一種基于變頻調速器的風力電機調控系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于變頻調速器的風力電機調控系統，包含變頻調速器、漿距控制器、風輪、增速箱、發電機，所述變頻調速器、漿距控制器、風輪、增速箱、發電機依次連接；在所述發電機上設有微控制器模塊以及與其連接的轉速傳感器和功率傳感器，所述微控制器模塊與變頻調速器連接；本發明采用變槳距機構的風力機可使葉輪重量減輕，使整機的受力狀況大為改善，使風電機組有可能在不同風速下始終保持最佳轉換效率，使輸出功率最大，從而提高系統性能。
【專利說明】
一種基于變頻調速器的風力電機調控系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種電機控制系統，尤其涉及一種基于變頻調速器的風力電機調控系統，屬于電機控制領域。
【背景技術】
[0002]隨著風電技術的不斷成熟與發展，變槳距風力發電機的優越性顯得更加突出:既能提高風力機運行的可靠性，又能保證高的風能利用系數和不斷優化的輸出功率曲線。采用變槳距機構的風力機可使葉輪重量減輕，使整機的受力狀況大為改善，使風電機組有可能在不同風速下始終保持最佳轉換效率，使輸出功率最大，從而提高系統性能。隨著風電機組功率等級的增加，采用變槳距技術已是大勢所趨。目前變槳執行機構主要有兩種:
液壓變槳距和電動變槳距，按其控制方式可分為統一變槳和獨立變槳兩種。在統一變槳基礎上發展起來的獨立變槳距技術，每支葉片根據自己的控制規律獨立地變化槳距角，可以有效解決槳葉和塔架等部件的載荷不均勻問題，具有結構緊湊簡單、易于施加各種控制、可靠性高等優勢，越來越受到國際風電市場的歡迎。
[0003]兆瓦級變速恒頻變槳距風電機組是目前國際上技術比較先進的風力機型，從今后的發展趨勢看，必然取代定槳距風力機而成為風力發電機組的主力機型。其中變槳距技術在變速恒頻風力機研究中占有重要地位，是變速恒頻技術實現的前提條件。研究這種技術，可以提高風電機組的柔性，延長機組的壽命，是目前國外研究的熱點，但是國內對此研究甚少。對這一前瞻性課題進行立項資助，掌握具備自主知識產權的獨立變槳控制技術，對于打破發達國家對先進的風力發電技術的壟斷，促進我國風力發電事業的進一步發展都將具有重要意義。
[0004]為了獲得足夠的起動條件，在變槳距系統中需要具有高可靠性的控制器，本發明中采用了OMRON公司的CJlM系列可編程控制器(PLC)作為變槳距系統的控制器，設計了PLC軟件程序，并在國外某知名風電公司風力發電機組上作了實驗。
[0005]例如申請號“201310457332.8”的風力發電機組用低電壓調控裝置，包括固態開關、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。本發明采用大功率電力電子變流器和固態開關安裝在風機和電網之間，當電力系統發生臨時短路故障而造成電網電壓下降時，快速提供有功功率和無功功率支撐，以維持風機定子側并網點電壓恒定，從而保證風機不脫網且穩定并網運行。不僅解決了風力發電中存在的低電壓穿越這一技術難題，而且起到穩定系統電壓、抑制系統電壓波動、提高電能質量的作用，同時降低網絡損耗，增加風電廠發電，降低對風機設備的沖擊，更能避免風電機組同時全部切除的情況;并且該系統三相完全獨立控制，可有效應對對稱和非對稱故障情況。
[0006]又如申請號為“201510137328.2”的一種風力發電機功率因素季調控制系統，包括時鐘發生器，控制器、數模轉換器和放大器;時鐘發生器與控制器連接，時鐘發生器為控制器提供時間，控制器根據該時間對季節進行計算，按季節變化發出調節風力發電機組功率因素調整的數字;數模轉換器的輸入端連接控制器的輸出端，數模轉換器將控制器輸出的數字信號轉換為模擬信號;放大器的輸入端與數模轉換器的輸出端連接，放大器的輸出端連接風力發電機組，放大器將數模轉換器輸出的信號進行放大后用于調節風力發電機組的勵磁電流。本發明可使風力發電機在季節變化時，其功率因素自動發生改變。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是針對【背景技術】的不足提供了一種基于變頻調速器的風力電機調控系統。
本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
一種基于變頻調速器的風力電機調控系統，包含變頻調速器、漿距控制器、風輪、增速箱、發電機，所述變頻調速器、漿距控制器、風輪、增速箱、發電機依次連接;在所述發電機上設有微控制器模塊以及與其連接的轉速傳感器和功率傳感器，所述微控制器模塊與變頻調速器連接；
所述變頻調速器包含檢測模塊、控制模塊、人機交互模塊、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模塊的輸入端;所述檢測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交互模塊和五電平逆變器的輸入端。
[0008]作為本發明一種基于變頻調速器的風力電機調控系統的進一步優選方案，所述發電機采用額定功率為550kW的風力發電機。
[0009]作為本發明一種基于變頻調速器的風力電機調控系統的進一步優選方案，所述轉速傳感器的芯片型號為A5S05。
[0010]作為本發明一種基于變頻調速器的風力電機調控系統的進一步優選方案，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機。
[0011]作為本發明一種基于變頻調速器的風力電機調控系統的進一步優選方案，所述五電平逆變器的芯片型號為IGCT。
[0012]本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
1、本發明可以有效的提高風電機組的柔性，延長機組的壽命；
2、本發明采用變槳距機構的風力機可使葉輪重量減輕，使整機的受力狀況大為改善，使風電機組有可能在不同風速下始終保持最佳轉換效率，使輸出功率最大，從而提高系統性能。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的結構原理圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明:
如圖1所示，本發明設計一種基于變頻調速器的風力電機調控系統，包含變頻調速器、漿距控制器、風輪、增速箱、發電機，所述變頻調速器、漿距控制器、風輪、增速箱、發電機依次連接;在所述發電機上設有微控制器模塊以及與其連接的轉速傳感器和功率傳感器，所述微控制器模塊與變頻調速器連接； 所述變頻調速器包含檢測模塊、控制模塊、人機交互模塊、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模塊的輸入端;所述檢測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交互模塊和五電平逆變器的輸入端。
[0015]其中，所述發電機采用額定功率為550kW的風力發電機，所述轉速傳感器的芯片型號為A5S05，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機，所述五電平逆變器的芯片型號為IGCT。
[0016]本發明可以有效的提高風電機組的柔性，延長機組的壽命;本發明采用變槳距機構的風力機可使葉輪重量減輕，使整機的受力狀況大為改善，使風電機組有可能在不同風速下始終保持最佳轉換效率，使輸出功率最大，從而提高系統性能。
[0017]變槳距調速是現代風力發電機主要的調速方式之一。調速裝置通過增大槳距角的方式減小由于風速增大使葉輪轉速加快的趨勢。當風速增大時，變槳距液壓缸動作，推動葉片向槳距角增大的方向轉動使葉片吸收的風能減少，維持風輪運轉在額定轉速范圍內。當風速減小時，實行相反操作，實現風輪吸收的功率能基本保持恒定。液壓控制系統具有傳動力矩大、重量輕、剛度大、定位精確、液壓執行機構動態響應速度快等優點，能夠保證更加快速、準確地把葉片調節至預定節距。目前國內生產和運行的大型風力發電機的變距裝置大多采用液壓系統作為動力系統。
[0018]在發動機并入電網之前由速度控制器根據發動機的轉速反饋信號進行變槳距控制，根據轉速及風速信號來確定槳葉處于待機或順槳位置;發動機并入電網之后，功率控制器起作用，功率調節器通常采用PI控制，功率誤差信號經過PI運算后得到槳距角位置。
[0019]當風力發電機在停機狀態時，槳距角處于90毅的位置，這時氣流對槳葉不產生轉矩；當風力機由停機狀態變為運行狀態時，槳距角由90毅以一定速度(約I毅/s)減小到待機角度(本系統中為15毅)；若風速達到并網風速，槳距角繼續減小到3毅(槳距角在3毅左右時具有最佳風能吸收系數)；發電機并入電網后，當風速小于額定風速時，使槳距角保持在3毅不變；當風速高于額定風速時，根據功率反饋信號，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。若出現故障或有停機命令時，控制器將輸出迅速順槳命令，使得風力機能快速停機，順槳速度可達20毅/s。
[0020]一種基于變頻調速器的風力電機調控系統，包含速度控制器、功率控制器、漿距控制器、風輪、增速箱、發電機，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、風輪、增速箱、發電機;在所述發電機上設有微控制器模塊以及與其連接的轉速傳感器、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]本發明可以有效的提高風電機組的柔性，延長機組的壽命;本發明采用變槳距機構的風力機可使葉輪重量減輕，使整機的受力狀況大為改善，使風電機組有可能在不同風速下始終保持最佳轉換效率，使輸出功率最大，從而提高系統性能。
[0022]本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下發明中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0023]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以再不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權項】
1.一種基于變頻調速器的風力電機調控系統，其特征在于:包含變頻調速器、漿距控制器、風輪、增速箱、發電機，所述變頻調速器、漿距控制器、風輪、增速箱、發電機依次連接;在所述發電機上設有微控制器模塊以及與其連接的轉速傳感器和功率傳感器，所述微控制器模塊與變頻調速器連接； 所述變頻調速器包含檢測模塊、控制模塊、人機交互模塊、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模塊的輸入端;所述檢測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交互模塊和五電平逆變器的輸入端。2.根據權利要求1所述的一種基于變頻調速器的風力電機調控系統，其特征在于:所述發電機采用額定功率為550kW的風力發電機。3.根據權利要求1所述的一種基于變頻調速器的風力電機調控系統，其特征在于:所述轉速傳感器的芯片型號為A5S05。4.根據權利要求1所述的一種基于變頻調速器的風力電機調控系統，其特征在于:所述微控制器模塊采用AVR系列單片機。5.根據權利要求1所述的一種基于變頻調速器的風力電機調控系統，其特征在于:所述五電平逆變器的芯片型號為IGCT。
【文檔編號】H02P9/00GK105827166SQ201610172602
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月24日
【發明人】胡國良
【申請人】蘇州合欣美電子科技有限公司