[发明专利]一种风电机组变频装置及偏航系统

说明书

本发明公开了一种风电机组变频装置及偏航系统，其中变频装置包括：控制部，用于与偏航系统的主控柜连接，以及接收主控柜的偏航命令，并生成电机驱动指令和模式切换信号；变频部，与控制部连接，用于与主控柜连接，以及接收控制部发出的电机驱动指令，并根据电机驱动指令驱动偏航系统的偏航电机；开关部，与控制部和变频部连接，用于与主控柜、偏航电机和偏航系统的液压系统连接，以及接收控制部发出的模式切换信号，并根据模式切换信号切换变频模式和直投模式。本发明的变频装置嵌入偏航系统后，使得偏航系统同时具备变频模式和直投模式，且无需更改机舱主控程序。

技术领域

本发明属于风力发电设备领域，特别是涉及一种风电机组变频装置及偏航系统。

背景技术

风能是一种无污染可持续利用的资源，合理有效的开发风能能带来巨大的经济、社会及环保效益，目前我国风电机组的单机容量已到达兆瓦等级，具备很强劲的发展前景。偏航系统是风电机组特有的伺服系统，它主要功能有：可用风速范围内能够自动准确对风，非可用风速范围能够90度侧风，单向偏航行程过长时能够自动解除电缆等，继而使风机能够安全平稳可靠的运行，高效地利用风能。多数风机的偏航系统一般包括：风向标、风速仪、偏航电机、回转体大齿轮、偏航行星齿轮减速器等。其偏航原理如下：感应风向标的风向信号传递到机舱主控柜，经过计算比较后主控柜给偏航电机发出左或右偏航命令，偏航电机通过同轴联接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风。当完成偏航对风后，偏航电机停止工作，偏航过程结束。

如图1所示，目前风电机组偏航控制系统由较为简单的电气控制和4个偏航电机组成。三相AC400V接偏航供电断路器QF01的输入端，偏航供电断路器QF01的输出端的A相接左偏航接触器KM01输入端的C相和右偏航接触器KM02输入端的A相；偏航供电断路器QF01输出端的B相接左偏航接触器KM01输入端的B相和右偏航接触器KM02输入端的B相；偏航供电断路器QF01输出端的C相接左偏航接触器KM01输入端的A相和右偏航接触器KM02输入端的C相；左偏航接触器KM01输出端的A,B,C三相分别与右偏航接触器KM02输出端的A,B,C三相连接，再分别与4个偏航电机的保护断路器的输入端A,B,C三相连接，4个保护断路器输出端的A,B,C三相分别与对应的偏航电机的U,V,W三相连接。

目前机舱主控柜的偏航信号包含四个信号：高/低液压命令,左偏航命令，右偏航命令，电磁刹车电源。偏航启动和方向通过机舱主控柜发出偏航命令驱动相应的偏航接触器来实现。在机舱主控柜发出左或右偏航指令的同时也发出低液压命令，驱动液压系统从高液压切回低液压。此外偏航电机刹车电源依次接左偏航接触器和右偏航接触器的常闭NC辅助触头，确保偏航过程电机电磁阀失电抱闸松开，偏航结束后电机电磁阀得电抱闸。这种简单偏航控制带来如下问题：

其一，偏航启动时4台电机直接投切（简称直投，下同）驱动，必然造成大的电流冲击和机械冲击，一方面对电机造成电气和机械损伤，造成偏航齿轮箱损伤，另一方面大的电流冲击影响供电源质量，影响其它设备的正常运行。

其二，4台电机的齿轮箱间隙不完全一致，这种直投模式可能使得各偏航电机的负载不相同，间隙小的负载大，间隙大的负载小，一方面负载大的电机可能过载保护跳闸损害发电量，甚至电机烧毁，另一方面可能使得负载大的齿轮箱损伤增大维护成本。

其三，直投模式无法实现电制动，偏航制动过程中机舱的动能要靠电机的刹车盘和液压系统吸收，导致制动系统的磨耗大，制动产生的铁屑要经常清理，增加了维持工作量。

此外，目前市面上也有变频偏航的设备，其采用的是1拖4的通用变频器替换原直投模式实现软起动软停止，但是需要更改机舱主控柜的主控程序，主控程序涉及风机的安全链，风险高，而且1拖4的通用变频器不具备容错设计，当发生故障时偏航系统停止损害发电量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风电机组变频装置及偏航系统。