一種雙電機同步控制變槳系統的制作方法
本發明屬于風力發電機組技術領域，特別適用于大機型的變槳控制系統的雙電機同步控制變槳系統。
背景技術：
變槳控制系統是風力發電機控制系統的重要組成部分，小機型的定槳控制除外，兆瓦級以上風機都采用變槳控制。主要是根據風力大小，調節槳葉的迎風面，控制發電機功率的恒定輸出。
一套完整的變槳控制系統一般包括控制柜，后備電源柜，電機，減速機，外圍控制部件等。控制柜是整個系統的主要組成部分，上位機，驅動器，電氣元件通過組合與邏輯控制實現變槳控制的基本功能。
其他部件作為整套系統的外圍驅動或者信號采集模塊，配合控制柜實現所有功能。
目前國內主要風力發電機，都采用的是一個電機控制環來單獨控制槳葉。
1這種設計模式沒有冗余，當電機控制環主要部件出現故障的時候不能確保安全收槳，存在安全隱患。
2維護更換施工困難，當風機吊裝運行后，如果電機控制環出現大部件損壞需要更換，由于進出輪轂空間有限，電機，減速機，控制器等更換將十分麻煩。
3控制效果不精確，隨著風力資源的開發，越來越追求單機無故障穩定運行，以及功率曲線。控制不精確將導致風機功率曲線不達標等問題。
4單獨電機環控制模式在大功率機組輪轂布局方面存在問題，大功率風機槳葉必然加長，隨之帶來的載荷增大，導致電機，減速機，控制柜，后備電源箱等部件體積過大，輪轂內空間有限，甚至出現干涉情況。維護人員也不易維護。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在于提供一種能夠解決傳統變槳系統不足的雙電機同步控制變槳系統，通過兩套電機控制環，實現安全上的硬件備份，同步控制器的安裝，控制精度得以提高同時每套控制環對應的負載能力減小，體積減小，對應的更換，干涉問題得以解決。
本發明采用如下的技術方案：
一種雙電機同步控制變槳系統，包括兩套電機控制環和一個同步控制器，其中，兩套電機控制環同時帶動負載槳葉運動，所述同步控制器通過采集兩套電機控制環輸出的實時速度信息與位置信息，進行差速負反饋信號的分析后，對兩套電機控制環的電機進行控制。
進一步地，所述電機控制環，
包括邏輯控制模塊，用于存儲邏輯程序，并根據同步控制器的差速負反饋信號作為補償信息對參數進行重新配置；
變槳電機驅動模塊，用于接收邏輯控制模塊的參數信息以及控制模式，配合其內部的參數來驅動變槳電機運轉的設定電機參數；
變槳電機，在變槳電機驅動模塊的驅動下，對槳葉進行驅動；
數據傳遞模塊，傳遞變槳電機的實時速度和位置至同步控制器。
進一步地，其中同步控制器包括：
數據采集模塊，采集兩套電機控制環的速度信息與位置信息；
第一數據轉換模塊，將所述數據采集模塊的信息進行模擬量信號轉換成數字量信號；
補償模塊，對單獨電機控制環的輸出與輸入的差異，做出補償，之后再比對兩套電機控制環輸出偏差，進行補償后分別對兩套電機控制環輸出差速負反饋信號作為補償信息；
第二數據轉換模塊，將所述補償信息轉化為模擬量后傳遞至電機控制環。
進一步地，所述補償模塊采用速度補償和位置補償兩種模式，在兩種模式下，分別對本模式的檢測量進行相應的補償，分別比對，對應補償。
進一步地，所述電機控制環在控制邏輯上任取一個控制環的一個電機作為主電機,保留其速度環,另一個為從電機，斷開其速度環，對每個驅動模塊控制的驅動器而言,輸入指令是位置給定信號、差速負反饋信號的復合，其中,作用于2個驅動器的差速負反饋信號大小相等、極性相反，在動態過程中,若2臺電機速度不同步,則將差速信號分別反饋到兩電機的電流給定端作為輔助輸入。
本發明與現有技術相比，有益效果在于：
首先，兩套電機控制環系統能夠提供冗余，確保安全收槳問題；第二，作為冗余的部件，可以在一套電機控制系統出現問題時，繼續運行；第三，兩套電機控制環，配合同步控制器能夠精確控制變槳電機的速度，位置；第四，在大功率風機方面，可以采用2套電機輸出的總功率滿足槳葉的總載荷，這種方案可以減小單套電機控制環的體積，防止安裝干涉。
附圖說明
圖1為本發明中輪轂鑄件和變槳電機安裝位置圖；
圖2為雙電機同步控制系統在變槳中控制方案的模塊框圖；
圖3為雙電機同步控制反饋原理圖；
圖4為雙電機同步控制的差速負反饋控制圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
參見圖1所示為本發明兩套電機控制環的輪轂鑄件結構示意圖，如圖可見，本發明對單面軸承1對稱180°保留兩個變槳電機2安裝位置。其余電器元件如控制柜，后備電源柜，輔助元件等可自行合理布局。
圖2為本發明中雙電機同步控制系統在變槳中控制方案的模塊框圖，本實施方案中包含2套變槳電機控制環，一套同步控制器，兩套電機控制環同時帶動負載槳葉運動，同步控制器通過采集兩套電機控制環輸出的實時速度信息與位置信息，同步控制器對單獨電機控制環的輸出與輸入的差異，做出補償，之后再比對兩套電機控制環輸出偏差，進行補償。
本實施方案中每套變槳電機控制環包含邏輯控制模塊，變槳電機驅動模塊變槳電機以及數據傳遞模塊；
本實施方案中變槳電機用于帶動負載槳葉運動。兩個電機控制環同時工作，同步控制器控制轉矩輸出的均衡。
變槳電機控制環中邏輯控制模塊用于存儲邏輯程序，變槳電機驅動模塊用于設定電機參數等信息，數據傳遞模塊用于傳遞實時速度和位置等信息。
本實施例中包括速度控制模式和位置控制模式。分別設置電機的轉速和位置。
電機驅動模塊用于接收邏輯控制模塊的參數信息以及控制模式，配合其內部的參數來驅動變槳電機運轉。
其中的速度位置傳遞模塊，可以根據當前運行模式傳遞出當前實際速度或者實際位置。電機控制環，具體地變槳電機驅動模塊，用于接收邏輯控制模塊的參數信息以及控制模式，配合其內部的參數來驅動變槳電機運轉的設定電機參數；變槳電機，在變槳電機驅動模塊的驅動下，對槳葉進行驅動；數據傳遞模塊，傳遞變槳電機的實時速度和位置至同步控制器。
本實施例中的同步控制模塊包括數據采集模塊，第一數據轉換模塊，補償模塊，第二數據轉換模塊組成。
數據采集模塊用于接收數據傳遞模塊的信息，第一數據轉化模塊用于轉換數據量，把模擬量信號轉換成數字量信號，交給補償模塊處理。
雙電機同步控制如圖3,控制邏輯上任取一個控制環的一個電機作為主電機,保留其速度環,另一個為從電機，斷開其速度環。對每個驅動器而言,輸入指令是位置給定信號、差速負反饋信號的復合。其中,作用于2個驅動器的差速負反饋信號大小相等、極性相反。在動態過程中,若2臺電機速度不同步,則將差速信號分別反饋到兩電機的電流給定端作為輔助輸入。
雙電機同步控制的差速負反饋控制圖，如圖4，通過同步控制器補償模塊進行如下的計算：
電機標記為第一電機與第二電機，其中,Y1、Y2分別為第一電機、第二電機的速度輸出信號,Gc1為速度環PI調節器,Gc2為差速負反饋控制器,G1、G2分別為第一電機、第二電機所對應的傳遞函數，利用梅森公式可推得相應的傳遞函數。令
Δ＝1+G1Gc1+G2Gc2+G1Gc2+2G1G2Gc1Gc2,
則有閉環的傳遞函數為：第一電機閉環傳遞函數：
第二電機閉環傳遞函數：
第一電機與第二電機差速閉環傳遞函數：
其等效單位反饋開環傳遞函數為：第一電機開環傳遞函數：
第二電機開環傳遞函數：
第一電機與第二電機差速開環傳遞函數：
由式(3)可得,當G1和G2相等,Y1-Y2＝0，輸出同步。這里主要針對式(4)-(6)進行分析。轉化出G1、G2、Gc1、Gc2的一般表達式為
k1和k2為靜態增益；a1、a2、b1、b2為大于零的系數；KP1、KP2為比例系數；KI1,KI2為積分系數,當差速采用比例反饋時KI2＝0，S為積分時域和頻域變換的常數。將上式分別帶入式(4)-(6),得
式中:Cij(i,j＝1,2,3,4,5,6)表示系數多項式。根據式(8),可分為4種情況進行研究。
(1)KI2＝0,k1≠k2,
(2)KI2＝0,k1＝k2,
(3)KI2≠0,k1≠k2,
(4)KI2≠0,k1＝k2,
針對以上四種情況，由公式分析可得差速負反饋信號后對電機進行控制，雙電機同步控制系統，控制是成立的。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
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