CN114326578B

CN114326578B - 变桨加载柜及控制系统

Info

Publication number: CN114326578B
Application number: CN202210229631.5A
Authority: CN
Inventors: 谢夏; 刘奇; 李博; 肖杰; 余业祥
Original assignee: Dongfang Electric Wind Power Co Ltd
Current assignee: Dongfang Electric Wind Power Co Ltd
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2042-03-10
Also published as: CN114326578A

Abstract

本发明公开了一种变桨加载柜及控制系统，属于风力发电变桨测试领域，包括控制器、AFE整流回馈装置、逆变器、加载电机和电气主回路；在所述电气主回路上采用一根进线+两路供电+母线并联的结构，将变桨系统供电和加载系统进行并联，加载系统被拖电机发出的电供给变桨系统使用；所述控制器与AFE整流回馈装置连接，所述AFE整流回馈装置与逆变器连接，逆变器与加载电机连接。本发明实现能量可回馈，具有节能、结构简单、成本低、可移动性、体积小、可实现力矩命令编程模拟等优点。

Description

变桨加载柜及控制系统

技术领域

本发明涉及风力发电变桨测试技术领域，更为具体的，涉及一种变桨加载柜及控制系统。

背景技术

变桨控制系统是风力发电机组轮毂内的一套控制装置，主要起到调节风轮输入功率和气动刹车的作用，随着大兆瓦机组的常态化，风轮直径越来越大，在完成设计后需要加载对其性能进行测试。在测试中变桨系统电机处于电动状态，拖动加载系统的电机运行，加载系统电机处于发电状态。

现有技术的变桨加载柜采取方案是驱动器+电机+刹车电阻的方案并独立供电，存在如下技术问题：

1）被拖动的电机发出的电只能全部消耗在制动电阻上，使得现有加载柜需要额外增加制动电阻柜和冷却装置。

2）随着变桨系统需要的负载力矩越来越大，驱动器的功率不断增加，体积也不断增加，使得现有加载柜也不断变大，不能实现小型化、可移动，不能将对安装在轮毂上的变桨系统就地提供测试。

3）同时现有加载柜只能为变桨系统提供恒定的负载扭矩，不能按照电机的多种工作制提供力矩，也不能按照仿真负载结果或实测负载结果对新开发的变桨系统进行测试，也即对力矩模拟做不到可编程化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种变桨加载柜及控制系统，解决了现有加载柜存在的耗电量大、结构复杂、成本高、不可移动性、体积大、力矩命令不可编程模拟等问题，实现能量可回馈，具有节能、结构简单、成本低、可移动性、体积小、可实现力矩命令编程模拟等优点。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种变桨加载柜，包括控制器、AFE整流回馈装置、逆变器、加载电机和电气主回路；所述电气主回路包括第一供电线路、第二供电线路、总电源线、第一柜外重载线缆和第二柜外重载线缆，第一供电线路与第二供电线路并联，且并联后均与总电源线连接，共用一根总电源线取电；第一供电线路与AFE整流回馈装置连接，AFE整流回馈装置通过第一内置母线排与第一逆变器连接，第一逆变器通过第二内置母线排与第二逆变器连接；第一逆变器通过第一柜外重载线缆与第一加载电机连接，第二逆变器通过第二柜外重载线缆与第二加载电机连接；第一加载电机、第二加载电机发出的电通过电气主回路供给变桨系统使用；所述控制器与AFE整流回馈装置连接，所述AFE整流回馈装置与第一逆变器连接，第一逆变器与第二逆变器连接。

进一步地，所述控制器、AFE整流回馈装置、第一逆变器和第二逆变器使用CANOPEN组网连接通讯。

进一步地，所述AFE整流回馈装置和逆变器均使用书本式的结构。

进一步地，包括带滚轮柜体，通过柜外带重载插头的接线方式，使得加载柜能够将外部线缆收纳后进行移动，根据测试系统位置就地实现测试。

进一步地，所述加载电机通过联轴器与被测电机进行连接实现硬连接対拖，或将加载电机安装到轮毂上，通过减速器和轴承进行连接，实现单轴单驱测试或单轴双驱测试。

进一步地，所述加载电机包括永磁同步电机。

进一步地，包括带工控机的屏幕装置，通过二次开发人机界面实时监控所述AFE整流回馈装置、逆变器、加载电机的状态，并将关键信息进行显示，另外还能够模拟机组主控下发指令和信号。

进一步地，设置有转速力矩测量仪。

进一步地，所述控制器包括PLC控制器。

一种如上任一所述变桨加载柜的控制系统，包括输入模块、面板模块、第一通讯模块、DI模块、DO模块和第二通讯模块，所述面板模块通过TCP/IP通信连接控制器，控制器通过Ethernet总线与通讯模块连接，所述第一通讯模块与DI模块和DO模块连接，所述DI模块和DO模块均与AFE整流回馈装置连接，所述DI模块和DO模块均与逆变器连接，所述DI模块和DO模块均与变桨系统连接；所述第二通讯模块与DO模块连接，所述第二通讯模块与变桨系统连接。

本发明的有益效果是：

本发明解决了现有加载柜存在耗电量大、结构复杂、成本高、不可移动性、体积大、力矩命令不可编程模拟等问题。

本发明实施例中，将AFE整流回馈装置作为馈电执行机构，且使其工作在整流回馈模式，将逆变器作为力矩控制机构工作在力矩或速度模式（其力矩控制使用的模式为FVC闭环控制方式，通过电机编码器将速度反馈），实现将变桨测试中加载电机回馈的电量供变桨系统使用，可以大幅减小变桨系统测试用电量，从而实现节能，理论上可实现80%的节能。

本发明实施例中，将AFE整流回馈装置作为电量回馈机构，可以取消制动电阻并配合带重载插头的线缆，可实现柜体可移动性和小型化，可就地对风力发电机组轮毂上的变桨系统进行测试。

本发明实施例中，AFE整流回馈装置和逆变器均使用书本式的结构可扩展加载柜功率，为后期改造扩容留下了余地。

本发明实施例中，加载电机采用永磁同步电机力矩控制更为精准，无抱闸装置保证力矩响应及时，启停使用力矩控制更为迅速。

本发明实施例中，柜体可实现无需外接制动电阻柜，同时使用带滚轮柜体，通过柜外带重载插头的接线方式，使得加载柜可以将外部线缆收纳后进行移动，根据测试系统位置就地实现测试。

本发明实施例中，通过连接带工控机的屏幕，通过二次开发人机界面可实时监控加载柜AFE、逆变器、加载电机状态，并将关键信息（力矩、转速、馈电量、用电量等）进行显示，也可以模拟风机主主控制器到变桨系统的指令及信号；

本发明实施例中，加载电机可以通过联轴器与被测电机进行连接实现硬连接対拖，也可将加载电机安装到轮毂上通过减速器和轴承进行连接实现多传动対拖。

本发明实施例中，通过控制器同时向两个逆变器下发扭矩命令，可实现单轴单驱或双驱测试，测试包括恒扭矩测试和变扭矩测试。

本发明实施例中，在控制和反馈上利用CANOPEN组网连接通讯，可实现实时性（响应可达到ms级）。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中移动式可能量回馈的变桨加载柜系统原理示意图；

图2为本发明实施例中移动式可能量回馈的控制系统示意图。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：

若本申请中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在本申请中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。

当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

下面根据附图1~图2，对本发明解决的技术问题、技术构思、工作原理、功效和工作过程作进一步详细说明。

本发明旨在至少解决现有加载柜存在耗电量大、结构复杂、成本高、不可移动性、体积大、力矩命令不可编程模拟等问题。

在具体应用过程中，在一方面，本发明实施例提供一种移动式可能量回馈的变桨加载柜，其组成结构包括PLC控制器、AFE整流回馈装置、逆变器、加载电机和主电气回路，可以设置转速力矩测量仪。主电气回路上采用一根进线+两路供电+母线并联的方式，将变桨系统供电和加载系统进行并联，加载系统被拖电机发出的电供给变桨系统使用。其中，PLC控制器用于下发启停等运行命令、读取力矩编辑文档并将数值下发到力矩执行机构并收集各器件信息用于显示，整个系统使用CANOPEN组网，在控制和反馈上可实现实时性（响应可达到ms级），同时还可以模拟风机主控制器到变桨系统的指令及信号；AFE整流回馈装置作为馈电执行机构工作在整流回馈模式，逆变器作为力矩控制机构工作在力矩或速度模式（其力矩控制使用的模式为FVC闭环控制方式，通过电机编码器将速度反馈），AFE整流回馈装置和逆变器均使用书本式的结构可扩展加载柜功率，为后期改造扩容留下了余地；加载电机采用永磁同步电机力矩控制更为精准，无抱闸装置保证力矩响应及时，启停使用力矩控制更为迅速。

本发明实施例的柜体可实现无需外接制动电阻柜，使用带滚轮柜体，通过柜外带重载插头的接线方式，使得加载柜可以将外部线缆收纳后进行移动，根据测试系统位置就地实现测试；同时整套系统通过连接带工控机的屏幕，通过二次开发人机界面可实时监控加载柜AFE、逆变器、加载电机状态，并将关键信息（力矩、转速、馈电量、用电量等）进行显示，另外加载电机可以通过联轴器与被测电机进行连接实现硬连接対拖，也可将加载电机安装到轮毂上通过减速器和轴承进行连接，可实现单轴单驱测试或单轴双驱测试。

本发明实施例的方案还提供一种移动式可能量回馈的变桨加载柜，加载柜包括工控机（带显示器）、PLC控制器、AFE整流回馈装置、逆变器、加载电机、转速力矩测量装置、柜外带重载插头线缆、带滚轮柜体，可专门针对风力发电机组变桨系统测试，加载电机和测试电机通过联轴器或轴承连接，可将变桨测试中加载电机回馈的电量供变桨系统使用，大幅减小变桨系统测试用电量，从而实现节能，理论上可实现80%的节能；同时加载柜由PLC控制器作为力矩值命令源、逆变器作为直接力矩控制执行机构，可以实现复杂和严苛的力矩测试、响应及时。AFE整流回馈装置作为电量回馈机构，可以取消制动电阻并配合带重载插头的线缆，可实现柜体可移动性和小型化，可就地对风力发电机组轮毂上的变桨系统进行测试。

如图2所示，本发明实施例的方案还提供一种变桨加载柜的控制系统，包括输入模块、面板模块、第一通讯模块、DI模块、DO模块和第二通讯模块，所述面板模块通过TCP/IP通信连接控制器，控制器通过Ethernet总线与通讯模块连接，所述第一通讯模块与DI模块和DO模块连接，所述DI模块和DO模块均与AFE整流回馈装置连接，所述DI模块和DO模块均与逆变器连接，所述DI模块和DO模块均与变桨系统连接；所述第二通讯模块与DO模块连接，所述第二通讯模块与变桨系统连接。

实施例1：一种变桨加载柜，如图1所示，包括控制器、AFE整流回馈装置、逆变器、加载电机和电气主回路；所述电气主回路包括第一供电线路、第二供电线路、总电源线、第一柜外重载线缆和第二柜外重载线缆，第一供电线路与第二供电线路并联，且并联后均与总电源线连接，共用一根总电源线取电；第一供电线路与AFE整流回馈装置连接，AFE整流回馈装置通过第一内置母线排与第一逆变器连接，第一逆变器通过第二内置母线排与第二逆变器连接；第一逆变器通过第一柜外重载线缆与第一加载电机连接，第二逆变器通过第二柜外重载线缆与第二加载电机连接；第一加载电机、第二加载电机发出的电通过电气主回路供给变桨系统使用；所述控制器与AFE整流回馈装置连接，所述AFE整流回馈装置与第一逆变器连接，第一逆变器与第二逆变器连接。

本实施例中的组成中：AFE整流回馈装置、逆变器、加载电机可以采用现有技术实现。

实施例2：在实施例1的基础上，所述控制器、AFE整流回馈装置、第一逆变器和第二逆变器使用CANOPEN组网连接通讯。

实施例3：在实施例1的基础上，所述AFE整流回馈装置和逆变器均使用书本式的结构。

实施例4：在实施例1的基础上，包括带滚轮柜体，通过柜外带重载插头的接线方式，使得加载柜能够将外部线缆收纳后进行移动，根据测试系统位置就地实现测试。

实施例5：在实施例1的基础上，所述加载电机通过联轴器与被测电机进行连接实现硬连接対拖，或将加载电机安装到轮毂上，通过减速器和轴承进行连接，实现单轴单驱测试或单轴双驱测试。

实施例6：在实施例1的基础上，所述加载电机包括永磁同步电机。

实施例7：在实施例1的基础上，包括带工控机的屏幕装置，通过二次开发人机界面实时监控所述AFE整流回馈装置、逆变器、加载电机的状态，并将关键信息进行显示，另外还能够模拟机组主控下发指令和信号。

实施例8：在实施例1的基础上，设置有转速力矩测量仪。

实施例9：在实施例1的基础上，所述控制器包括PLC控制器。

实施例10：一种如实施例1~实施例9任一所述变桨加载柜的控制系统，如图2所示，包括输入模块、面板模块、第一通讯模块、DI模块、DO模块和第二通讯模块，所述面板模块通过TCP/IP通信连接控制器，控制器通过Ethernet总线与通讯模块连接，所述第一通讯模块与DI模块和DO模块连接，所述DI模块和DO模块均与AFE整流回馈装置连接，所述DI模块和DO模块均与逆变器连接，所述DI模块和DO模块均与变桨系统连接；所述第二通讯模块与DO模块连接，所述第二通讯模块与变桨系统连接。

在本发明中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。

本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的技术，例如具体的技术细节，工作条件和其他的技术条件等。

本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质等。

Claims

1.一种变桨加载柜，其特征在于，包括控制器、AFE整流回馈装置、逆变器、加载电机和电气主回路；所述电气主回路包括第一供电线路、第二供电线路、总电源线、第一柜外重载线缆和第二柜外重载线缆，第一供电线路与第二供电线路并联，且并联后均与总电源线连接，共用一根总电源线取电；第一供电线路与AFE整流回馈装置连接，第二供电线路与变桨系统连接；AFE整流回馈装置通过第一内置母线排与第一逆变器连接，第一逆变器通过第二内置母线排与第二逆变器连接；第一逆变器通过第一柜外重载线缆与第一加载电机连接，第二逆变器通过第二柜外重载线缆与第二加载电机连接；第一加载电机、第二加载电机发出的电通过电气主回路供给变桨系统使用；所述控制器与AFE整流回馈装置连接，所述AFE整流回馈装置与第一逆变器连接，第一逆变器与第二逆变器连接。

2.根据权利要求1所述的变桨加载柜，其特征在于，所述控制器、AFE整流回馈装置、第一逆变器和第二逆变器使用CANOPEN组网连接通讯。

3.根据权利要求1所述的变桨加载柜，其特征在于，所述AFE整流回馈装置和逆变器均使用书本式的结构。

4.根据权利要求1所述的变桨加载柜，其特征在于，包括带滚轮柜体，通过柜外带重载插头的接线方式，使得加载柜能够将外部线缆收纳后进行移动，根据测试系统位置就地实现测试。

5.根据权利要求1所述的变桨加载柜，其特征在于，所述加载电机通过联轴器与被测电机进行连接实现硬连接対拖，或将加载电机安装到轮毂上，通过减速器和轴承进行连接，通过控制器同时向两个逆变器下发扭矩命令，实现单轴单驱测试或单轴双驱测试。

6.根据权利要求1所述的变桨加载柜，其特征在于，所述加载电机包括永磁同步电机。

7.根据权利要求1所述的变桨加载柜，其特征在于，包括带工控机的屏幕装置，通过二次开发人机界面实时监控所述AFE整流回馈装置、逆变器、加载电机的状态，并将关键信息进行显示，另外还能够模拟机组主控下发指令和信号。

8.根据权利要求1所述的变桨加载柜，其特征在于，设置有转速力矩测量仪。

9.根据权利要求1所述的变桨加载柜，其特征在于，所述控制器包括PLC控制器。

10.一种如权利要求1~9任一所述变桨加载柜的控制系统，其特征在于，包括输入模块、面板模块、第一通讯模块、DI模块、DO模块和第二通讯模块，所述面板模块通过TCP/IP通信连接控制器，控制器通过Ethernet总线与通讯模块连接，所述第一通讯模块与DI模块和DO模块连接，所述DI模块和DO模块均与AFE整流回馈装置连接，所述DI模块和DO模块均与逆变器连接，所述DI模块和DO模块均与变桨系统连接；所述第二通讯模块与DO模块连接，所述第二通讯模块与变桨系统连接。