一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，包含變頻調(diào)速器、漿距控制器、風(fēng)輪、增速箱、發(fā)電機(jī)，所述變頻調(diào)速器、漿距控制器、風(fēng)輪、增速箱、發(fā)電機(jī)依次連接；在所述發(fā)電機(jī)上設(shè)有微控制器模塊以及與其連接的轉(zhuǎn)速傳感器和功率傳感器，所述微控制器模塊與變頻調(diào)速器連接；本發(fā)明采用變槳距機(jī)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)可使葉輪重量減輕，使整機(jī)的受力狀況大為改善，使風(fēng)電機(jī)組有可能在不同風(fēng)速下始終保持最佳轉(zhuǎn)換效率，使輸出功率最大，從而提高系統(tǒng)性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)越性顯得更加突出:既能提高風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的可靠性，又能保證高的風(fēng)能利用系數(shù)和不斷優(yōu)化的輸出功率曲線。采用變槳距機(jī)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)可使葉輪重量減輕，使整機(jī)的受力狀況大為改善，使風(fēng)電機(jī)組有可能在不同風(fēng)速下始終保持最佳轉(zhuǎn)換效率，使輸出功率最大，從而提高系統(tǒng)性能。隨著風(fēng)電機(jī)組功率等級(jí)的增加，采用變槳距技術(shù)已是大勢(shì)所趨。目前變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有兩種:
液壓變槳距和電動(dòng)變槳距，按其控制方式可分為統(tǒng)一變槳和獨(dú)立變槳兩種。在統(tǒng)一變槳基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的獨(dú)立變槳距技術(shù)，每支葉片根據(jù)自己的控制規(guī)律獨(dú)立地變化槳距角，可以有效解決槳葉和塔架等部件的載荷不均勻問(wèn)題，具有結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、易于施加各種控制、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到國(guó)際風(fēng)電市場(chǎng)的歡迎。
[0003]兆瓦級(jí)變速恒頻變槳距風(fēng)電機(jī)組是目前國(guó)際上技術(shù)比較先進(jìn)的風(fēng)力機(jī)型，從今后的發(fā)展趨勢(shì)看，必然取代定槳距風(fēng)力機(jī)而成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主力機(jī)型。其中變槳距技術(shù)在變速恒頻風(fēng)力機(jī)研究中占有重要地位，是變速恒頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前提條件。研究這種技術(shù)，可以提高風(fēng)電機(jī)組的柔性，延長(zhǎng)機(jī)組的壽命，是目前國(guó)外研究的熱點(diǎn)，但是國(guó)內(nèi)對(duì)此研究甚少。對(duì)這一前瞻性課題進(jìn)行立項(xiàng)資助，掌握具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的獨(dú)立變槳控制技術(shù)，對(duì)于打破發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的壟斷，促進(jìn)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展都將具有重要意義。
[0004]為了獲得足夠的起動(dòng)條件，在變槳距系統(tǒng)中需要具有高可靠性的控制器，本發(fā)明中采用了OMRON公司的CJlM系列可編程控制器(PLC)作為變槳距系統(tǒng)的控制器，設(shè)計(jì)了PLC軟件程序，并在國(guó)外某知名風(fēng)電公司風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上作了實(shí)驗(yàn)。
[0005]例如申請(qǐng)?zhí)枴?01310457332.8”的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用低電壓調(diào)控裝置，包括固態(tài)開(kāi)關(guān)、濾波電路、整流電路、有功消耗電路、第一大功率逆變器和第二大功率逆變器。本發(fā)明采用大功率電力電子變流器和固態(tài)開(kāi)關(guān)安裝在風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)之間，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生臨時(shí)短路故障而造成電網(wǎng)電壓下降時(shí)，快速提供有功功率和無(wú)功功率支撐，以維持風(fēng)機(jī)定子側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電壓恒定，從而保證風(fēng)機(jī)不脫網(wǎng)且穩(wěn)定并網(wǎng)運(yùn)行。不僅解決了風(fēng)力發(fā)電中存在的低電壓穿越這一技術(shù)難題，而且起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、抑制系統(tǒng)電壓波動(dòng)、提高電能質(zhì)量的作用，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)損耗，增加風(fēng)電廠發(fā)電，降低對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備的沖擊，更能避免風(fēng)電機(jī)組同時(shí)全部切除的情況;并且該系統(tǒng)三相完全獨(dú)立控制，可有效應(yīng)對(duì)對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)故障情況。
[0006]又如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01510137328.2”的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率因素季調(diào)控制系統(tǒng)，包括時(shí)鐘發(fā)生器，控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和放大器;時(shí)鐘發(fā)生器與控制器連接，時(shí)鐘發(fā)生器為控制器提供時(shí)間，控制器根據(jù)該時(shí)間對(duì)季節(jié)進(jìn)行計(jì)算，按季節(jié)變化發(fā)出調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率因素調(diào)整的數(shù)字;數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端連接控制器的輸出端，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將控制器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào);放大器的輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，放大器的輸出端連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，放大器將數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大后用于調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁電流。本發(fā)明可使風(fēng)力發(fā)電機(jī)在季節(jié)變化時(shí)，其功率因素自動(dòng)發(fā)生改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，包含變頻調(diào)速器、漿距控制器、風(fēng)輪、增速箱、發(fā)電機(jī)，所述變頻調(diào)速器、漿距控制器、風(fēng)輪、增速箱、發(fā)電機(jī)依次連接;在所述發(fā)電機(jī)上設(shè)有微控制器模塊以及與其連接的轉(zhuǎn)速傳感器和功率傳感器，所述微控制器模塊與變頻調(diào)速器連接；
所述變頻調(diào)速器包含檢測(cè)模塊、控制模塊、人機(jī)交互模塊、三相電源、移相變壓器、五電平逆變器，所述三相電源、移相變壓器、五電平逆變器依次相連，所述三相電源、移相變壓器、五電平逆變器的輸出端連接檢測(cè)模塊的輸入端;所述檢測(cè)模塊的輸出端連接控制模塊的輸入端，所述控制模塊的輸出端連接人機(jī)交互模塊和五電平逆變器的輸入端。
[0008]作為本發(fā)明一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述發(fā)電機(jī)采用額定功率為550kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0009]作為本發(fā)明一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)速傳感器的芯片型號(hào)為A5S05。
[0010]作為本發(fā)明一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機(jī)。
[0011]作為本發(fā)明一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述五電平逆變器的芯片型號(hào)為IGCT。
[0012]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、本發(fā)明可以有效的提高風(fēng)電機(jī)組的柔性，延長(zhǎng)機(jī)組的壽命；
2、本發(fā)明采用變槳距機(jī)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)可使葉輪重量減輕，使整機(jī)的受力狀況大為改善，使風(fēng)電機(jī)組有可能在不同風(fēng)速下始終保持最佳轉(zhuǎn)換效率，使輸出功率最大，從而提高系統(tǒng)性能。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，包含變頻調(diào)速器、漿距控制器、風(fēng)輪、增速箱、發(fā)電機(jī)，所述變頻調(diào)速器、漿距控制器、風(fēng)輪、增速箱、發(fā)電機(jī)依次連接;在所述發(fā)電機(jī)上設(shè)有微控制器模塊以及與其連接的轉(zhuǎn)速傳感器和功率傳感器，所述微控制器模塊與變頻調(diào)速器連接； 所述變頻調(diào)速器包含檢測(cè)模塊、控制模塊、人機(jī)交互模塊、三相電源、移相變壓器、五電平逆變器，所述三相電源、移相變壓器、五電平逆變器依次相連，所述三相電源、移相變壓器、五電平逆變器的輸出端連接檢測(cè)模塊的輸入端;所述檢測(cè)模塊的輸出端連接控制模塊的輸入端，所述控制模塊的輸出端連接人機(jī)交互模塊和五電平逆變器的輸入端。
[0015]其中，所述發(fā)電機(jī)采用額定功率為550kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述轉(zhuǎn)速傳感器的芯片型號(hào)為A5S05，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機(jī)，所述五電平逆變器的芯片型號(hào)為IGCT。
[0016]本發(fā)明可以有效的提高風(fēng)電機(jī)組的柔性，延長(zhǎng)機(jī)組的壽命;本發(fā)明采用變槳距機(jī)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)可使葉輪重量減輕，使整機(jī)的受力狀況大為改善，使風(fēng)電機(jī)組有可能在不同風(fēng)速下始終保持最佳轉(zhuǎn)換效率，使輸出功率最大，從而提高系統(tǒng)性能。
[0017]變槳距調(diào)速是現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要的調(diào)速方式之一。調(diào)速裝置通過(guò)增大槳距角的方式減小由于風(fēng)速增大使葉輪轉(zhuǎn)速加快的趨勢(shì)。當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，變槳距液壓缸動(dòng)作，推動(dòng)葉片向槳距角增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)使葉片吸收的風(fēng)能減少，維持風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。當(dāng)風(fēng)速減小時(shí)，實(shí)行相反操作，實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪吸收的功率能基本保持恒定。液壓控制系統(tǒng)具有傳動(dòng)力矩大、重量輕、剛度大、定位精確、液壓執(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)確地把葉片調(diào)節(jié)至預(yù)定節(jié)距。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和運(yùn)行的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變距裝置大多采用液壓系統(tǒng)作為動(dòng)力系統(tǒng)。
[0018]在發(fā)動(dòng)機(jī)并入電網(wǎng)之前由速度控制器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)進(jìn)行變槳距控制，根據(jù)轉(zhuǎn)速及風(fēng)速信號(hào)來(lái)確定槳葉處于待機(jī)或順槳位置;發(fā)動(dòng)機(jī)并入電網(wǎng)之后，功率控制器起作用，功率調(diào)節(jié)器通常采用PI控制，功率誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)PI運(yùn)算后得到槳距角位置。
[0019]當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在停機(jī)狀態(tài)時(shí)，槳距角處于90毅的位置，這時(shí)氣流對(duì)槳葉不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；當(dāng)風(fēng)力機(jī)由停機(jī)狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)時(shí)，槳距角由90毅以一定速度(約I毅/s)減小到待機(jī)角度(本系統(tǒng)中為15毅)；若風(fēng)速達(dá)到并網(wǎng)風(fēng)速，槳距角繼續(xù)減小到3毅(槳距角在3毅左右時(shí)具有最佳風(fēng)能吸收系數(shù))；發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)，使槳距角保持在3毅不變；當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，根據(jù)功率反饋信號(hào)，控制器向比例閥輸出-10?+10 V的電壓，控制比例閥輸出流量的方向和大小。變槳距液壓缸按比例閥輸出的流量和方向來(lái)操縱葉片的槳距角，使輸出功率維持在額定功率附近。若出現(xiàn)故障或有停機(jī)命令時(shí)，控制器將輸出迅速順槳命令，使得風(fēng)力機(jī)能快速停機(jī)，順槳速度可達(dá)20毅/s。
[0020]一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，包含速度控制器、功率控制器、漿距控制器、風(fēng)輪、增速箱、發(fā)電機(jī)，所述速度控制器、功率變換器分別連接依次連接的漿距控制器、風(fēng)輪、增速箱、發(fā)電機(jī);在所述發(fā)電機(jī)上設(shè)有微控制器模塊以及與其連接的轉(zhuǎn)速傳感器、功率傳感器和顯示模塊;所述微控制器模塊分別與速度控制器和功率控制器連接。
[0021]本發(fā)明可以有效的提高風(fēng)電機(jī)組的柔性，延長(zhǎng)機(jī)組的壽命;本發(fā)明采用變槳距機(jī)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)可使葉輪重量減輕，使整機(jī)的受力狀況大為改善，使風(fēng)電機(jī)組有可能在不同風(fēng)速下始終保持最佳轉(zhuǎn)換效率，使輸出功率最大，從而提高系統(tǒng)性能。
[0022]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下發(fā)明中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0023]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:包含變頻調(diào)速器、漿距控制器、風(fēng)輪、增速箱、發(fā)電機(jī)，所述變頻調(diào)速器、漿距控制器、風(fēng)輪、增速箱、發(fā)電機(jī)依次連接;在所述發(fā)電機(jī)上設(shè)有微控制器模塊以及與其連接的轉(zhuǎn)速傳感器和功率傳感器，所述微控制器模塊與變頻調(diào)速器連接； 所述變頻調(diào)速器包含檢測(cè)模塊、控制模塊、人機(jī)交互模塊、三相電源、移相變壓器、五電平逆變器，所述三相電源、移相變壓器、五電平逆變器依次相連，所述三相電源、移相變壓器、五電平逆變器的輸出端連接檢測(cè)模塊的輸入端;所述檢測(cè)模塊的輸出端連接控制模塊的輸入端，所述控制模塊的輸出端連接人機(jī)交互模塊和五電平逆變器的輸入端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)電機(jī)采用額定功率為550kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)速傳感器的芯片型號(hào)為A5S05。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器模塊采用AVR系列單片機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于變頻調(diào)速器的風(fēng)力電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于:所述五電平逆變器的芯片型號(hào)為IGCT。
【文檔編號(hào)】H02P9/00GK105827166SQ201610172602
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】胡國(guó)良
【申請(qǐng)人】蘇州合欣美電子科技有限公司