(qū)動(dòng)器10與開關(guān)20相互串聯(lián)，串聯(lián)后的變槳驅(qū)動(dòng)器10和開關(guān)20一端連接三相交流電源、另一端連接槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)30。其中，變槳驅(qū)動(dòng)器10包括變槳控制器和功率電路。槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)30為同步電機(jī)或異步電機(jī)。

該電力電子開關(guān)控制器12與該可控電力電子開關(guān)11及該風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主控制器連接。其中，電力電子開關(guān)控制器12可以為獨(dú)立的控制器，也可以與變槳驅(qū)動(dòng)器的變槳控制器或者風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主控制器集成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主控制器包括帶有PLC的控制器或者不帶有PLC的控制器。

該可控電力電子開關(guān)11并聯(lián)在該串聯(lián)連接的變槳驅(qū)動(dòng)器10和開關(guān)20兩端，構(gòu)成連接槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)30與三相交流電源的備用支路。

其工作原理如下：變槳驅(qū)動(dòng)器10正常工作時(shí)開關(guān)20閉合，備用支路的可控電力電子開關(guān)11由電力電子開關(guān)控制器12控制斷開，槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)30由變槳驅(qū)動(dòng)器10進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)變槳驅(qū)動(dòng)器10故障時(shí)，此故障信號(hào)通過通信上傳給風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主控制器，主控制器接收到變槳驅(qū)動(dòng)器10故障信號(hào)后，下發(fā)開關(guān)20斷開命令以及備用支路可控電力電子開關(guān)11驅(qū)動(dòng)使能命令，備用支路的電力電子開關(guān)控制器12接收到主控制器的驅(qū)動(dòng)使能命令以及開關(guān)的斷開反饋信號(hào)后，開始控制可控電力電子開關(guān)11對(duì)槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)30進(jìn)行軟啟直至全速運(yùn)行，槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)30拖動(dòng)槳葉進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)槳葉旋轉(zhuǎn)至安全位置時(shí)將觸碰到槳葉限位開關(guān)，電力電子開關(guān)控制器12接收到槳葉限位開關(guān)反饋信號(hào)后，對(duì)可控電力電子開關(guān)11作封波驅(qū)動(dòng)處理，至此，完成備用支路實(shí)現(xiàn)安全收槳的全過程。

在本實(shí)施例中，開關(guān)20采用投切開關(guān)，通常是帶有物理斷點(diǎn)的機(jī)械開關(guān)或是電力電子開關(guān)。

本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了變槳驅(qū)動(dòng)器故障情況下風(fēng)機(jī)的安全收槳，并于故障收槳起始階段控制實(shí)現(xiàn)了槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軟啟過程，大幅減小了電機(jī)啟動(dòng)的沖擊電流，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器實(shí)施例二

如圖2所示，實(shí)施例二在實(shí)施例一基礎(chǔ)上，其中的可控電力電子開關(guān)為半控器件，該半控器件為相互反并聯(lián)的晶閘管21。電力電子開關(guān)控制器12用對(duì)應(yīng)于相互反并聯(lián)的半控器件的電力電子開關(guān)控制器22代替。電力電子開關(guān)控制器22可以為獨(dú)立的控制器，也可以與變槳驅(qū)動(dòng)器的變槳控制器或者風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主控制器集成。

風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器實(shí)施例三

如圖3所示，實(shí)施例三在實(shí)施例二基礎(chǔ)上，將相互反并聯(lián)的晶閘管21用相互反并聯(lián)的全控器件31代替，電力電子開關(guān)控制器22用對(duì)應(yīng)于相互反并聯(lián)的全控器件的電力電子開關(guān)控制器32代替。

相互反并聯(lián)的全控器件可以采用包括但不限于：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)、MOS管(metal oxide semiconductor 金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors集成門極換流晶閘管)、GTO(Gate Turn-Off Thyristor門極可關(guān)斷晶閘管)等之一種。

與晶閘管比較，相互反并聯(lián)的全控器件可以通過高頻PWM控制調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，脈沖寬度調(diào)制(PWM)將基波周期等分為若干個(gè)開關(guān)周期，在每個(gè)開關(guān)周期中控制相互反并聯(lián)的全控器件開通關(guān)斷一次，使得各開關(guān)周期內(nèi)調(diào)制波與實(shí)際發(fā)波的沖量相等，實(shí)際發(fā)波由多個(gè)脈沖量組成，這樣可有效減小輸出電壓、電流的諧波含量，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減小了輸出諧波。

風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器實(shí)施例四

如圖4所示，實(shí)施例四在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上，增加UPS電源33，該UPS電源33與相互反并聯(lián)的全控器件31串聯(lián)后，再并聯(lián)在串聯(lián)連接的變槳驅(qū)動(dòng)器10和開關(guān)20兩端。該實(shí)施例可以在變槳驅(qū)動(dòng)器10故障且電網(wǎng)掉電的情況下完成風(fēng)機(jī)的安全收槳。

UPS電源同樣可以使用在實(shí)施例一、實(shí)施例二的技術(shù)方案中，UPS電源與相互反并聯(lián)的晶閘管21串聯(lián)后，再并聯(lián)在串聯(lián)連接的變槳驅(qū)動(dòng)器10和開關(guān)20兩端，得到新的技術(shù)方案。

本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器采用如下控制方法進(jìn)行控制，該方法包括如下步驟：

首先，電力電子開關(guān)控制器在接收到風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主控制器下發(fā)的驅(qū)動(dòng)使能命令和開關(guān)斷開的反饋信號(hào)后，依據(jù)電力電子開關(guān)控制器預(yù)先設(shè)定的槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速時(shí)間計(jì)算調(diào)制波；其中，不同的槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)加速時(shí)間不同。

其次，電力電子開關(guān)控制器根據(jù)所計(jì)算調(diào)制波，計(jì)算可控電力電子開關(guān)器件的動(dòng)作控制條件，并根據(jù)所計(jì)算的動(dòng)作控制條件控制可控電力電子開關(guān)器件動(dòng)作，控制槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)槳葉朝槳葉限位開關(guān)旋轉(zhuǎn)；其中的動(dòng)作控制條件包括可控電力電子開關(guān)器件的開通條件或開通關(guān)斷條件。

再次，當(dāng)該電力電子開關(guān)控制器接收到槳葉限位開關(guān)反饋信號(hào)后，對(duì)可控電力電子開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)封波。

本實(shí)用新型風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器的控制方法具體實(shí)施例如下：

風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器控制方法實(shí)施例一

如圖5所示，風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器控制方法在上述實(shí)施例二的風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上，對(duì)該風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，包括如下步驟：

第一、初始化電力電子開關(guān)控制器控制軟件。

第二、電力電子開關(guān)控制器接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主控下發(fā)的驅(qū)動(dòng)使能命令，未收到命令繼續(xù)接收，收到命令進(jìn)入下一步。

第三、電力電子開關(guān)控制器接收風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器開關(guān)斷開的反饋信號(hào)，未收到反饋信號(hào)繼續(xù)接收，收到反饋信號(hào)進(jìn)入下一步。

第四、電力電子開關(guān)控制器依據(jù)預(yù)先設(shè)定的槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速時(shí)間計(jì)算調(diào)制波。

第五、該電力電子開關(guān)控制器在第N個(gè)電網(wǎng)工頻周期計(jì)算第N+1個(gè)電網(wǎng)工頻周期晶閘管的觸發(fā)控制角。

第六、電力電子開關(guān)控制器在第N+1個(gè)電網(wǎng)工頻周期依據(jù)第五步的計(jì)算結(jié)果控制晶閘管開通。

第七、電力電子開關(guān)控制器接收槳葉限位開關(guān)反饋信號(hào)，未收到反饋信號(hào)重復(fù)第五、第六步，收到反饋信號(hào)進(jìn)入下一步。

第八、電力電子開關(guān)控制器對(duì)晶閘管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)封波。

風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器控制方法實(shí)施例二

如圖6所示，風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器控制方法在上述實(shí)施例三或?qū)嵤├牡娘L(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上，對(duì)該風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，包括如下步驟：

第一、初始化電力電子開關(guān)控制器控制軟件。

第二、電力電子開關(guān)控制器接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主控下發(fā)的驅(qū)動(dòng)使能命令，未收到命令繼續(xù)接收，收到命令進(jìn)入下一步。

第三、電力電子開關(guān)控制器接收風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器開關(guān)斷開的反饋信號(hào)，未收到反饋信號(hào)繼續(xù)接收，收到反饋信號(hào)進(jìn)入下一步。

第四、電力電子開關(guān)控制器依據(jù)預(yù)先設(shè)定的槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速時(shí)間計(jì)算調(diào)制波。

第五、該電力電子開關(guān)控制器在第N個(gè)開關(guān)周期計(jì)算第N+1個(gè)開關(guān)周期全控器件的開通關(guān)斷時(shí)刻。

第六、電力電子開關(guān)控制器在第N+1個(gè)開關(guān)周期依據(jù)第五步的計(jì)算結(jié)果控制全控器件開通關(guān)斷。

第七、電力電子開關(guān)控制器接收槳葉限位開關(guān)反饋信號(hào)，未收到反饋信號(hào)重復(fù)第五、第六步，收到反饋信號(hào)進(jìn)入下一步。

第八、電力電子開關(guān)控制器對(duì)全控器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)封波。

上述全控器件可以采用包括但不限于：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)、MOS管(metal oxide semiconductor金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors集成門極換流晶閘管)、GTO(Gate Turn-Off Thyristor門極可關(guān)斷晶閘管)等之一種。

本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括塔筒、風(fēng)機(jī)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)及變流器系統(tǒng)、變壓器、變槳裝置和主控制器，變槳裝置包括上述風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器和槳葉驅(qū)動(dòng)電機(jī)。風(fēng)力機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)及變化見上述，在此不再贅述。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。