CN101493074B - 风电变桨装置的低温控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种风电变桨装置的低温控制系统及其控制方法，其特征在于，所述低温控制系统包括用于提供整个风电变桨装置驱动供能的电池箱；用于调节风电风轮的桨距的轮毂；用于响应风速、风向变化，以及对轮毂转速调整的控制的从控单元；用于监控轮毂及电池箱的环境温度的温度监控器；受控于温度监控器对风电变桨装置内腔进行加热的加热器；以及用于在风电变桨装置运行前达到工作温度后，对电池箱和从控单元延时启动的延时单元。通过延时单元对系统上电的延缓作用以及对存储温度进一步的低温化设置，使整个风电变桨系统得以充分加热，进而为变桨系统各元器件的安全运作提供了切实保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电设备，尤其涉及一种低温环境下变桨装置的控制系统及控制方法。
背景技术
随着不可再生能源在世界范围面临枯竭的窘境，为满足工业化生产和人类生活所需，人们对太阳能、风力、水力这些可再生能源的关注和利用已日渐提升。其中，风力发电是一种已经发展相对成熟、转换效率较高的能源开发技术，尤其在高原、沿海等地区有着广泛的普及应用。
风力发电控制系统对环境的要求很高，特别是环境温度尤为重要。目前现有变桨控制系统中采用的温度监控器的工作/储存温度为-25℃，由于风力分布的限制，这个温度在北方大部分地区无法满足要求。北方的温度很低，如果使用储存温度为-25℃的温度监控器，在温度低于-25℃的环境中工作，温度监控器会失灵，导致整个变桨控制系统停止，直接影响了整个风机发电，这样造成的后果非常严重。
在变桨控制系统中常用的控制方式为：系统运行后，温度传感器对电池箱、轴箱和控制箱内的环境温度进行检测，当该环境温度低于额定工作温度+5℃时，会发送一个故障报警信号到主控系统，并使整个系统停止工作；待加热器加热到+5℃以上时，系统再开始工作。当加热器加热到+15℃时，加热器便立刻停止加热，温度传感器实时对环境温度进行监控。这样的控制方式存在很多问题：首先，当环境温度很低的情况下，系统便使元器件开始工作，这样会导致元器件损坏，原因是有些元器件不允许在低温环境下运行，而短时间内整体环境温度的升高必然存在元器件内外的温差；其次，风力发电控制系统本身是一个很复杂的控制系统，系统启动是一个很复杂过程，需要一定的时间去完成，因此，在启动之前应该对环境温度进行严密的检测和充分的加热。风力发电整个控制系统的启停是一个很繁琐的过程，所耗费的时间颇久，这样便降低了风力发电的工作效率。
发明内容
为克服上述现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种风电变桨装置的低温控制系统及其控制方法，解决特殊低温环境下，风力发电控制系统的启动问题。
本发明的目的，将通过以下技术方案来实现：
一种风电变桨装置的低温控制系统，其特征在于包括：用于提供整个风电变桨装置驱动供能的电池箱；用于调节风电风轮桨距的轮轴箱；用于响应风速、风向变化，以及对轮轴箱驱动转速调控的从控单元；用于监控轮轴箱、从控单元及电池箱环境温度的温度监控器；受控于温度监控器并对风电变桨装置进行加热的加热器；以及用于达到额定工作温度后，对电池箱、轮轴箱和从控单元延时启动的延时单元。各构成单元顺次串联，形成一个闭合回路系统。
进一步地，所述温度监控器的工作/存储温度为-40℃。
进一步地，所述闭合回路中电池箱、加热器、延时单元及从控单元顺次通过接触器串联。
进一步地，所述低温控制系统还包括一个与温度监控器相连的报警装置。
本发明的目的，其实现的技术方法是：
I.温度监控器藉由独立电源上电，检测并采集电池箱、从控单元、轮轴箱内的环境温度；
II.当温度监控器测得的温度数值低于额定工作温度时，加热器便得电开始工作，对风电变桨装置内进行加热；
III.当温度上升到额定工作温度后，延时单元的时间继电器得电开始计时；
IV.经过预设时间的延时，时间继电器吸合触点，将风电变桨装置的回路闭合导通，使系统运作。
进一步地，所述延时单元是以时间继电器驱动工作的，所设定的时间至少为1小时。
本发明的有益效果主要体现在：通过延时单元对系统上电的延缓作用以及对存储温度进一步的低温化设置，使整个风电变桨系统得以充分加热，进而为变桨系统各元器件的安全运作提供了切实保障。其实用性突出表现在高寒区域的风力发电系统上。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明低温控制系统的结构拓扑图。
图2：本发明低温控制系统的工作流程图。
图3：本发明低温控制系统的从控单元的加热回路示意图。
图4：本发明低温控制系统的电池箱的加热回路示意图。
图5：本发明低温控制系统的轮轴想的加热回路示意图。
具体实施方式
为使风力发电设备能够在极端恶劣的低温环境下安全、稳定地持续工作，进一步提高风能利用率，本发明针对电子元器件在低温条件下运行限制的进行了创造性改进，以下通过具体实施例并结合附图，对本发明低温控制从系统和方法两个方面详细说明。
风力发电系统是一个庞大而复杂的装置，融合了机械、电子、电磁等多领域技术，正是人类开发并利用无限可再生能源的一个突出表现。而在风力发电系统众多细节系统中，变桨系统又占据着相当重要的位置，对提高风能转换的效率起到了至关重要的作用。因此，对于该系统的控制通常是由小型或微型电子元器件来实现的。然而该控制系统中的各主要电子元器件在使用上却不可避免地受到了环境因素的影响，尤其在受温度的影响上更为显著。因此在风力发电系统的研发过程中，便引入了低温控制的概念。如图1所示，是本发明风电变桨装置的低温控制系统的结构拓扑图。从图中可以看到，该低温控制系统主要涉及并包括风电变桨装置的核心——电池箱、从控单元和轮轴箱，以及进行温度调节的温度监控器、加热器及延时单元。其中：
该电池箱、从控单元和轮轴箱是现有成熟技术，其主要用于响应外界风向、风速变化，对风电风机的桨叶进行桨距和角度的调整，以确保风力发电机的桨叶能时时追踪风向的变化，获得稳定的能源转换效率。
而该低温控制系统所要做的便是，针对风机所用环境的差异，采集并检测以上风电变桨装置各主要器件的周边环境温度，对低于额定工作温度的情况进行温度调节，确保该些主要器件不受低温的损害而正常工作。具体地，该温度监控器选用能够满足工作/存储温度为-40℃的器件，分别通过不同的温度传感器，深入检测电池箱、轮轴箱和从控单元的温度环境；该加热器受控于温度监控器，对风电变桨装置各主要单元器件进行加热，提升周边环境温度；而该延时单元则是为了避免短时间内整体环境温度的升高必然存在于元器件内外的温差，经过足够长时间的温度调节，使得风电变桨装置各主要单元器件确保运行在合理的温度环境中。
该电池箱分别提供轮轴箱和从控单元各自运行所需的驱动能源，而该温度监控器具有自身独立的电源，将其各温度传感器分别接入电池箱、轮轴箱和从控单元，并独立地顺次串联连接延时单元和电池箱，形成一包含有风电变桨系统的闭合回路。该温度控制器采集来自风电变桨装置的温度信号，并独立向加热器和延时单元输出相应的控制信号，而延时单元则通过时间继电器在计时延后结束时，向电池箱送出启动信号。
如图2所示的本发明低温控制系统的工作流程图可以明显地看到：该低温控制系统在温度监控器上电测温的情况下，如果工作环境温度在5℃以上，则风电变桨系统继续正常运行；而当环境温度降至5℃以下时，温度监测器一方面会发出告警信号，同时停止系统的运转，通过驱动加热器提升环境温度，为风电变桨系统的下次运行做准备。而当加热器把环境温度提升到一定程度时，在该低温控制系统中，进一步启动延时单元开始计时，此时并不启动整个系统，而是持续加热一段时间(本实施例中暂定为60分钟)，使得环境温度得以充分加热，当延时单元的到达预设的计时时间后，其中的时间继电器便接合触电，闭合系统整个回路，使其启动并正常运作。
以下通过实际电路形象描述低温控制系统针对各单元的保护控制作用。
如图3所示，低温型温度监控继电器通过PT100温度传感器对控制箱内的环境温度进行实时监控，当温度大于5℃时，接触器2K2线圈得电，接触触点闭合；当温度低于5℃时，接触器2K3线圈得电，接触触点闭合，加热器2E1和2E2开始加热，待温度大于5℃时，时间继电器2K1线圈得电，延时1个小时后，触点闭合，接触器2K2线圈得电，接触触点闭合。
如图4所示，低温型温度监控继电器通过PT100温度传感器对电池箱内的环境温度进行实时监控，当温度大于5℃时，接触器3K2线圈得电，接触触点闭合；当温度低于5℃时，接触器3K3线圈得电，接触触点闭合，加热器3E1和3E2开始加热，待温度大于5℃时，时间继电器3K1线圈得电，延时1个小时后，触点闭合，接触器3K2线圈得电，接触触点闭合。
如图5所示，低温型温度监控继电器通过PT100温度传感器对轴箱内的环境温度进行实时监控，当温度大于5℃时，接触器4K2线圈得电，接触触点闭合；当温度低于5℃时，接触器4K3线圈得电，接触触点闭合，加热器4E1和4E2开始加热，待温度大于5℃时，时间继电器4K1线圈得电，延时1个小时后，触点闭合，接触器4K2线圈得电，接触触点闭合。
通过上述本发明低温控制系统延时单元对系统上电的延缓作用以及对存储温度进一步的低温化设置，使整个风电变桨系统得以充分加热，进而为变桨系统各元器件的安全运作提供了切实保障。其实用性突出表现在高寒区域的风力发电系统上。
综上所述，本发明风电变桨装置的低温控制系统及其控制方法得以详细说明，旨在提供审查理解之便，其技术方案的实质特征和有益效果明显。上述实施例对本发明保护范围不构成限制，根据环境温度的恶劣情况结合加热能耗，其延时时间的设定具有灵活性，故凡对本发明上述实施例进行的简单修改或等同变换，能够实现与本发明相同目的的技术方案，均应视为归入本专利申请保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种风电变桨装置的低温控制系统，其特征在于：所述低温控制系统包括相互串联、构成闭合回路的：
电池箱，用于提供整个风电变桨装置驱动供能；
轮轴箱，用于调节风电风轮的桨距；
从控单元，用于响应风速、风向变化，以及对轮轴箱的转速调控；
温度监控器，用于监控轮轴箱、从控单元及电池箱的环境温度；
加热器，受控于温度监控器并对风电变桨装置进行加热；
延时单元，用于达到额定工作温度后，对电池箱、轮轴箱和从控单元延时启动。
2.根据权利要求1所述的风电变桨装置的低温控制系统，其特征在于：所述温度监控器的存储温度为-40℃。
3.根据权利要求1所述的风电变桨装置的低温控制系统，其特征在于：所述闭合回路中电池箱、加热器、延时单元及从控单元顺次通过接触器串联。
4.根据权利要求1所述的风电变桨装置的低温控制系统，其特征在于：所述低温控制系统还包括一与温度监控器相连的报警装置。
5.一种风电变桨装置的低温控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
I.温度监控器上电，检测电池箱、从控单元、轮轴箱周边环境温度；
II.当测得温度低于额定工作温度时，加热器工作，对风电变桨装置内腔各单元器件分别进行加热；
III.当温度上升到额定工作温度后，延时单元的时间继电器得电开始计时；
IV.经过预设时间的延时，时间继电器吸合触点，将风电变桨装置的回路闭合导通，完成系统启动、运作。
6.根据权利要求5所述的风电变桨装置的低温控制方法，其特征在于：所述延时单元是以时间继电器驱动工作的，所设定的时间至少为1小时。
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