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：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)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(fēng)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(fēng)電機(jī)組的輸入功率和風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)力功率大小，并且在不同工況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生任何故障時(shí)，都能保證槳葉迅速收槳，使風(fēng)機(jī)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(gè)風(fēng)電機(jī)組的安全，如果收槳失敗，特別是在風(fēng)速很大的情況下，將會(huì)損壞齒輪箱、剎車盤，甚至整個(gè)機(jī)組損壞的嚴(yán)重后果。現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域變槳系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有2種液壓變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電氣變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)。液壓變槳控制機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)力矩大、重量輕、剛度大、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠保證更加快速、準(zhǔn)確地把槳葉調(diào)節(jié)至設(shè)定節(jié)距，但液壓變槳距系統(tǒng)存在漏油、卡塞、不易維護(hù)等缺點(diǎn)。電氣變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)的。電氣變槳距系統(tǒng)沒有液壓變槳機(jī)構(gòu)那么復(fù)雜，便于維護(hù)，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(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步，電氣變槳距系統(tǒng)已經(jīng)受到了大多數(shù)整機(jī)廠家的青睞，越來越多國內(nèi)外大型整機(jī)廠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都采用了電氣變槳距機(jī)構(gòu)。而電氣變槳距機(jī)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(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，但直流電機(jī)具有電刷，存在需要經(jīng)常維護(hù)，體積大、重量大等問題，同時(shí)直流電機(jī)魯棒性也沒有交流電機(jī)強(qiáng)。交流變槳系統(tǒng)采用交流感應(yīng)電機(jī)和伺服電機(jī)，具備體積小、驅(qū)動(dòng)性能好的特點(diǎn)。蓄電池因?yàn)槌杀镜土⒓夹g(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(fēng)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(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，多次充放電會(huì)嚴(yán)重影響電池壽命和性能，且電池充放電管理復(fù)雜。在電網(wǎng)長時(shí)間掉電情況下，為了保證電池供電不間斷，還要進(jìn)行深度放電，導(dǎo)致電池使用壽命縮短，要經(jīng)常更換，同時(shí)在重新給電池充電時(shí)時(shí)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(gè)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(yīng)寒冷氣候。在風(fēng)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(dòng)電源都采用采用冗余互聯(lián)設(shè)計(jì)的方式，并在電網(wǎng)掉電和驅(qū)動(dòng)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(bào)道。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對目前風(fēng)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(jī)魯棒性差、采用交流感應(yīng)電機(jī)和伺服電機(jī)時(shí)以蓄電池為備份直流電源維護(hù)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)。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)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(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)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(shè)有限位開關(guān)，與各槳葉對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)上均設(shè)有編碼器，其特征在于a)每個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)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(dòng)模塊通過設(shè)在輸出端的主電源接觸器K1或K2或K3直接與對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1或M2或M3輸入端連接，同時(shí)，第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3通過第一冗余接觸器 FK1與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1輸入端連接，第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1通過第二冗余接觸器FK2與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2輸入端連接，第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊&通過第三冗余接觸器Hi3與第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3輸入端連接 各槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊分別通過主制動(dòng)接觸器B1或4或 與對應(yīng)的電機(jī)M1或M2或 M3的制動(dòng)線圈連接，同時(shí)，第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1通過制動(dòng)冗余接觸器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2 的制動(dòng)線圈連接，第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊A通過制動(dòng)冗余接觸器FB3與驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3的制動(dòng)線圈連接，第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3通過制動(dòng)冗余接觸器FB1與驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1的制動(dòng)線圈連接；c) 380V三相交流電源將分別通過接觸器GK1或GK2或GK3與對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1或 M2或M3輸入端連接，完成收槳后，槳葉觸及相應(yīng)的限位開關(guān)后，使相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)完成收槳?jiǎng)幼?；d)所述的備份直流電源為三個(gè)，它們分別與各槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的對應(yīng)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(gè)備份直流電源的輸出端分別與各自對應(yīng)的槳葉驅(qū)動(dòng)模塊的直流輸入DC-link端連接，同時(shí)，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(dòng)模塊&的直流輸入 DC-I ink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(dòng)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(dòng)模塊D1直流輸入DC-link端連接；e)PLC模塊與槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊之間設(shè)有通訊線。在本實(shí)用新型中所述的備份直流電源輸出端與槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的直流輸入端 DC-link之間設(shè)有隔離二極管DC。在本實(shí)用新型中所述的各備份直流電源中超級電容充電器輸出端還設(shè)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(yīng)的槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊提供工作電源，同時(shí)還通過隔離二極管向PLC模塊提供后備工作電源。在本實(shí)用新型中所述的各備份直流電源中還設(shè)有超級電容放電電阻和超級電容狀態(tài)監(jiān)控器，相應(yīng)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(hào)導(dǎo)入對應(yīng)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的Ainl和Ain2端口。在本實(shí)用新型中所述的380V三相交流電源與槳葉變槳驅(qū)動(dòng)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。[0019]在本實(shí)用新型中在各驅(qū)動(dòng)電機(jī)上設(shè)有編碼器和各槳葉安全位置設(shè)有限位開關(guān) LSl和LS2，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)通過編碼器傳遞到槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的X2端，限位開關(guān) LSl和LS2的電信號(hào)與對應(yīng)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的Din3和Din4端連接，同時(shí)傳遞到PLC模塊；當(dāng)槳葉完成收槳時(shí)，將觸及限位開關(guān)LSl或LS2，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)，完成收槳?jiǎng)幼?。在本?shí)用新型中所述的收槳是驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)槳葉，調(diào)節(jié)槳葉的葉面與風(fēng)向的夾角，減小風(fēng)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(fēng)向平行，風(fēng)力通過槳葉產(chǎn)生的推力為0，此時(shí)定義槳葉角度為90°。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)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(dòng)電源都采用冗余互聯(lián)設(shè)計(jì)，在電網(wǎng)掉電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下都能可靠收槳確保風(fēng)電設(shè)備的安全；本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，尤其是在電網(wǎng)掉電時(shí)， 若只有一個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)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(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊同時(shí)出現(xiàn)故障的情況下，可以保證兩片槳葉順利收槳，滿足風(fēng)電系統(tǒng)安全要求。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的變槳系統(tǒng)拓?fù)鋱D；圖2是本實(shí)用新型涉及的一個(gè)槳葉變槳控制示意圖。
具體實(shí)施方式
附圖非限制性地公開了本實(shí)用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例中涉及的主要元件及其來源PLC 模塊型號(hào) CX1001，來源于 Beckhoff。超級電容充電器型號(hào)CS10. 481，來源于PLUS。超級電容型號(hào)BM0D0165，來源于MAXWELL。超級電容狀態(tài)監(jiān)控器型號(hào)Supervisor For Ultracapacitor，來源于NGC。BOOSTER 升壓電路型號(hào) DC booster，來源于 NGC。24V直流開關(guān)電源型號(hào)cslOeMl，來源于PLUS。槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊型號(hào)S700，來源于Kollmorgen。編碼器型號(hào)AC58，來源于HENGSTLER。未列的其他元件均為本領(lǐng)域中的慣用標(biāo)準(zhǔn)件，可以直接外購。由圖1可見，本實(shí)用新型的實(shí)施例包括PLC模塊、交流電源、備份直流電源和三個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊，PLC模塊通過開關(guān)電源獲得直流工作電源，三個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1J2和M3均設(shè)有獨(dú)立的槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊Dp &和D3。每個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)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(dòng)模塊通過設(shè)在輸出端的主電源接觸器K1或K2或K3直接驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1或M2或M3,并通過主制動(dòng)接觸器B1或化或 與對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1或M2或M3的制動(dòng)線圈連接，當(dāng)主制動(dòng)接觸器接通開啟時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)放松，失電時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)被制動(dòng)。當(dāng)三個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊中至少有一個(gè)無故障，且有故障的槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊無法直接驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)收槳，在無故障的槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊直接驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)后，再由無故障的槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)有故障的槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)收槳，即當(dāng)三個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊中的只有一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，假設(shè)只有第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1出現(xiàn)故障，首先第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊A通過第二主接觸器K2驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī) M2收槳，第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3通過第三主接觸器K3驅(qū)動(dòng)第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3收槳，在第二槳葉和第三槳葉到達(dá)安全位置后，通過主制動(dòng)接觸器4、B3直接制動(dòng)對應(yīng)的電機(jī)M2、M3，再由第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3通過第一冗余接觸器Hi1驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1收槳，使第一槳葉運(yùn)行到安全位置，D3通過制動(dòng)冗余接觸器FB1制動(dòng)電機(jī)M1。假設(shè)只有第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D2出現(xiàn)故障，首先第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1通過第一主接觸器K1驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1 收槳，第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3通過第三主接觸器K3驅(qū)動(dòng)第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3收槳，在第一槳葉和第三槳葉到達(dá)安全位置后，通過主制動(dòng)接觸器BpB3直接制動(dòng)對應(yīng)的電機(jī)MpM3,再由第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1通過第二冗余接觸器FK2驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2收槳，使第二槳葉運(yùn)行到安全位置，D1通過制動(dòng)冗余接觸器？化制動(dòng)電機(jī)M2。假設(shè)只有第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊 D3出現(xiàn)故障，首先第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1通過第一主接觸器K1驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1收槳，第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊A通過第二主接觸器K2驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2收槳，在第一槳葉和第二槳葉到達(dá)安全位置后，通過主制動(dòng)接觸器4、B3直接制動(dòng)對應(yīng)的電機(jī)MpM2,再由第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊A通過第三冗余接觸器Hi3驅(qū)動(dòng)第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3收槳，使第三槳葉運(yùn)行到安全位置，D2通過制動(dòng)冗余接觸器冊3制動(dòng)電機(jī)M3。可見在一個(gè)驅(qū)動(dòng)器壞掉的情況下，可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)槳葉順利收槳；當(dāng)三個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊中的兩個(gè)同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，假設(shè)第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊 D1和第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D2同時(shí)出現(xiàn)故障，則第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3首先通過第三主電源接觸器K3驅(qū)動(dòng)第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3收槳，當(dāng)?shù)谌龢~到達(dá)安全位置后(制動(dòng)過程與上一節(jié)描述相同，特省略)，由第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3通過第一冗余接觸器Hi1，驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)虬收槳，使第一槳葉到達(dá)安全位置。假設(shè)第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D2和第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3同時(shí)出現(xiàn)故障，則第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1首先通過第一主電源接觸器K1驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1收槳，當(dāng)?shù)谝粯~到達(dá)安全位置后，由第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1通過第二冗余接觸器FK2，驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2收槳，使第二槳葉到達(dá)安全位置。假設(shè)第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1和第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3同時(shí)出現(xiàn)故障，則第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊A首先通過第二主電源接觸器K2驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2收槳，當(dāng)?shù)诙~到達(dá)安全位置后，由第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊込通過第三冗余接觸器Hi3，驅(qū)動(dòng)第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3收槳，使第三槳葉到達(dá)安全位置。可見在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)壞掉的情況下，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)槳葉順利收槳。三個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊都配有獨(dú)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(gè)備份直流電源的輸出端分別與各自對應(yīng)的槳葉驅(qū)動(dòng)器的直流輸入DC-link端連接，同時(shí)，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(dòng)器的直流輸入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)Iffi2與第三槳葉驅(qū)動(dòng)器的直流輸入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(dòng)器直流輸入DC-link端連接，可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)備份直流電源同時(shí)向其他驅(qū)動(dòng)模塊提供備份直流電源，滿足驅(qū)動(dòng)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(dòng)模塊的交流輸入端^C1連接；驅(qū)動(dòng)信號(hào)由X3輸出，制動(dòng)信號(hào)由&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(hào)導(dǎo)入槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的 Dinl，在備份直流電源輸出端與槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的直流輸入DC-link端之間設(shè)有隔離二極管DC，在電網(wǎng)掉電時(shí)，隔離二極管DC可以實(shí)現(xiàn)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊備份直流電源和交流電源的自動(dòng)切換。備份直流電源中超級電容充電器輸出端設(shè)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(yīng)的槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊提供工作電源，同時(shí)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(shè)有超級電容放電電阻和超級電容狀態(tài)監(jiān)控器，相應(yīng)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(hào)和電壓信號(hào)導(dǎo)入對應(yīng)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的 Ainl 和 Ain2 端口。在各驅(qū)動(dòng)電機(jī)上設(shè)有編碼器和各槳葉安全位置設(shè)有限位開關(guān)LS1和LS2,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)通過編碼器傳遞到槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的\端，限位開關(guān)LS1和的電信號(hào)與對應(yīng)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的Din3和Din4端連接，同時(shí)傳遞到PLC模塊；當(dāng)槳葉完成收槳時(shí)， 將觸及限位開關(guān)LS1或LS2,使驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)。在本實(shí)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(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)槳葉，調(diào)節(jié)槳葉的葉面與風(fēng)向的夾角，減小風(fēng)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(fēng)向平行，即槳葉角度在90°時(shí)，槳葉處于安全位置，風(fēng)力通過槳葉產(chǎn)生的推力為0在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明只要有一個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)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(gè)槳葉順利收槳。在電網(wǎng)掉電和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊同時(shí)壞掉的情況下，也可以滿足兩個(gè)槳葉順利收槳，滿足風(fēng)電系統(tǒng)安全要求。PLC模塊的工作電源為復(fù)式供電，即可以源于主回路開關(guān)電源提供的直流MV，也可以由備份直流電源中設(shè)置的備份開關(guān)電源提供，即當(dāng)380V三相交流電源正常供電時(shí)，PLC模塊的工作電源源于主開關(guān)電源提供的直流MV，當(dāng)380V三相交流電源出現(xiàn)故障導(dǎo)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(shè)置的備份開關(guān)電源提供的直流MV。確保在出現(xiàn)故障的狀態(tài)下PLC模塊工作穩(wěn)定。實(shí)際工作中，首先PLC初始化時(shí)后進(jìn)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(dāng)發(fā)現(xiàn)交流電源出現(xiàn)故障掉電后，立即通過各驅(qū)動(dòng)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(dòng)模塊狀態(tài)。假設(shè)出現(xiàn)故障的是第一槳葉驅(qū)動(dòng)模塊D1故障，則首先正常的第二驅(qū)動(dòng)模塊&和第三驅(qū)動(dòng)模塊D3分別將驅(qū)動(dòng)各自對應(yīng)的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2和第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3,使第二槳葉和第三槳葉都運(yùn)行到90 °安全位置，然后第三驅(qū)動(dòng)模塊D3再通過冗余互聯(lián)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1，使第一槳葉運(yùn)行到90°安全位置，此時(shí)PLC向風(fēng)電主控系統(tǒng)發(fā)送所有槳葉處在安全位置信號(hào)，完成收槳。假設(shè)第一驅(qū)動(dòng)模塊D1和第二驅(qū)動(dòng)模塊&同時(shí)出現(xiàn)故障，則首先第三驅(qū)動(dòng)模塊D3驅(qū)動(dòng)第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3,使第三槳葉運(yùn)行到90°安全位置，然后第三驅(qū)動(dòng)模塊D3再通過冗余互聯(lián)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1，使第一槳葉運(yùn)行到90°安全位置，此時(shí)PLC向風(fēng)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(hào)，完成收槳。當(dāng)發(fā)現(xiàn)三個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊都出現(xiàn)故障，則通過主控信號(hào)由交流電源通過接觸器GK1或GK2或GK3分別驅(qū)動(dòng)各電機(jī)，完成收槳。 以上各實(shí)施例不是對本實(shí)用新型的具體限制。
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(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)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(shè)有限位開關(guān)，與各槳葉對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)上均設(shè)有編碼器，其特征在于a)每個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)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(dòng)模塊通過設(shè)在輸出端的主電源接觸器K1或K2或K3直接與對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1或M2或M3輸入端連接，同時(shí)，第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3通過第一冗余接觸器Hi1 與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1輸入端連接，第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1通過第二冗余接觸器FK2與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2輸入端連接，第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊&通過第三冗余接觸器Hi3與第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3輸入端連接；各槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊分別通過主制動(dòng)接觸器B1或化或 與對應(yīng)的電機(jī)M1或M2或M3 的制動(dòng)線圈連接，同時(shí)，第一槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D1通過制動(dòng)冗余接觸器FB2與驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2 的制動(dòng)線圈連接，第二槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊A通過制動(dòng)冗余接觸器FB3與驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3的制動(dòng)線圈連接，第三槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊D3通過制動(dòng)冗余接觸器FB1與驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1的制動(dòng)線圈連接；c)380V三相交流電源將分別通過接觸器GK1或GK2或GK3與對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1或M2或 M3輸入端連接，完成收槳后，槳葉觸及相應(yīng)的限位開關(guān)后，使相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)完成收槳?jiǎng)幼?；d)所述的備份直流電源為三個(gè)，它們分別與各槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的對應(yīng)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(gè)備份直流電源的輸出端分別與各自對應(yīng)的槳葉驅(qū)動(dòng)模塊的直流輸入DC-link端連接，同時(shí)，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(dòng)模塊&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)Iffi2與第三槳葉驅(qū)動(dòng)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(dòng)模塊D1直流輸入DC-link端連接；e)PLC模塊與槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊之間設(shè)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)，其特征在于所述的備份直流電源輸出端與槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的直流輸入端DC-link之間設(shè)有隔離二極管DC。
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)，其特征在于所述的各備份直流電源中超級電容充電器輸出端還設(shè)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(yīng)的槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊提供工作電源，同時(shí)還通過隔離二極管向PLC模塊提供后備工作電源。
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還設(shè)有超級電容放電電阻和超級電容狀態(tài)監(jiān)控器，相應(yīng)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(hào)導(dǎo)入對應(yīng)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的Ainl和Ain2端口。
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 380V三相交流電源與槳葉變槳驅(qū)動(dòng)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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5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(dòng)電機(jī)上設(shè)有編碼器和各槳葉安全位置設(shè)有限位開關(guān)LSl和LS2，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)通過編碼器傳遞到槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的X2端，限位開關(guān)LSl和LS2的電信號(hào)與對應(yīng)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊的Din3和Din4端連接，同時(shí)傳遞到PLC模塊；當(dāng)槳葉完成收槳時(shí)，將觸及限位開關(guān)LSl或LS2，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)，完成收槳?jiǎng)幼鳌?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求6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(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)槳葉，調(diào)節(jié)槳葉的葉面與風(fēng)向的夾角，減小風(fēng)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(fēng)向平行，風(fēng)力通過槳葉產(chǎn)生的推力為 O0
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于超級電容的冗余電變槳系統(tǒng)，它的每個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊都含交流和備份直流兩路電源輸入；槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊通過主電源接觸器/主制動(dòng)接觸器直接驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在個(gè)別槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊出現(xiàn)故障后，無故障的槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊在驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)后，還可通過冗余接觸器去驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)與有故障的槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；三個(gè)槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊都出現(xiàn)故障時(shí)，由三相交流電直接驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；直流電源由超級電容充電器、超級電容和BOOSTER升壓電路組成，它們即為對應(yīng)的槳葉驅(qū)動(dòng)器的提供工作電源，又能為其他槳葉驅(qū)動(dòng)器提供工作電源；PLC模塊與槳葉變槳驅(qū)動(dòng)模塊之間設(shè)有通訊線。
文檔編號(hào)H02J9/06GK201963478SQ201020621539
公開日2011年9月7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(dòng)化設(shè)備制造有限公司