曾荣宇+刘婷婷

（沈阳华创风能有限公司 辽宁沈阳 110027）

摘 要：随着风力发电产业的迅猛发展，国内优质待建风场越来越少，资源稀缺的情况已经逐渐显现出来。由此倒逼业主和整机制造厂家开始关注提高风机单体性能，以及可利用率。本文将浅谈双电机同步控制系统在变桨系统中的应用。双电机同步控制系统包括：两套电机控制环和一个同步控制器。电机控制环是根据上位机的逻辑控制，以及驱动器的参数设定，实现的是电机的转速和位置精确输出。两套电机控制环在一个系统中配置是一致的。同步控制器用于接收两套电机控制环的实际转速和实际位置。根据实际值，对两套系统分别进行补偿，以达到同步控制的要求。提高控制精度。

关键词：同步控制 双电机系统 双闭环 风力发电

引言：变桨控制系统是风力发电机控制系统的重要组成部分，小机型的定桨控制除外，兆瓦级以上风机都采用变桨控制。变桨系统主要是根据风力大小，调节桨叶的迎风面，控制发电机功率的恒定输出。目前国内主要风力发电机，都采用的是一个电机控制环来单独控制桨叶。一套完整的变桨控制系统一般包括控制柜，后备电源柜，电机，减速机，外围控制部件等。控制柜是整个系统的主要组成部分，上位机，驱动器，电气元件通过组合与逻辑控制实现变桨控制的基本功能。本文所述的一种双电机同步控制变桨系统，其特征在于，包括两套电机控制环和一个同步控制器，其中，两套电机控制环同时带动负载桨叶运动，所述同步控制器通过采集两套电机控制环输出的实时速度信息与位置信息，进行差速负反馈信号的分析后，对两套电机控制环的电机进行控制。

一 传统变桨系统简述

目前国内主流变桨系统都是由单独的闭环控制系统组成，单个叶片变桨距装置一般包括控制器、驱动器、电机、减速机、轮毂轴承、传感器、角度限位开关、超级电容等。驱动器用于驱动电机，实现变桨角度的精确控制。变桨系统作为基本制动系统，根据风速大小自动调整叶片与风向之间的夹角来实现风轮对风力发电机的恒定转速输出控制，进而可以在额定功率范围内对风机功率进行控制。利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。

二 双电机同步控制

随着工业技术的发展以及设备使用场所的要求，在诸多领域都需要两个或者多个电机同时驱动一个或多个工作部件进行协调控制的工况。传统的控制系统中多采用单一电机实现单轴控制，由于电机的输出转矩有一定的限制，当传动系统需要较大的驱动功率时，必须要有功率与之相匹配的驱动电机和驱动器，但是受到制造工艺和材料的影响，大功率的电机以及驱动器的研制受到很多条件的制约，同时生产成本也会有巨大的上升。这时同步控制系统就显示出在成本和可实现方面的优势，双电机同步控制系统在电机共同控制一转动部件的同时，还需要保持两电机问的转速同步，否则便会导致后面的机械传动精度下降，这就需要提供一种同步控制策略来实现，因此双电机同步控制的研究具有非常重要的现实意义。

三 变桨系统中的双电机同步控制

目前国内主要风力发电机，都采用的是一个电机控制环来单独控制桨叶。这种设计模式存在以下缺点：1硬件没有冗余，当电机控制环主要部件出现故障时不能确保安全收桨。2 维护更换困难，如果电机控制环出现大部件损坏需要更换时，由于轮毂空间有限，更换将十分麻烦。3 影响整体可利用率，单闭环控制系统，如果部件损坏将导致风机停机。4大功率机组轮毂布局问题，大功率风机桨叶必然加长，随之带来的载荷增大，导致电机，减速机，控制柜，后备电源箱等部件体积过大，安装维护均存在问题。

把双电机同步控制系统应用在变桨系统中将解决上诉传统变桨系统的问题。它在每一个桨叶负载侧都包含2套变桨电机控制环，一套同步控制器。每套变桨电机控制环包含逻辑控制模块，变桨电机驱动模块 变桨电机以及数据传递模块；两套电机控制环同时带动负载桨叶运动，同步控制器通过采集两套电机控制环输出的实时速度信息与位置信息，对单独电机控制环的输出与输入的差异，做出补偿，之后再比对两套电机控制环输出偏差，进行补偿，控制转矩输出的均衡。

电机控制环中逻辑控制模块用于存储逻辑程序，电机驱动模块用于设定电机参数等信息，数据传递模块用于传递实时速度和位置等信息。电机用于带动桨叶负载的转动。

一般的同步控制可以利用差速负反馈的方法进行，變桨系统的双电机同步控制在逻辑上任取一个控制环的一个电机作为主电机，保留其速度环，另一个为从电机，断开其速度环。对每个驱动器而言， 输入指令是位置给定信号、差速负反馈信号的复合。其中， 作用于 2个驱动器的差速负反馈信号大小相等、极性相反。在动态过程中， 若 2 台电机速度不同步 ，则将差速信号分别反馈到两电机的电流给定端作为辅助输入 。

四 结论

双电机乃至多电机同步控制系统已经在各个领域得到了发展，其技术已经日趋成熟并被行业认可，将双电机同步控制系统和传统变桨系统融合在一起，可以解决传统变桨系统遇到的问题，同时能够解决目前大功率风机研发与制造遇到的瓶颈问题，由于它的这些特点，将双电机同步控制引入到变桨控制系统中，将对主机的控制精度和发电量方面等有明显的提高。

参考文献：

[1]叶杭冶.风力发电机组的控制技术.北京：机械工业出版社，2002

[2]韦巍 何衍.智能控制基础，清华大学出版社，2008（11）.