一种具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统。


背景技术：

2.变桨系统作为大型风电机组控制系统的核心部分之一，对机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。稳定的变桨控制已成为当前大型风力发电机组控制技术研究的热点和难点之一。
3.传统的直流变桨控制系统因设备功能的限制无法实现高电压穿越功能，或者只能单纯的依靠风机主控系统检测到电网过压之后，由变桨系统紧急顺桨，但是无法切断变桨系统供电，同样也无法保护变桨系统内部元器件。当面对越来越恶劣的风场电网环境时，因变桨控制系统故障而导致风力发电机组频繁脱网。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
6.一种具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统，包括电网3x400v三相交流主电源、风力发电机主控系统以及直流变桨控制系统，所述风力发电机主控系统与直流变桨控制系统之间以现场总线连接，所述直流变桨控制系统，包括：第一变桨驱动柜、第二变桨驱动柜和第三变桨驱动柜，第一变桨驱动柜直接连接电网3x400v三相交流主电源，所述第一变桨驱动柜、第二变桨驱动柜和第三变桨驱动柜之间连接的电源电缆将主电源分配至第二变桨驱动柜与第三变桨驱动柜，所述第三变桨驱动柜连接于风力发电机主控系统，通过第一变桨驱动柜、第二变桨驱动柜和第三变桨驱动柜之间通讯电缆连接第二变桨驱动柜和第三变桨驱动柜。
7.进一步的，所述第一变桨驱动柜包括：主电源控制接触器、第一变桨驱动器、第一后备电源充电器、第一直流后备电源和第一直流变桨电机，所述主电源控制接触器用于实现对电网3x400v三相交流主电源投入与切出的控制，所述第一变桨驱动器驱动第一直流变桨电机运转。
8.进一步的，所述第一变桨驱动器在高电压穿越状态下连接第一直流后备电源，供电接入第一变桨驱动器的中间直流母线dc
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link，所述第一后备电源充电器使用从主电源分配出的单相交流电源供电为第一直流后备电源进行充电与状态监测。
9.进一步的，所述第二变桨驱动柜包括：第二变桨驱动器、第二后备电源充电器、第二直流后备电源和第二直流变桨电机，所述第二变桨驱动器驱动第二直流变桨电机运转。
10.进一步的，所述第二变桨驱动器在进行高电压穿越状态下连接第二直流后备电源，供电接入第二变桨驱动器的中间直流母线dc
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link，所述第二后备电源充电器使用从主
电源分配出的单相交流电源供电为第二直流后备电源进行充电与状态监测。
11.进一步的，所述第三变桨驱动柜包括：变桨控制器、主电源电压监测扩展模块、数字量输入输出扩展模块、第三变桨驱动器、第三后备电源充电器、第三直流后备电源和第三直流变桨电机。
12.进一步的，所述第三变桨驱动器在高电压穿越状态下连接第三直流后备电源，供电接入第三变桨驱动器的中间直流母线dc
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link，所述第三后备电源充电器使用从主电源分配出的单相交流电源供电为第三直流后备电源进行充电与状态监测。
13.通过采用上述技术方案，
14.本实用新型的有益效果为：
15.1、该具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统，通过采用具有主电源电压监测功能的三相电力测量端子模块，对l1、l2、l3和n线进行测量，所有测量的电流和电压均为有效值，该模块还可以计算每相的有功功率和能量消耗，同时可以推导出电压u和电流i的均方根值，有功功率p，视在功率s，无功功率q，频率f，功率因数cosφ，从而使变桨控制系统对其输入电源具有全面的电网分析和能源管理功能；
16.2、该具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统，通过采用高性能变桨专用控制器通过扩展的电压监测模块和输入输出端子模块组合成的高电压穿越控制回路，可以识别出大于1.3倍额定电压的过压工况发生后的100ms内快速切断主电源接触器，从而保护变桨系统内部元器件在短时破坏性的高压发生时不被损坏；
17.3、该具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统，通过采用数字量输入输出扩展模块中的一个数字量输出通道控制主电源接触器的吸合与断开，使用一个数字量输入通道来采集主电源接触器的开关状态，同时变桨控制器可以监测扩展模块的数字量输入输出通道状态，这样可以通过比对输入与输出，判断出主电源接触器是否正常工作，当接触器出现功能损坏时，变桨控制器输出报警信号，同时控制变桨系统安全停机，避免下次高电压发生时主电源接触器失效导致的安全风险；
18.4、该具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统，通过采用数字量输入输出扩展模块中的一个数字量输入通道来采集主电源接触器的开关状态，变桨控制器能够累加接触器的动作次数，当该次数接近接触器的机械寿命次数时，变桨控制器输出报警信号，提醒变桨系统运维人员及时预防性更换主电源接触器，避免设备故障的发生；
19.5、该具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统，通过设置变桨控制器与三轴变桨驱动器，读取驱动器的各项运行数据与状态，其中包含驱动器直流母线电压以及制动放电单元对制动电阻的泄放能量数据，从而变桨控制器可以实现高电压穿越期间对驱动器直流母线与制动电阻的保护，当直流母线超过硬件允许过压点的90％时，或者制动电阻泄放能量超出硬件允许能量的100％时，立即控制切断主电源接触器，投入低电压的直流后备电源来保护变桨驱动器。
20.该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，该装置设计结构合理，使用方便，满足人们的使用需求。
附图说明
21.图1为本实用新型提出的一种具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统的系统
图。
22.图中：1、电网3x400v三相交流主电源；2、风力发电机主控系统；3、第一变桨驱动柜；4、主电源控制接触器；5、第一变桨驱动器；6、第一后备电源充电器；7、第一直流后备电源；8、第一直流变桨电机；9、第二变桨驱动柜；10、第二变桨驱动器；11、第二后备电源充电器；12、第二直流后备电源；13、第二直流变桨电机；14、第三变桨驱动柜；15、变桨控制器；16、主电源电压监测扩展模块；17、数字量输入输出扩展模块；18、第三变桨驱动器；19、第三后备电源充电器；20、第三直流后备电源；21、第三直流变桨电机。
具体实施方式
23.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
24.下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
25.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
26.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
27.参照图1，一种具有高电压穿越功能的直流变桨控制系统，包括电网3x400v三相交流主电源1、风力发电机主控系统2以及直流变桨控制系统，风力发电机主控系统2与直流变桨控制系统之间以现场总线连接，直流变桨控制系统，包括：第一变桨驱动柜3、第二变桨驱动柜9和第三变桨驱动柜14，第一变桨驱动柜3直接连接电网3x400v三相交流主电源1，通过三个变桨驱动柜之间连接的电源电缆将主电源分配至第二变桨驱动柜9与第三变桨驱动柜14；第三变桨驱动柜14直接连接风力发电机主控系统2，通过三个变桨驱动柜之间通讯电缆连接第二和第三变桨驱动柜。
28.进一步的，第一变桨驱动柜3内部包括：主电源控制接触器4、第一变桨驱动器5、第一后备电源充电器6和第一直流后备电源7，主电源控制接触器4用于实现对电网3x400v三相交流主电源1投入与切出的自动控制；第一变桨驱动器5在高电压穿越状态下连接第一直流后备电源7，供电接入第一变桨驱动器5的中间直流母线dc
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link；第一后备电源充电器6使用从主电源分配出的单相交流电源供电为第一直流后备电源7进行充电与状态监测。在正常情况下，第一变桨驱动器5驱动第一直流变桨电机8运转，在驱动器故障情况下，第一直流后备电源7可直接供电第一直流变桨电机8实现桨叶紧急顺桨运行至安全位置。
29.进一步的，第二变桨驱动柜9内部包括：第二变桨驱动器10、第二后备电源充电器11和第二直流后备电源12，第二变桨驱动器10在高电压穿越状态下连接第二直流后备电源12，供电接入第二变桨驱动器10的中间直流母线dc
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link；第二后备电源充电器11使用从主电源分配出的单相交流电源供电为第二直流后备电源12进行充电与状态监测。在正常情况
下，第二变桨驱动器10驱动第二直流变桨电机13运转，在驱动器故障情况下，第二直流后备电源12可直接供电第二直流变桨电机13实现桨叶紧急顺桨运行至安全位置。
30.进一步的，第三变桨驱动柜14内部包括：变桨控制器15、主电源电压监测扩展模块16、数字量输入输出扩展模块17、第三变桨驱动器18、第三后备电源充电器19和第三直流后备电源20。第三变桨驱动器18在高电压穿越状态下连接第三直流后备电源20，供电接入第三变桨驱动器18的中间直流母线dc
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link；第三后备电源充电器19使用从主电源分配出的单相交流电源供电为第三直流后备电源20进行充电与状态监测。在正常情况下，第三变桨驱动器18驱动第三直流变桨电机21运转，在驱动器故障情况下，第三直流后备电源20可直接供电第三直流变桨电机21实现桨叶紧急顺桨运行至安全位置。主电源电压监测扩展模块16和数字量输入输出扩展模块17为变桨控制器15的后端扩展模块，主电源电压监测扩展模块16用来实时测量电网电压有效值，数字量输入输出扩展模块17用来控制主电源控制接触器4并监控其状态。
31.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。