一種風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置的制造方法
【專利摘要】一種風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，包括一個仿真控制器、一個變槳控制器、至少一個驅(qū)動器、交流變槳電機、編碼器、直流供電單元、信號中繼單元、繼電控制單元、低壓供電單元，以及監(jiān)控變槳距系統(tǒng)運行的信號采集單元。信號中繼單元分別與仿真控制器、變槳控制器、信號采集單元、繼電控制單元、低壓供電單元、編碼器、驅(qū)動器連接。編碼器安裝在交流電機上，與驅(qū)動器連接。驅(qū)動器分別與直流供電單元和交流變槳電機連接。
【專利說明】
一種風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機組采用變槳距控制可根據(jù)風(fēng)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)葉片槳距角，從而控制發(fā)電機的輸出功率。變槳距控制的優(yōu)點是槳葉較為輕巧，受力較小，槳距角可根據(jù)風(fēng)速大小進行自動調(diào)節(jié)，因而可以吸收更多的風(fēng)能，并且能在高風(fēng)速段保持功率平穩(wěn)輸出，易于開發(fā)大功率風(fēng)力發(fā)電機組。目前全球投入商業(yè)運行的兆瓦級以上風(fēng)力發(fā)電機組均采用了變槳距控制技術(shù)。
[0003]風(fēng)力發(fā)電機組的變槳距系統(tǒng)分為液壓變槳距系統(tǒng)與電動變槳距系統(tǒng)。液壓變槳距系統(tǒng)雖然具有傳動力矩大、剛度大、定位準(zhǔn)確等特點，但其系統(tǒng)復(fù)雜，存在非線性、漏油、卡塞現(xiàn)象。隨著電機控制技術(shù)的進步，電動變槳距系統(tǒng)已經(jīng)受到了越來越多風(fēng)力發(fā)電機組制造廠商的關(guān)注，國內(nèi)現(xiàn)有的大功率風(fēng)力發(fā)電機組大多均采用電動變槳距系統(tǒng)。
[0004]電動變槳距系統(tǒng)一般由變槳控制器、驅(qū)動器、變槳電機、后備電源等設(shè)備構(gòu)成。變槳控制器接收主控控制指令的同時采集變槳距系統(tǒng)的各種監(jiān)控信號，輸出控制信號并向驅(qū)動器發(fā)送速度指令。驅(qū)動器采集部分變槳距系統(tǒng)信號、執(zhí)行控制器的速度指令，控制電機輸出，調(diào)節(jié)槳葉槳距角。后備電源通過直流母線向驅(qū)動器供電，作為電網(wǎng)掉電時的順槳能量來源。
[0005]針對不同的客戶和風(fēng)場環(huán)境，風(fēng)力發(fā)電機組制造廠商所設(shè)計的電動變槳距系統(tǒng)在信號采集、控制信號輸出方面存在較大差異，風(fēng)電變槳控制軟件程序也有較大不同，而控制軟件的前期開發(fā)與后期測試嚴重依賴電動變槳距系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，影響了控制軟件開發(fā)與測試的效率。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是提高風(fēng)電變槳控制軟件開發(fā)、測試的效率，提出一種風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置。本實用新型具有模塊化、通用性強、硬件結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，適合不同交流電動變槳距系統(tǒng)前期的控制軟件開發(fā)與后期的軟件測試。
[0007]本實用新型測試裝置包括一個仿真控制器、一個變槳控制器、至少一個驅(qū)動器、交流變槳電機、編碼器、直流供電單元、信號中繼單元、繼電控制單元、低壓供電單元，以及監(jiān)控變槳距系統(tǒng)運行的信號采集單元等。
[0008]信號中繼單元分別與仿真控制器、變槳控制器、信號采集單元、繼電控制單元、低壓供電單元、編碼器、驅(qū)動器連接。編碼器安裝在交流電機上，與驅(qū)動器連接。驅(qū)動器分別與直流供電單元和交流變槳電機連接。
[0009]所述的仿真控制器有三方面作用:一是通過信號中繼單元與變槳控制器進行CAN通訊，接收變槳距系統(tǒng)的當(dāng)前槳距角值，模擬主控系統(tǒng)發(fā)送控制指令和槳葉位置指令，將與變槳距系統(tǒng)相關(guān)的控制功能從主控控制器中分離出來，模擬無主控系統(tǒng)情況下的主控-變槳聯(lián)合調(diào)槳調(diào)試;二是其通過模擬量與數(shù)字量的組合輸出，模擬變槳距系統(tǒng)中的手操盒調(diào)槳功能;三是向信號中繼單元輸出I/o信號，模擬當(dāng)前變槳距系統(tǒng)的狀態(tài)，取代大部分變槳距系統(tǒng)的監(jiān)控信號，可以有效降低風(fēng)電變槳控制軟件前期開發(fā)與后期測試對于系統(tǒng)硬件的要求。仿真控制器的輸出信號經(jīng)信號中繼單元一部分由變槳控制器采集，另一部分由驅(qū)動器米集。
[0010]變槳控制器一方面通過信號中繼單元接收仿真控制器輸出的控制指令，采集部分仿真控制器輸出的模擬量信號，另一方面通過信號中繼單元向驅(qū)動器發(fā)送位置或速度指令，并向繼電控制單元發(fā)送數(shù)字量控制指令。
[0011]驅(qū)動器通過信號中繼單元采集部分仿真控制器輸出的信號，同時采集編碼器的反饋信號，執(zhí)行變槳控制器的速度或位置指令，控制電機輸出，調(diào)節(jié)槳葉槳距角。
[0012]交流變槳電機是變槳距系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳距角的末端執(zhí)行元件。
[0013]編碼器是變槳距系統(tǒng)的速度、位置反饋元件。
[0014]直流供電單元是變槳距系統(tǒng)的能量來源，同時可模擬后備電源。
[0015]信號中繼單元由若干個接線端子組成，用于仿真控制器、信號采集單元輸出信號的匯集與再分配，使風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置可滿足不同變槳距系統(tǒng)在信號采集與輸出方面的差異。
[0016]信號采集單元用于采集、轉(zhuǎn)換監(jiān)控變槳距系統(tǒng)運行狀態(tài)所必需的模擬量信號，并通過信號中繼單元將信號傳送至變槳控制器或驅(qū)動器。
[0017]繼電控制單元接收、執(zhí)行來自信號中繼單元的變槳控制器和驅(qū)動器數(shù)字量控制指令，實現(xiàn)對驅(qū)動器直流供電電源的繼電控制。
[0018]低壓供電單元向測試裝置提供24V低壓控制電。
[0019]風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置運行時，用戶可對測試裝置的功能進行選擇:若選擇主控-變槳聯(lián)合調(diào)槳模擬測試，仿真控制器根據(jù)用戶輸入的調(diào)槳起始角度、調(diào)槳結(jié)束角度、調(diào)槳速度以CAN通訊方式經(jīng)信號中繼單元向變槳控制器發(fā)送槳葉位置指令，變槳控制器接收槳葉位置指令，根據(jù)當(dāng)前槳距角計算出調(diào)槳速度指令以CAN通訊方式經(jīng)信號中繼單元發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)調(diào)槳速度指令驅(qū)動交流電機完成對槳葉位置的調(diào)節(jié);若選擇手操盒調(diào)槳模擬測試，仿真控制器的模擬量I/O接口根據(jù)用戶輸入的調(diào)槳速度指令輸出相應(yīng)的模擬量信號經(jīng)信號中繼單元至變槳控制器或驅(qū)動器的模擬量I/O接口，仿真控制器的數(shù)字量I/O接口根據(jù)用戶輸入的調(diào)槳啟動指令輸出相應(yīng)的數(shù)字量信號經(jīng)信號中繼單元至變槳控制器或驅(qū)動器的數(shù)字量I/O接口，驅(qū)動器根據(jù)調(diào)槳速度指令驅(qū)動交流電機完成對槳葉位置的調(diào)節(jié);若選擇故障模擬測試，例如“主電源接觸器反饋丟失故障”，仿真控制器的數(shù)字量I/O接口中模擬主電源接觸器反饋的數(shù)字量輸出口會輸出低電平經(jīng)信號中繼單元至變槳控制器數(shù)字量I/o接口中的主電源接觸器反饋數(shù)字量輸入口，變槳控制器檢測到主電源接觸器反饋丟失，則會報出“主電源接觸器反饋丟失故障”并執(zhí)行保護動作。
[0020]本實用新型的效果:
[0021](I)模塊化、通用性強。信號中繼模塊的使用，使得該裝置在模擬不同的變槳距系統(tǒng)需要更換驅(qū)動器或變槳控制器時，只需要更改驅(qū)動器或變槳控制器與信號中繼模塊之間的接線，模擬測試裝置的其余部分結(jié)構(gòu)與接線無需改變，實現(xiàn)了模塊化，具有較強通用性。
[0022](2)硬件結(jié)構(gòu)簡單。仿真控制器起到模擬主控PLC與模擬變槳距系統(tǒng)狀態(tài)的作用，通過軟件編程可以取代大部分變槳距系統(tǒng)的器件，極大地簡化了模擬測試裝置的硬件結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置模塊圖；
[0024]圖2是信號中繼單元接口分配示意圖；
[0025]圖3是仿真控制器、信號中繼單元、變槳控制器的信號流示意圖；
[0026]圖4是仿真控制器、信號中繼單元、驅(qū)動器的信號流示意圖；
[0027]圖5是變槳控制器、信號中繼單元、驅(qū)動器的信號流示意圖；
[0028]圖6是信號采集單元、信號中繼單元、變槳控制器、驅(qū)動器的信號流示意圖；
[0029]圖7是繼電控制單元、信號中繼單元、變槳控制器、驅(qū)動器的信號流示意圖。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】進一步說明本實用新型。
[0031]如圖1所示，本實用新型測試裝置包括一個仿真控制器、一個變槳控制器、至少一個驅(qū)動器、交流變槳電機、編碼器、直流供電單元，信號中繼單元、繼電控制單元、以及監(jiān)控變槳距系統(tǒng)運行的信號采集單元。
[0032]信號中繼單元分別與仿真控制器、變槳控制器、信號采集單元、繼電控制單元、低壓供電單元、編碼器、驅(qū)動器連接。編碼器安裝在交流電機上，與驅(qū)動器連接。驅(qū)動器分別與直流供電單元、交流電機連接。
[0033]信號中繼單元由若干個接線端子組成，如圖2所示，其接口分為9個部分:1個24V供電接口，2個CAN通訊接口、3個數(shù)字量I/O接口D10、3個模擬量I/O接口ΑΙ0。
[0034]低壓供電單元由開關(guān)電源組成，為整個裝置提供24V直流電，開關(guān)電源的交流輸入端與電網(wǎng)連接，直流輸出端與信號中繼單元的24V供電接口連接。
[0035]仿真控制器的直流供電輸入端與信號中繼單元的24V供電接口連接;仿真控制器的通訊接口與信號中繼單元的CANl連接;仿真控制器的數(shù)字量輸出接口分別與信號中繼單元的第一數(shù)字量I/O接口 D101、第二數(shù)字量I/O接口 D102連接，仿真控制器的模擬量輸出接口與信號中繼單元的第一模擬量I/O接口 A101、第二模擬量I/O接口 A102連接。
[0036]變槳控制器的直流供電輸入端與信號中繼單元的24V供電接口連接，通訊接口與信號中繼單元的CAN2連接，數(shù)字量輸入接口與信號中繼單元的第一數(shù)字量I/O接口 D1l連接，模擬量輸入接口與第一模擬量I/O接口 A1l連接，數(shù)字量輸出接口與信號中繼單元的第三數(shù)字量I/O接口 D103連接。
[0037]信號采集單元由若干個可變電阻與溫度變送器組成。溫度變送器的直流供電輸入端與信號中繼單元的24V供電接口連接，溫度變送器的輸出端與信號中繼單元的第三模擬量I/O接口 A103連接，可變電阻的輸出端與溫度變送器的信號輸入端以及信號中繼單元的第三模擬量I/O接口 A103連接。
[0038]繼電控制單元由接觸器構(gòu)成，實現(xiàn)對驅(qū)動器直流工作電源的控制。接觸器的控制信號輸入端與信號中繼單元的第三數(shù)字量I/O接口 D103連接，接觸器主觸點的輸入端與直流供電單元的輸出端連接，主觸點的輸出端與驅(qū)動器的直流母線供電輸入端連接。
[0039]驅(qū)動器的直流母線供電輸入端與直流供電單元的輸出端之間串接繼電控制單元的接觸器主觸點，驅(qū)動器的位置采集接口與編碼器連接，動力輸出端與交流電機連接，通訊接口與信號中繼單元的CAN2連接，數(shù)字量輸入接口與信號中繼單元的第二數(shù)字量I/O接口D102連接，模擬量輸入接口與信號中繼單元的第二模擬量I/O接口 A102連接，數(shù)字量輸出接口與信號中繼單元的第三數(shù)字量I/O接口 D103連接。
[0040]編碼器與驅(qū)動器的位置采集接口、信號中繼單元的第三模擬量I/O接口A103連接。[0041 ]直流供電單元的交流輸入端與電網(wǎng)連接，直流輸出端與繼電控制單元的接觸器主觸點輸入端連接。
[0042]如圖3所示，仿真控制器通過信號中繼單元的CANl與變槳控制器進行CAN通訊，接收變槳距系統(tǒng)的當(dāng)前槳角值用于變槳距系統(tǒng)狀態(tài)的模擬，同時模擬主控向變槳控制器發(fā)送目標(biāo)槳角位置指令。仿真控制器數(shù)字量輸出模塊與模擬量輸出模塊分別通過信號中繼單元的第一數(shù)字量I/o接口 D1l與第一模擬量I/O接口 A1l向變槳控制器發(fā)送數(shù)字量信號與模擬量信號，其中數(shù)字量信號用于模擬當(dāng)前變槳距系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如母線接觸器反饋、充電器反饋、防雷模塊反饋等，模擬量信號范圍為[_10V，+ 10V]，用于模擬手操盒調(diào)槳速度指令，適用于手操盒調(diào)槳速度指令經(jīng)由變槳控制器輸入的系統(tǒng)。
[0043]如圖4所示，仿真控制器數(shù)字量輸出模塊與模擬量輸出模塊還分別通過信號中繼單元的第二數(shù)字量I/O接口 D102與第二模擬量I/O接口 A102向驅(qū)動器發(fā)送數(shù)字量信號與模擬量信號，其中數(shù)字量信號用于模擬當(dāng)前變槳距系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如限位開關(guān)觸發(fā)、手動信號、驅(qū)動器使能信號等，模擬量信號范圍為[_10V，+10V]，用于模擬手操盒調(diào)槳速度指令，適用于手操盒調(diào)槳速度指令經(jīng)由驅(qū)動器輸入的系統(tǒng)。
[0044]如圖5所示，變槳控制器通過信號中繼單元的CAN2與驅(qū)動器進行CAN通訊，變槳控制器向驅(qū)動器發(fā)送速度指令及控制指令，如電機抱閘、驅(qū)動器使能等，驅(qū)動器向變槳控制器反饋狀態(tài)信息，如電機電流、電機轉(zhuǎn)速、驅(qū)動器母線電壓等。
[0045]如圖6所示，信號采集單元通過信號中繼單元的第三模擬量I/O接口A103向變槳控制器與驅(qū)動器發(fā)送模擬量信號，信號采集單元中的采集器采集變槳距系統(tǒng)中的模擬量信號，如后備電源電壓、驅(qū)動柜溫度、輪轂溫度等，并對信號進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，如電壓-電流轉(zhuǎn)換，可以適應(yīng)不同變槳控制器與驅(qū)動器模擬量輸入接口的差異性。編碼器的速度或位置信號也通過信號中繼單元的第三模擬量I/O接口 A103反饋給驅(qū)動器或變槳控制器。
[0046]如圖7所示，變槳控制器和驅(qū)動器通過信號中繼單元的第三模擬量I/O接口D103向繼電控制單元發(fā)送數(shù)字量控制指令，實現(xiàn)對驅(qū)動器直流供電電源的繼電控制。
【主權(quán)項】
1.一種風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，其特征在于，所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置包括一個仿真控制器、一個變槳控制器、至少一個驅(qū)動器、交流變槳電機、編碼器、直流供電單元、信號中繼單元、繼電控制單元、低壓供電單元，以及監(jiān)控變槳距系統(tǒng)運行的信號采集單元;所述的信號中繼單元分別與仿真控制器、變槳控制器、信號采集單元、繼電控制單元、低壓供電單元、編碼器、驅(qū)動器連接;所述的編碼器安裝在交流電機上，與驅(qū)動器連接;驅(qū)動器分別與直流供電單元和交流變槳電機連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，其特征在于，所述的低壓供電單元由開關(guān)電源組成，為所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置提供24V直流電;開關(guān)電源的交流輸入端與電網(wǎng)連接，開關(guān)電源的直流輸出端與信號中繼單元的24V供電接口連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，其特征在于，所述的仿真控制器的直流供電輸入端與信號中繼單元的24V供電接口連接;仿真控制器的通訊接口與信號中繼單元的CANl端口連接;仿真控制器的數(shù)字量輸出接口分別與信號中繼單元的第一數(shù)字量I /0接口 D11、第二數(shù)字量I /0接口 D102連接;仿真控制器的模擬量輸出接口與信號中繼單元的第一模擬量I/O接口 A1l、第二模擬量I/O接口 A102連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，其特征在于，所述的變槳控制器的直流供電輸入端與信號中繼單元的24V供電接口連接;變槳控制器的通訊接口與信號中繼單元的CAN2連接;變槳控制器的數(shù)字量輸入接口與信號中繼單元的第一數(shù)字量I/O接口 D1l連接;變槳控制器的模擬量輸入接口與第一模擬量I/O接口 A1l連接;變槳控制器的數(shù)字量輸出接口與信號中繼單元的第三數(shù)字量I /0接口 D103連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，其特征在于，所述的信號采集單元由多個可變電阻與溫度變送器組成;溫度變送器的直流供電輸入端與信號中繼單元的24V供電接口連接，溫度變送器的輸出端與信號中繼單元的第三模擬量I/O接口 A103連接;可變電阻的輸出端與溫度變送器的信號輸入端以及信號中繼單元的第三模擬量I/O接口 A103連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，其特征在于，所述的繼電控制單元由接觸器構(gòu)成，實現(xiàn)對驅(qū)動器直流工作電源的控制;接觸器的控制信號輸入端與信號中繼單元的第三數(shù)字量I/O接口 D103連接，接觸器主觸點的輸入端與直流供電單元的輸出端連接，主觸點的輸出端與驅(qū)動器的直流母線供電輸入端連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，其特征在于，所述的驅(qū)動器的直流母線供電輸入端與直流供電單元的輸出端之間串接繼電控制單元的接觸器主觸點；驅(qū)動器的位置采集接口與編碼器連接，動力輸出端與交流電機連接，通訊接口與信號中繼單元的CAN2連接，數(shù)字量輸入接口與信號中繼單元的第二數(shù)字量I/O接口 D102連接，模擬量輸入接口與信號中繼單元的第二模擬量I/0接口 Al02連接，數(shù)字量輸出接口與信號中繼單元的第三數(shù)字量I/O接口 D103連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，其特征在于，所述的編碼器與驅(qū)動器的位置采集接口、信號中繼單元的第三模擬量I/O接口 A103連接。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，其特征在于，所述的直流供電單元的交流輸入端與電網(wǎng)連接，直流供電單元的直流輸出端與繼電控制單元的接觸器主觸點輸入端連接。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電變槳控制系統(tǒng)模擬測試裝置，其特征在于，所述的仿真控制器通過信號中繼單元與變槳控制器進行CAN通訊，接收變槳距系統(tǒng)的當(dāng)前槳距角值，模擬主控系統(tǒng)發(fā)送控制指令和槳葉位置指令，將與變槳距系統(tǒng)相關(guān)的控制功能從主控控制器中分離出來，模擬無主控系統(tǒng)情況下的主控-變槳聯(lián)合調(diào)槳調(diào)試;并且，通過模擬量與數(shù)字量的組合輸出，模擬變槳距系統(tǒng)中的手操盒調(diào)槳功能;仿真控制器向信號中繼單元輸出I/O信號，模擬當(dāng)前變槳距系統(tǒng)的狀態(tài)，輸出的信號經(jīng)信號中繼單元，由變槳控制器和驅(qū)動器采集； 所述的變槳控制器接收仿真控制器輸出的控制指令，采集仿真控制器輸出的模擬量信號，并通過信號中繼單元向驅(qū)動器發(fā)送位置或速度指令，向繼電控制單元發(fā)送數(shù)字量控制指令； 所述的驅(qū)動器采集仿真控制器輸出的信號，同時采集編碼器的反饋信號，執(zhí)行變槳控制器的速度或位置指令，控制電機輸出，調(diào)節(jié)槳葉槳距角； 所述的交流變槳電機是變槳距系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳距角的末端執(zhí)行元件； 所述的編碼器是變槳距系統(tǒng)的速度、位置反饋元件； 所述的信號中繼單元由若干個接線端子組成，用于仿真控制器、信號采集單元輸出信號的匯集與再分配； 所述的信號采集單元用于采集、轉(zhuǎn)換監(jiān)控變槳距系統(tǒng)運行狀態(tài)所必需的模擬量信號，并通過信號中繼單元將信號傳送至變槳控制器或驅(qū)動器； 所述的繼電控制單元接收、執(zhí)行來自信號中繼單元的變槳控制器和驅(qū)動器數(shù)字量控制指令，實現(xiàn)對驅(qū)動器直流供電電源的繼電控制。
【文檔編號】G05B23/02GK205485601SQ201620006687
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月4日
【發(fā)明人】梁龍曉, 許洪華, 蘇曉東, 王亞非
【申請人】科諾偉業(yè)風(fēng)能設(shè)備（北京）有限公司, 北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司