一种直驱式海上型变桨控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种直驱式海上型变桨控制系统，包括防雷系统和控制系统；所述控制系统包括PLC控制器、通讯装置、直流电机驱动器、后备电源、直流电机、叶片以及故障诊断装置；所述PLC控制器与直流电机驱动器电气连接；所述PLC控制器与通信装置通信连接；所述直流电机驱动器与直流电机的输入端连接；所述后备电源与直流电机的输入端连接；所述叶片安装于直流电机上；所述PLC控制器、直流电机驱动器、通信系统、后备电源均与故障诊断装置连接。所述装置具备防雷功能，和全方面故障报警的诊断和保护，可以适应海上极端环境，在盐雾、紫外线和腐蚀等恶劣条件下的正常工作。
【专利说明】
一种直驱式海上型变桨控制系统
技术领域
[0001]本实用新型属于风电机组的变桨控制技术领域，具体地，涉及一种直驱式海上型变桨控制系统。【背景技术】
[0002]海上风电由于其资源丰富、风速稳定、对环境的负面影响较少;允许机组制造更为大型化，从而可以增加单位面积的总装机量;可以大规模开发等优势，一直受到风电开发商的关注。
[0003]欧盟国家是海上风电的先行者，已经有10年的海上风电运行的成功经验。我国也已经着手开发海上型风力发电，主要为近海型，一旦时机成熟，将着手推动海上风电的更大规模发展。
[0004]虽然海上开发有许多特殊制约条件，如盐雾问题导致的防腐问题，施工问题等，但是经过对现有海上风电场与风电设备的考察发现，海上风电设备的故障率远低于陆上。投资大和成本高将是制约海上风电开发的主要因素。但海上风电场拥有优越的风资源，不占用陆地面积等显著优点，它的经济价值和社会价值正得到越来越多的认可。
[0005]我国目前主要存在如下专利:
[0006]专利公开号:CN202402210U，公开了一种用于海上大功率风电机组的变桨系统，包括每个叶片上独立的变桨驱动系统、变桨控制系统、限位开关、角度编码器和滑环，所述的变桨驱动系统安装在机舱前部的轮毂内，其通信和动力是通过与机舱内的主控制系统相连的滑环来实现的;所述的变桨控制系统的作用是将来自机舱内主控制系统的指令分发给各驱动器，并将角度编码器、旋转编码器、限位开关和叶根传感器检测到的相关信号实时反馈给主控制系统。本实用新型通过在叶根安装受力加速度传感器检测叶片在不同位置的不同受力并反馈给变桨控制系统，变桨控制系统给驱动系统发出相应的指令，从而达到单独修正桨距角的大小，是完全独立的变桨系统。然而，该系统不具备防雷功能，没有全方面故障报警的诊断和保护，且无法解决风场电压波动引起主机停机的难题，在驱动器出现故障时切换到直流供电，无法保证桨叶收到安全位置。【实用新型内容】
[0007]为解决上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种直驱式海上型变桨控制系统。
[0008]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种直驱式海上型变桨控制系统，其特征在于，包括防雷系统和控制系统;所述控制系统包括PLC控制器、通讯装置、直流电机驱动器、后备电源、直流电机、叶片以及故障诊断装置;所述PLC控制器与直流电机驱动器电气连接;所述PLC控制器与通信装置通信连接;所述直流电机驱动器包括第一旋转变压器、第二旋转变压器、减速系统和控制器;所述第一旋转变压器通过减速系统与直流电机连接;所述控制器采用位置环、速度环和电流环三闭环控制;所述控制器的输入端与第一旋转变压器连接，输出端与直流电机的输入端连接;第二旋转变压器的输入端与直流电机连接， 其输出端与速度环的输入端连接；电流环的输出端与三相桥连接，通过三相桥控制直流电机;所述后备电源与直流电机的输入端连接;所述叶片安装于直流电机上;所述PLC控制器、 直流电机驱动器、通信系统、后备电源均与故障诊断装置连接。
[0009]进一步地，所述控制系统还包括信息处理单元和外围监测设备，所述外围监测设备输出端与信息处理单元输入端连接，所述PLC控制器输入端与信息处理单元输出端连接； 所述信息处理单元和外围监测设备均与故障诊断装置连接。
[0010]另，所述防雷系统采用TT系统防雷和TN系统防雷相结合的方式。[〇〇11]另有，所述通讯装置采用以太网或Prof ibus或CAN-BUS的通信方式。[〇〇12]再，所述叶片为三轴浆叶。
[0013] 再有，所述PLC控制器为ARM处理器。[〇〇14]且，所述故障诊断装置采用TwinSAFE系统管理器。
[0015]本实用新型的有益效果在于:包括海上型主控系统各种防雷技术的应用，强电采用TT系统防雷和TN系统防雷相结合的方式，具有很好的防雷效果；电气和软件双重安全链， 并采用全新的TwinSAFE系统管理器，具有很高的安全系数保障和全方面故障报警的诊断和保护，可以适应极端环境，在盐雾、紫外线和腐蚀等恶劣条件下能正常工作;根据功能需求不同分别采用以太网、Profibus、CAN-BUS通信方式，满足不同的通信需要;采用多轴同步的位置环、速度环和电流环的闭环控制使三轴桨叶运动及负载一致，确保风机安全稳定工作； 直流电机驱动器的交/直流供电切换系统，解决了风场电压波动引起主机停机的难题;后备电源的设计保证了在驱动器出现故障时切换到直流供电，保证桨叶收到安全位置;还可以防止风电机组运行影响海鸟居住，保护了环境。【附图说明】
[0016]图1为本实用新型所提供的一种直驱式海上型变桨控制系统的结构图。
[0017]图2为本实用新型所提供的一种直驱式海上型变桨控制系统的直流电机驱动器和直流电机的结构图。【具体实施方式】
[0018]以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
[0019]参照图1?图2,本实用新型所提供的一种直驱式海上型变桨控制系统，包括:防雷系统和控制系统;所述控制系统包括PLC控制器、通讯装置、直流电机驱动器、后备电源、直流电机、叶片以及故障诊断装置;所述PLC控制器与直流电机驱动器电气连接;所述PLC控制器与通信装置通信连接;所述直流电机驱动器包括第一旋转变压器、第二旋转变压器、减速系统和控制器;所述第一旋转变压器通过减速系统与直流电机连接;所述控制器采用位置环、速度环和电流环三闭环控制;所述控制器的输入端与第一旋转变压器连接，输出端与直流电机的输入端连接;第二旋转变压器的输入端与直流电机连接，其输出端与速度环的输入端连接；电流环的输出端与三相桥连接，通过三相桥控制直流电机;所述后备电源与直流电机的输入端连接;所述叶片安装于直流电机上;所述PLC控制器、直流电机驱动器、通信系统、后备电源均与故障诊断装置连接。
[0020]进一步地，所述控制系统还包括信息处理单元和外围监测设备，所述外围监测设备输出端与信息处理单元输入端连接，所述PLC控制器输入端与信息处理单元输出端连接； 所述信息处理单元和外围监测设备均与故障诊断装置连接。
[0021]另，所述防雷系统采用TT系统防雷和TN系统防雷相结合的方式。[〇〇22]另有，所述通讯装置采用以太网或Prof ibus或CAN-BUS的通信方式。[〇〇23]再，所述叶片为三轴浆叶。[〇〇24] 再有，所述PLC控制器为ARM处理器。[〇〇25]且，所述故障诊断装置采用TwinSAFE系统管理器。
[0026]本实用新型包括海上型主控系统各种防雷技术的应用，强电采用TT系统防雷和TN 系统防雷相结合的方式，具有很好的防雷效果；电气和软件双重安全链，并采用全新的 TwinSAFE系统管理器，具有很高的安全系数保障和全方面故障报警的诊断和保护，可以适应极端环境，在盐雾、紫外线和腐蚀等恶劣条件下能正常工作;根据功能需求不同分别采用以太网、Profibus、CAN-BUS通信方式，满足不同的通信需要;采用多轴同步的位置环、速度环和电流环的闭环控制使三轴桨叶运动及负载一致，确保风机安全稳定工作;直流电机驱动器的交/直流供电切换系统，解决了风场电压波动引起主机停机的难题;后备电源的设计保证了在驱动器出现故障时切换到直流供电，保证桨叶收到安全位置;还可以防止风电机组运行影响海鸟居住，保护了环境。[〇〇27]本实用新型所提供的一种直驱式海上型变桨控制系统的使用方式如下:PLC控制器控制直流电机驱动器的工作，通过直流电机驱动器驱动直流电机，带动电机上的叶片旋转。所述直流电机驱动器的第一旋转变压器用于测量所述关节的位置信息，所述第二旋转变压器用于测量所述电机的转子位置，所述电机的转子位置用于计算电机的速度信息作为速度反馈，形成电机的速度环控制，所述控制器根据所述电机的定位要求的控制精度和所述齿隙设置位置环的期望值，所述关节的位置信息经反馈后通过所述控制器的位置环调节，所述位置环的输出值作为速度环的期望值，所述速度环的期望值与电机速度反馈值比较后，经速度环调节，将所述速度环的输出值作为电流环的期望值，最后经电流环和三相桥的调节，完成三闭环控制，让电机运行到期望位置。PLC控制器通过通讯装置和远处基站取得联系。当有异物经过时，通过信息处理单元对外围监测设备的信息做出快速处理，把模拟信号转化成电信号并通过PLC控制器作出制动命令，减缓叶片转。当遭遇雷击时，防雷系统引导雷电，避免其对控制系统造成直接伤害。
[0028]需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。
【主权项】
1.一种直驱式海上型变桨控制系统，其特征在于，包括防雷系统和控制系统;所述控制 系统包括PLC控制器、通讯装置、直流电机驱动器、后备电源、直流电机、叶片以及故障诊断 装置;所述PLC控制器与直流电机驱动器电气连接;所述PLC控制器与通信装置通信连接;所 述直流电机驱动器包括第一旋转变压器、第二旋转变压器、减速系统和控制器;第一旋转变 压器通过减速系统与直流电机连接;所述控制器采用位置环、速度环和电流环三闭环控制； 所述控制器的输入端与第一旋转变压器连接，输出端与直流电机的输入端连接;第二旋转 变压器的输入端与直流电机连接，其输出端与速度环的输入端连接；电流环的输出端与三 相桥连接，通过三相桥控制直流电机;所述后备电源与直流电机的输入端连接;所述叶片安 装于直流电机上;所述PLC控制器、直流电机驱动器、通信系统、后备电源均与故障诊断装置 连接。2.根据权利要求1所述的一种直驱式海上型变桨控制系统，其特征在于，所述控制系统 还包括信息处理单元和外围监测设备，所述外围监测设备输出端与信息处理单元输入端连 接，所述PLC控制器输入端与信息处理单元输出端连接;所述信息处理单元和外围监测设备 均与故障诊断装置连接。3.根据权利要求1所述的一种直驱式海上型变桨控制系统，其特征在于，所述防雷系统 采用TT系统防雷和TN系统防雷相结合的方式。4.根据权利要求1所述的一种直驱式海上型变桨控制系统，其特征在于，所述通讯装置 采用以太网或Prof ibus或CAN-BUS的通信方式。5.根据权利要求1所述的一种直驱式海上型变桨控制系统，其特征在于，所述叶片为三 轴浆叶。6.根据权利要求1所述的一种直驱式海上型变桨控制系统，其特征在于，所述PLC控制 器为ARM处理器。7.根据权利要求1所述的一种直驱式海上型变桨控制系统，其特征在于，所述故障诊断 装置采用TwinSAFE系统管理器。
【文档编号】F03D17/00GK205689360SQ201620453527
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月18日 公开号201620453527.4, CN 201620453527, CN 205689360 U, CN 205689360U, CN-U-205689360, CN201620453527, CN201620453527.4, CN205689360 U, CN205689360U
【发明人】孙志国
【申请人】苏州能健电气有限公司