[实用新型]风力发电机的变桨控制单元及其装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机的变桨控制装置，特别涉及采用交流异步电机的风力发电机的变桨控制单元及其装置。

背景技术

变桨系统是保障风力发电机整体安全性的关键环节，风力发电机在工作过程中通过调节变桨系统的桨叶角度来进行功率调节。为了保障风力发电机的整体安全，必须在出现任何故障的情况下都要保证桨叶能够可靠顺桨和刹车制动。顺桨就是调节桨叶向90度角的方向转动，使得风机转速下降，顺桨失败可能使风机带来齿轮箱损毁甚至塔架倒塌等灾难性后果。

现有的变桨系统一般采用伺服电机进行桨叶驱动，伺服电机对桨叶进行伺服控制。所谓的伺服控制，是指对物体的运动的有效控制，变桨系统中的伺服电机对桨叶转动的速度、位置、加速度进行控制，变桨系统中的伺服电机可分为交流伺服电机和直流伺服电机。直流伺服电机可进一步分为有刷电机和无刷电机。交流伺服电机属于无刷电机，其可进一步分为同步和异步电机。

目前，风力发电中的变桨系统更多地采用直流伺服电机带动桨叶顺桨，直流伺服电机的优点在于可以使变桨控制系统实现可靠顺桨，当出现主电源断电故障时，由于直流伺服电机采用备用直流电源供电，因此可将电机的电枢绕组接到备用电源进行顺桨，无需其他变换设备，但是直流电机具有换向装置的维护和可靠性不稳定的问题。而现有的交流电机方案在交流电源掉电时，必须通过电力电子逆变装置才能获取电能以完成顺桨，比直流方案多了一个逆变环节，从而降低了顺桨的可靠度。

如中国专利申请“变桨距控制装置”(申请号：200420002630.4)，公开了使用备用电源，使桨叶在电网掉电等意外情况下可靠顺桨，保证机组安全的方法，但其并未考虑伺服控制器在发生故障时，无法完成顺桨的情况。

为了解决上述技术问题，即同时兼顾电网掉电和伺服控制器发生故障两种情况下的变桨控制系统的正常操作，如中国发明专利申请“一种用于风电发电变桨的冗余控制系统及方法”(申请号：200910090287.0)，公开了一种变桨控制系统，包括：三套变桨控制系统，其中每套变桨控制系统进一步包括：伺服控制器、变桨电机、备用直流电源、主接触器组和制动装置。然而，由于系统中增加了许多冗余控制电路(比如，主接触器组和制动装置)等，因而极大地增加了系统的制作成本和系统电路的设计难度。

进一步而言，直流伺服电机的制造工艺一般比较复杂，且成本也较高。随着并网风电装机总容量不断地增加，需要不断地提高变桨系统的可靠性、安全性，并且要求降低制造、控制成本。因此，在变桨系统中，交流伺服电机逐渐取代直流伺服电机已经成为一种不可改变的趋势。与直流伺服电机相比，交流伺服电机，具有制造工艺简单，成本低，免维护的特点。但是，交流异步电机在伺服驱动器故障时不能直接连接到备用直流电源顺桨，这是交流异步电机应用到变桨系统的一个安全隐患。因此，中国发明专利申请“一种用于风电发电变桨的冗余控制系统及方法”所公开的一种变桨控制系统中的伺服电机也无法采用交流异步电机。

因此，本领域亟待需要一种采用交流异步电机的风力发电机的变桨控制装置，其能够在电网掉电或伺服控制器发生故障情况下，交流异步电机能够正常工作，以继续完成顺桨工作的变桨控制系统，并且该变桨控制系统的设计复杂度和制造成本都较低。

综上所述，在风机变桨系统中，只要能提高交流电机驱动系统在断电故障下的顺桨可靠性，交流电机系统就能取代直流电机系统，最大程度地发挥交流驱动系统的优势。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供能够在电网掉电或伺服控制器发生故障情况下，通过交流异步电机完成顺桨操作的变桨控制单元及其装置，并且该变桨控制系统的设计复杂度和制造成本都较低。

本实用新型提供一种采用交流异步电机的风力发电机的变桨控制单元，包括：三相交流电源、伺服控制器、备用直流电源和交流异步电机，所述三相交流电源的输出端连接至所述伺服电源的输入端；其特征在于：所述伺服控制器包括：伺服电源、伺服驱动器和控制开关子单元，其中所述伺服电源的正、负输出端连接至所述伺服驱动器的正、负输入端，所述伺服驱动器的输出端连接至所述交流异步电机；所述备用直流电源的正极连接至开关二极管的阳极，并且所述备用直流电源的负极连接至所述伺服驱动器的输入端，以及所述开关二极管的阴极连接至所述伺服电源的正输出端；所述伺服驱动器的信号输出端连接至所述控制开关子单元；以及所述交流异步电机通过所述控制开关子单元连接至所述三相交流电源。

进一步地，所述伺服驱动器包括可编程控制器。

进一步地，所述控制开关子单元包括：第一控制开关和第二控制开关。