一种多机同步驱动方法及其变桨系统、风力发电机组

技术领域

本发明属于风力发电机组领域，具体涉及一种多机同步驱动方法，本发明还涉及了该多机同步驱动方法应用的变桨系统和风力发电机组。

背景技术

在风力发电机组领域中，变桨系统对于风力发电机组的稳定运行和安全保护至关重要。变桨系统通过调整桨叶角度来调整风轮的输入功率，保证风力发电机组在不同风况下能够稳定运行；当风力发电机组出现异常工况时，变桨系统通过控制桨叶收桨，保证风机安全。

目前电动变桨方案在风力发电机组领域中已得到广泛应用，其中，电动变桨方案所采用的桨叶驱动方式为：由一台驱动器、一台变桨电机和减速机构构成的单驱系统来驱动一个桨叶。然而随着，风力发电机组的功率越来越大，所需的桨叶长度越来越长，因此桨叶载荷也越来越大。由于使用传统的单驱方案导致其叶片载荷的剧增，一方面，需要使用更大功率的驱动部件来实现对桨叶的驱动，体积更大、重量更重且维护困难，另一方面，使用单轴驱动系统进行驱动，出力过于集中，这会加快机械部件的磨损。

因此，基于本申请发明人在控制领域的多年专注研发经验，希望寻求技术方案来解决以上技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种多机同步驱动方法及其变桨系统、风力发电机组，极大地降低了主机或从机的运行部件载荷；当应用于变桨系统时，将主机和从机均与桨叶的驱动轴进行同轴安装连接，可明显降低主机或从机的桨叶载荷，便于维护的同时利于变桨系统整体的使用寿命。

为此，本发明采用的技术方案如下：

一种多机同步驱动方法，至少包括主机和从机，所述多机同步驱动方法包括：

基于主机目标q轴电流值和主机实际q轴电流值，所述主机通过主机q轴电流环PID计算得到主机q轴电压；基于从机目标q轴电流值和从机实际q轴电流值，所述从机通过从机q轴电流环PID计算得到从机q轴电压；

所述主机根据所述主机q轴电压和主机d轴电压驱动所述运行部件，所述从机根据所述从机q轴电压和从机d轴电压驱动所述运行部件；其中，所述从机目标q轴电流值是通过主机目标q轴电流值经过数频和/或频数转换后同步得到，通过主机和从机实现对同一运行部件的同步驱动效果。

优选地，基于主机电机的目标速度值和实际速度值，所述主机通过速度环PID计算得到主机目标q轴电流值；其中，基于主机电机转子目标位置和主机电机转子实际位置，所述主机通过位置环PID计算得到所述目标速度值。

优选地，所述主机将所述主机目标q轴电流值通过数频转换模块计算形成主机目标q轴电流值的频率信号或PWM信号；所述从机通过频数转换模块采集主机目标q轴电流值的频率信号或PWM信号，并将该信号通过转换成数字量，将所述数字量作为所述从机目标q轴电流值。

优选地，基于主机目标d轴电流和主机实际d轴电流，所述主机通过主机d轴电流环PID计算得到所述主机d轴电压；基于从机目标d轴电流和从机实际d轴电流，所述从机通过从机d轴电流环PID计算得到所述从机d轴电压。

优选地，基于所述主机和从机取得最大运行效率作为控制优化目标来确定所述主机目标d轴电流和所述从机目标d轴电流。

优选地，所述主机和所述从机均与所述运行部件的驱动轴安装连接。

优选地，所述主机包括传动连接的主变桨电机和主减速机构，所述主变桨电机由主驱动控制器驱动运行，所述主减速机构与所述运行部件的驱动轴安装连接；所述从机包括传动连接的从变桨电机和从减速机构，所述从变桨电机由从驱动控制器驱动运行，所述从减速机构与所述运行部件的驱动轴安装连接。

优选地，一种变桨系统，包括桨叶和用于驱动该浆叶运行的驱动装置，其中，所述桨叶作为所述运行部件，所述驱动装置包括所述主机和所述从机，且采用如上所述的多机同步驱动方法，可明显降低主机或从机的桨叶载荷。

优选地，所述主机和从机的结构相同，所述主机的驱动功率范围为1-5KW。

优选地，一种风力发电机组，采用如上所述的变桨系统。

本申请通过提出设置主机和从机的结构设计，在驱动过程中，通过数模转换以及模数转换将主机目标q轴电流值信号同步传递给从机，作为从机目标q轴电流值信号，分别通过主机q轴电流环PID以及从机q轴电流环PID，进而使得主机和从机同步得到主机q轴电压和从机q轴电压；同时将主机和从机取得最大运行效率作为控制优化目标来确定主机目标d轴电流和所述从机目标d轴电流(即由预先制定的效率优化控制策略自动生成)，分别通过主机d轴电流环PID以及从机d轴电流环PID，进而使得主机和从机同步得到主机d轴电压和从机d轴电压；在实际工作时，主机根据主机q轴电压和主机d轴电压驱动运行部件，从机根据从机q轴电压和从机d轴电压驱动所述运行部件，通过主机和从机实现对同一运行部件的同步驱动效果，极大地降低了主机或从机的运行部件载荷；当具体应用于变桨系统时，将主机和从机均与桨叶的驱动轴进行同轴安装连接，可明显降低主机或从机的桨叶载荷，便于维护的同时利于变桨系统整体的使用寿命。

本申请人在驱动过程中，发现了还可以通过数频转换以及频数转换将主机目标q轴电流值信号同步传递给从机，作为从机目标q轴电流值信号，本方案可以直接作为采用数模转换以及模数转换实现主机目标q轴电流值信号同步传递的平行技术方案，可以取得相同的技术效果。

附图说明

图1是本申请实施例1中主机目标q轴电流值的计算处理框图；

图2是本申请实施例1中从机目标q轴电流值的计算处理框图；

图3是本申请实施例2中主机目标q轴电流值的计算处理框图；

图4是本申请实施例2中从机目标q轴电流值的计算处理框图；

图5是本申请实施例1或实施例2中主机q轴电压的计算处理框图；

图6是本申请实施例1或实施例2中从机q轴电压的计算处理框图；

图7是本申请实施例1或实施例2中主机d轴电压的计算处理框图；

图8是本申请实施例1或实施例2中从机d轴电压的计算处理框图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种多机同步驱动方法，其特征在于，至少包括主机和从机，多机同步驱动方法包括：基于主机目标q轴电流值和主机实际q轴电流值，主机通过主机q轴电流环PID计算得到主机q轴电压；基于从机目标q轴电流值和从机实际q轴电流值，从机通过从机q轴电流环PID计算得到从机q轴电压；主机根据主机q轴电压和主机d轴电压驱动运行部件，从机根据从机q轴电压和从机d轴电压驱动运行部件；其中，从机目标q轴电流值是通过主机目标q轴电流值经过数频和/或频数转换后同步得到，通过主机和从机实现对同一运行部件的同步驱动效果。

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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1：一种多机同步驱动方法，包括主机和从机，优选地，在本实施方式中，主机和从机的结构相同，且均与运行部件的驱动轴同轴安装连接；优选地，主机包括传动连接的主变桨电机和主减速机构，主变桨电机由主驱动控制器驱动运行，主减速机构与运行部件的驱动轴安装连接；从机包括传动连接的从变桨电机和从减速机构，从变桨电机由从驱动控制器驱动运行，从减速机构与运行部件的驱动轴安装连接；

在本实施方式中，多机同步驱动方法包括：

请参见图5所示，基于主机目标q轴电流值和主机实际q轴电流值(由主机的电流采集模块采集得到)，主机通过主机q轴电流环PID计算得到主机q轴电压；请参见图7所示，基于主机目标d轴电流和主机实际d轴电流(由主机的电流采集模块采集得到)，主机通过主机d轴电流环PID计算得到主机d轴电压；

请参见图6所示，基于从机目标q轴电流值和从机实际q轴电流值(由从机的电流采集模块采集得到)，从机通过从机q轴电流环PID计算得到从机q轴电压；请参见图8所示，基于从机目标d轴电流和从机实际d轴电流(由从机的电流采集模块采集得到)，从机通过从机d轴电流环PID计算得到从机d轴电压；

优选地，请进一步结合参见图1所示，在本实施方式中，基于主机电机的目标速度值和实际速度值(可由主机的速度采集模块采集得到)，主机通过速度环PID计算得到主机目标q轴电流值，其中优选地，在本实施方式中，基于主机电机转子目标位置和主机电机转子实际位置(采集得到)，主机通过位置环PID计算得到主机电机的目标速度值；主机将主机目标q轴电流值通过DA数模转换模块计算形成主机目标q轴电流值模拟量；请进一步结合参见图2所示，从机通过AD模数转换模块采集主机目标q轴电流值模拟量信号，并将该主机目标q轴电流值模拟量信号转换成数字量，将数字量作为从机目标q轴电流值；

优选地，在本实施方式中，基于所述主机和从机取得最大运行效率作为控制优化目标来确定主机目标d轴电流和从机目标d轴电流；即由预先制定的效率优化控制策略自动生成，需要说明的是，效率优化控制策略属于本领域技术人员的公知常识，本实施例对其不做特别展开说明。

在本实施方式中，主机根据主机q轴电压和主机d轴电压驱动运行部件，从机根据从机q轴电压和从机d轴电压驱动运行部件，通过主机和从机实现对同一运行部件的同步驱动效果。

实施例2：一种多机同步驱动方法，包括主机和从机，优选地，在本实施方式中，主机和从机的结构相同，且均与运行部件的驱动轴同轴安装连接；优选地，主机包括传动连接的主变桨电机和主减速机构，主变桨电机由主驱动控制器驱动运行，主减速机构与运行部件的驱动轴安装连接；从机包括传动连接的从变桨电机和从减速机构，从变桨电机由从驱动控制器驱动运行，从减速机构与运行部件的驱动轴安装连接；

在本实施方式中，多机同步驱动方法包括：

请参见图5所示，基于主机目标q轴电流值和主机实际q轴电流值(由主机的电流采集模块采集得到)，主机通过主机q轴电流环PID计算得到主机q轴电压；请参见图7所示，基于主机目标d轴电流和主机实际d轴电流(由主机的电流采集模块采集得到)，主机通过主机d轴电流环PID计算得到主机d轴电压；

请参见图6所示，基于从机目标q轴电流值和从机实际q轴电流值(由从机的电流采集模块采集得到)，从机通过从机q轴电流环PID计算得到从机q轴电压；请参见图8所示，基于从机目标d轴电流和从机实际d轴电流(由从机的电流采集模块采集得到)，从机通过从机d轴电流环PID计算得到从机d轴电压；

优选地，请进一步结合参见图3所示，在本实施方式中，基于主机电机的目标速度值和实际速度值(可由主机的速度采集模块采集得到)，主机通过速度环PID计算得到主机目标q轴电流值，其中优选地，在本实施方式中，基于主机电机转子目标位置和主机电机转子实际位置(采集得到)，主机通过位置环PID计算得到主机电机的目标速度值；主机目标q轴电流值通过数频转换模块计算形成主机目标q轴电流值的频率信号(占空比固定，频率可调)，也可以通过数频转换模块计算形成主机目标q轴电流值的PWM信号(频率固定，占空比可调)，可以取得类似的技术效果；请进一步结合参见图4所示，从机通过频数转换模块采集主机目标q轴电流值的频率信号(或PWM信号)，并将该信号通过转换成数字量，将数字量作为从机目标q轴电流值；

优选地，在本实施方式中，基于所述主机和从机取得最大运行效率作为控制优化目标来确定主机目标d轴电流和从机目标d轴电流；即由预先制定的效率优化控制策略自动生成，需要说明的是，效率优化控制策略属于本领域技术人员的公知常识，本实施例对其不做特别展开说明。

在本实施方式中，主机根据主机q轴电压和主机d轴电压驱动运行部件，从机根据从机q轴电压和从机d轴电压驱动运行部件，通过主机和从机实现对同一运行部件的同步驱动效果。

实施例3：本实施例还提出了一种变桨系统，包括桨叶和用于驱动该浆叶运行的驱动装置，其中，桨叶作为运行部件，驱动装置包括如本实施例1-2以上所述的主机和从机，且采用如本实施例1-2所述的多机同步驱动方法，可明显降低主机或从机的桨叶载荷；优选地，在本实施方中，主机的驱动功率范围为1-5KW；当然也可以根据实际需要来选择主机的驱动功率，本实施例对此不做特别唯一限定。

本实施例还提出了一种风力发电机组，采用如本实施例1以上所述的变桨系统。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。