阅读说明：本技术 大容量风电机组偏航电机的驱动系统及其控制方法 (Driving system of large-capacity wind turbine generator yaw motor and control method thereof ) 是由 陶海亮 杜明慧 余业祥 何春 邱国祥 任华彬 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种大容量风电机组偏航电机的驱动系统,包括受机组主控控制的3台整流器、若干台逆变器、1个制动电阻及直流母线,整流器、逆变器和制动电阻共用一个直流母线；所述的整流器、逆变器和机组主控采用一路CANOPEN总线通讯；所述的逆变器采用另一路CANOPEN总线通讯。当一台整流器故障时,主控将该整流器的电源输入断开；所述的逆变器分为主机和从机,当主机故障时,主控将一台从机设为主机,如果该主机仍出现故障则将下一台从机设为主机,以此类推,直到无法满足机舱的驱动转矩要求时,主控才报故障并对机组进行停机。(The invention discloses a driving system of a large-capacity wind turbine generator yaw motor, which comprises 3 rectifiers, a plurality of inverters, 1 brake resistor and a direct-current bus, wherein the rectifiers, the inverters and the brake resistor share the direct-current bus; the rectifier, the inverter and the main control of the unit adopt a CANOPEN bus for communication; and the inverter adopts the other CANOPEN bus for communication. When one rectifier fails, the main control disconnects the power input of the rectifier; the inverter is divided into a master machine and slave machines, when the master machine fails, the master control sets one slave machine as the master machine, if the master machine still fails, the next slave machine is set as the master machine, and the like, and the master control does not report the failure and stops the unit until the requirement of the driving torque of the engine room cannot be met.)

大容量风电机组偏航电机的驱动系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种大容量风电机组偏航电机的驱动系统及其控制方法。

背景技术

近年来，随着风电机组尤其是海上风电机组单机容量的不断增加，机组的叶轮直径也随之越来越大，机舱和叶轮的重量也越来越重。大容量机组一般安装在海上，而这些地区经常出现的台风等恶劣风况，严重威胁着机组的安全。台风情况下风电机组一般采用实时对风或背风的方法来降低机组载荷，已便将台风对机组的危害程度降到最低，这种措施对偏航电机的驱动系统提出了更高要求，主要表现在以下几个方面：一是需要具备高可靠性及适当冗余措施；二是需要提供足够的转矩来克服偏航启动时机舱和风轮的巨大惯性和风的推力；三是在台风工况下偏航电机驱动系统要能够提供足够的动态转矩以防止机组出现偏航超速或反向偏航的情况。现有的偏航电机驱动系统一般采用直接驱动、软启动器驱动或变频器驱动，这几种方式都存在各自的缺点，比如直接启动对机组尤其是对偏航减速器和偏航齿的冲击很大；软启动器无法提供足够的启动转矩且可靠性较差；变频器尤其是多台偏航电机共用一台变频器的驱动系统的可靠性较差，且存在偏航电机出力不均的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺点，提供一种大容量风电机组偏航电机的驱动系统及其控制方法。该驱动系统在局部故障的情况下不影响整体运行，驱动系统仍能可靠工作，尤其适用于海上大容量的风电机组。

本发明提供的技术方案为：

一种大容量风电机组偏航电机的驱动系统，其特征在于：该驱动系统包括受机组主控控制的3台整流器、若干台逆变器、1个制动电阻及直流母线，整流器、逆变器和制动电阻共用一个直流母线；所述的整流器、逆变器和机组主控采用一路CANOPEN总线通讯；所述的逆变器采用另一路CANOPEN总线通讯。

所述逆变器的数量与机组偏航电机的数量一致，逆变器的容量与偏航电机的功率相匹配。

上述大容量风电机组偏航电机的驱动系统的控制方法，当一台整流器故障时，主控将该整流器的电源输入断开；所述的逆变器分为主机和从机，当主机故障时，主控将一台从机设为主机，如果该主机仍出现故障则将下一台从机设为主机，以此类推，直到无法满足机舱的驱动转矩要求时，主控才报故障并对机组进行停机。

进一步的，该方法将驱动系统的运行状态分成待机、自动运行和故障3种状态，自动运行又分成主从模式、阻尼模式和转矩模式3种运行状态；并按如下步骤控制驱动系统：

1、驱动系统上电后整流器逆变器完成自检，若主控不发任何指令则系统处于待机状态；若主控给处于待机状态下的主机发送控制指令，则系统处于自动运行状态；若待机状态下或自动运行时发生故障，则系统处于故障状态；系统在故障状态时若通过主控发送故障复位指令系统能复位，则系统退出故障状态进入待机状态；

2、偏航动作启动时驱动系统采用主从模式运行，所有的逆变器中只有一台主机接收主控的转速指令，其余的从机跟随主机的转矩和转速指令；

3、偏航启动动作完成后采用阻尼模式运行，该模式下通过主控设置两台逆变器为主机，一台主机和一台从机提供反向转矩用于阻尼作用，另一台主机和剩余的从机提供正向偏航驱动转矩；

4、机舱偏航到目标位置时，主控控制偏航驱动系统减速停机，当机舱偏航速度降为零时驱动系统采用转矩模式运行。通过主控指令将各逆变器的输出转速设为零，根据系统设定转矩值，通过偏航电机的输出转矩将机舱稳住等待偏航液压刹车投入完成，刹车完成后驱动系统重新进入待机模式等待下次偏航动作指令。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、能够提供足够的偏航启动转矩用于克服惯性和推力，特别适合大容量机组。

2、偏航动作过程中无需液压刹车器提供阻尼作用，延长了刹车片的寿命。

3、各偏航电机的出力均衡，有利于延长偏航减速器和偏航齿的寿命。

4、单台整流器故障或逆变器故障不影响驱动系统运行，系统可靠性高。

附图说明

图1为偏航电机驱动系统结构图；

图2为偏航电机驱动系统的状态机；

图3为驱动系统的控制流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的结构和控制方法做进一步说明。

本发明的风电机组偏航电机的驱动系统构成如图1所示：由3台整流器、n台逆变器、1个制动电阻及直流母线组成，逆变器数量n由偏航电机数量确定。整流器、逆变器和制动电阻共用一个直流母线。制动电阻的大小根据偏航电机数量及减速停机产生的能量确定。机组主控通过一路CANOPEN通讯总线对逆变器进行工作模式和参数设置以及启停控制，同时采集各整流器和逆变器的工作状态和数据。逆变器可根据控制需要由主控设为主机或从机，从机通过逆变器间的CANOPEN总线通讯的方式接收主机的转速和转矩指令。当某台整流器，比如整流器1故障时，主控将该整流器的电源输入QF1断开，其它两台整流器可继续运行；当逆变器1为主机且报故障时，主控将逆变器2设置为主机，如果逆变器2在运行中仍出现故障则将逆变器3设为主机，以此类推，直到剩下的逆变器无法满足驱动转矩要求时，主控报偏航驱动系统故障停机；如果是某台从机故障，由于不影响其它逆变器运行，偏航驱动系统可继续运行。

本发明的控制流程如下：

偏航电机驱动系统只能处于3种状态：待机状态、自动运行状态和故障状态，如图2所示，自动运行状态下需要先由主控根据机组偏航动作所处的阶段设定各逆变器的运行模式，即采用主从模式、阻尼模式还是转矩模式。

未启动机舱偏航动作时，驱动系统处于上电待机状态，各偏航电机的输出转矩为零，偏航液压刹车器处于刹车状态。

主控启动偏航动作时，先松开偏航液压刹车，当刹车压力低于设定值时主控设置各逆变器进入主从模式运行并启动偏航动作。结合图1，主控将逆变器1设为主机，逆变器2至逆变器n设为从机，主机跟随主控的偏航转速和偏航方向指令，输出驱动转矩，从机跟随主机的转矩和速度指令，各电机出力均衡，同时驱动机舱向主控给定的方向进行偏航动作。在此过程中如果主机出现故障，主控则会判断剩余的从机数量是否满足驱动需求，如果满足则将逆变器2设为主机，逆变器3-n仍为从机，如果逆变器2也出现故障则将逆变器3设为主机，以此类推，直到不能满足驱动需求时主控报偏航驱动系统故障停机，如图3所示。

当偏航速度达到主控给定速度时则完成偏航启动，主控设置各逆变器进入阻尼模式运行。将逆变器1和逆变器n分别设为主机1和2，逆变器2至逆变器（n-2）作为从机跟随主机1，逆变器（n-1）作为从机跟随主机2。主机1跟随主控向目标偏航方向动作，主机2向反方向动作作为偏航动作的阻尼器，该模式下机舱可以平稳地进行偏航动作。

当机舱达到目标位置时，主控控制主机1和2减速停机，并判断机舱的偏航速度是否降为零。当偏航速度为零时，主控将各逆变器都设为主机且都在转矩模式下运行，各逆变器跟随主控的转矩指令，主控将各逆变器的转速设为零将机舱稳住的同时投入偏航液压刹车，等刹车完成后偏航驱动系统重新回到待机状态等待下次偏航动作指令。