淺談雙電機(jī)同步控制在變槳系統(tǒng)中的應(yīng)用

曾榮宇+劉婷婷

（沈陽華創(chuàng)風(fēng)能有限公司 遼寧沈陽 110027）

摘 要：隨著風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)優(yōu)質(zhì)待建風(fēng)場越來越少，資源稀缺的情況已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出來。由此倒逼業(yè)主和整機(jī)制造廠家開始關(guān)注提高風(fēng)機(jī)單體性能，以及可利用率。本文將淺談雙電機(jī)同步控制系統(tǒng)在變槳系統(tǒng)中的應(yīng)用。雙電機(jī)同步控制系統(tǒng)包括：兩套電機(jī)控制環(huán)和一個(gè)同步控制器。電機(jī)控制環(huán)是根據(jù)上位機(jī)的邏輯控制，以及驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)的是電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置精確輸出。兩套電機(jī)控制環(huán)在一個(gè)系統(tǒng)中配置是一致的。同步控制器用于接收兩套電機(jī)控制環(huán)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際位置。根據(jù)實(shí)際值，對(duì)兩套系統(tǒng)分別進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到同步控制的要求。提高控制精度。

關(guān)鍵詞：同步控制 雙電機(jī)系統(tǒng) 雙閉環(huán) 風(fēng)力發(fā)電

引言：變槳控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，小機(jī)型的定槳控制除外，兆瓦級(jí)以上風(fēng)機(jī)都采用變槳控制。變槳系統(tǒng)主要是根據(jù)風(fēng)力大小，調(diào)節(jié)槳葉的迎風(fēng)面，控制發(fā)電機(jī)功率的恒定輸出。目前國內(nèi)主要風(fēng)力發(fā)電機(jī)，都采用的是一個(gè)電機(jī)控制環(huán)來單獨(dú)控制槳葉。一套完整的變槳控制系統(tǒng)一般包括控制柜，后備電源柜，電機(jī)，減速機(jī)，外圍控制部件等。控制柜是整個(gè)系統(tǒng)的主要組成部分，上位機(jī)，驅(qū)動(dòng)器，電氣元件通過組合與邏輯控制實(shí)現(xiàn)變槳控制的基本功能。本文所述的一種雙電機(jī)同步控制變槳系統(tǒng)，其特征在于，包括兩套電機(jī)控制環(huán)和一個(gè)同步控制器，其中，兩套電機(jī)控制環(huán)同時(shí)帶動(dòng)負(fù)載槳葉運(yùn)動(dòng)，所述同步控制器通過采集兩套電機(jī)控制環(huán)輸出的實(shí)時(shí)速度信息與位置信息，進(jìn)行差速負(fù)反饋信號(hào)的分析后，對(duì)兩套電機(jī)控制環(huán)的電機(jī)進(jìn)行控制。

一 傳統(tǒng)變槳系統(tǒng)簡述

目前國內(nèi)主流變槳系統(tǒng)都是由單獨(dú)的閉環(huán)控制系統(tǒng)組成，單個(gè)葉片變槳距裝置一般包括控制器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、減速機(jī)、輪轂軸承、傳感器、角度限位開關(guān)、超級(jí)電容等。驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)變槳角度的精確控制。變槳系統(tǒng)作為基本制動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)風(fēng)速大小自動(dòng)調(diào)整葉片與風(fēng)向之間的夾角來實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的恒定轉(zhuǎn)速輸出控制，進(jìn)而可以在額定功率范圍內(nèi)對(duì)風(fēng)機(jī)功率進(jìn)行控制。利用空氣動(dòng)力學(xué)原理可以使槳葉順漿90°與風(fēng)向平行，使風(fēng)機(jī)停機(jī)。

二 雙電機(jī)同步控制

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及設(shè)備使用場所的要求，在諸多領(lǐng)域都需要兩個(gè)或者多個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)工作部件進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的工況。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中多采用單一電機(jī)實(shí)現(xiàn)單軸控制，由于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩有一定的限制，當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)需要較大的驅(qū)動(dòng)功率時(shí)，必須要有功率與之相匹配的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，但是受到制造工藝和材料的影響，大功率的電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)器的研制受到很多條件的制約，同時(shí)生產(chǎn)成本也會(huì)有巨大的上升。這時(shí)同步控制系統(tǒng)就顯示出在成本和可實(shí)現(xiàn)方面的優(yōu)勢，雙電機(jī)同步控制系統(tǒng)在電機(jī)共同控制一轉(zhuǎn)動(dòng)部件的同時(shí)，還需要保持兩電機(jī)問的轉(zhuǎn)速同步，否則便會(huì)導(dǎo)致后面的機(jī)械傳動(dòng)精度下降，這就需要提供一種同步控制策略來實(shí)現(xiàn)，因此雙電機(jī)同步控制的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

三 變槳系統(tǒng)中的雙電機(jī)同步控制

目前國內(nèi)主要風(fēng)力發(fā)電機(jī)，都采用的是一個(gè)電機(jī)控制環(huán)來單獨(dú)控制槳葉。這種設(shè)計(jì)模式存在以下缺點(diǎn)：1硬件沒有冗余，當(dāng)電機(jī)控制環(huán)主要部件出現(xiàn)故障時(shí)不能確保安全收槳。2 維護(hù)更換困難，如果電機(jī)控制環(huán)出現(xiàn)大部件損壞需要更換時(shí)，由于輪轂空間有限，更換將十分麻煩。3 影響整體可利用率，單閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果部件損壞將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停機(jī)。4大功率機(jī)組輪轂布局問題，大功率風(fēng)機(jī)槳葉必然加長，隨之帶來的載荷增大，導(dǎo)致電機(jī)，減速機(jī)，控制柜，后備電源箱等部件體積過大，安裝維護(hù)均存在問題。

把雙電機(jī)同步控制系統(tǒng)應(yīng)用在變槳系統(tǒng)中將解決上訴傳統(tǒng)變槳系統(tǒng)的問題。它在每一個(gè)槳葉負(fù)載側(cè)都包含2套變槳電機(jī)控制環(huán)，一套同步控制器。每套變槳電機(jī)控制環(huán)包含邏輯控制模塊，變槳電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 變槳電機(jī)以及數(shù)據(jù)傳遞模塊；兩套電機(jī)控制環(huán)同時(shí)帶動(dòng)負(fù)載槳葉運(yùn)動(dòng)，同步控制器通過采集兩套電機(jī)控制環(huán)輸出的實(shí)時(shí)速度信息與位置信息，對(duì)單獨(dú)電機(jī)控制環(huán)的輸出與輸入的差異，做出補(bǔ)償，之后再比對(duì)兩套電機(jī)控制環(huán)輸出偏差，進(jìn)行補(bǔ)償，控制轉(zhuǎn)矩輸出的均衡。

電機(jī)控制環(huán)中邏輯控制模塊用于存儲(chǔ)邏輯程序，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于設(shè)定電機(jī)參數(shù)等信息，數(shù)據(jù)傳遞模塊用于傳遞實(shí)時(shí)速度和位置等信息。電機(jī)用于帶動(dòng)槳葉負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)。

一般的同步控制可以利用差速負(fù)反饋的方法進(jìn)行，變槳系統(tǒng)的雙電機(jī)同步控制在邏輯上任取一個(gè)控制環(huán)的一個(gè)電機(jī)作為主電機(jī)，保留其速度環(huán)，另一個(gè)為從電機(jī)，斷開其速度環(huán)。對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)器而言， 輸入指令是位置給定信號(hào)、差速負(fù)反饋信號(hào)的復(fù)合。其中， 作用于 2個(gè)驅(qū)動(dòng)器的差速負(fù)反饋信號(hào)大小相等、極性相反。在動(dòng)態(tài)過程中， 若 2 臺(tái)電機(jī)速度不同步 ，則將差速信號(hào)分別反饋到兩電機(jī)的電流給定端作為輔助輸入 。

四 結(jié)論

雙電機(jī)乃至多電機(jī)同步控制系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)日趨成熟并被行業(yè)認(rèn)可，將雙電機(jī)同步控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)變槳系統(tǒng)融合在一起，可以解決傳統(tǒng)變槳系統(tǒng)遇到的問題，同時(shí)能夠解決目前大功率風(fēng)機(jī)研發(fā)與制造遇到的瓶頸問題，由于它的這些特點(diǎn)，將雙電機(jī)同步控制引入到變槳控制系統(tǒng)中，將對(duì)主機(jī)的控制精度和發(fā)電量方面等有明顯的提高。

參考文獻(xiàn)：

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