CN102011699A - 一种风力发电机变桨距控制方法及系统 - Google Patents

一种风力发电机变桨距控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机变桨距控制方法及系统，涉及风力发电机变桨控制领域。本发明公开的系统，包括三个风力发电机，可编程控制PLC单元和三个变桨驱动单元；PLC单元，根据风力发电主控系统下发的变桨距控制命令向三个变桨驱动单元发起风力发电机变桨操作指令，以及在检测出本风力发电机变桨距控制系统发生设定故障时，分别控制三个风力发电机的工作状态以进行顺桨操作；变桨驱动单元，按照所收到的风力发电机变桨操作指令控制对应的风力发电机的工作状态以改变桨距角。采用本发明实施例中的技术方案，可以在风力发电机的变桨驱动单元发生故障时仍能顺桨，最大程度的保证风力发电机的安全。

Description

一种风力发电机变桨距控制方法及系统
技术领域
本发明涉及风力发电机变桨控制领域，尤其涉及一种风力发电机变桨距控制方法及系统。
背景技术
在风力发电过程中，风能是实时变化的，为了使风力机在达到额定功率之前能捕获最大风能，同时在达到额定功率后，能尽可能地稳定在额定功率值，需要对风机进行变桨，同时搭配变流技术，实现对风力机捕获的风能进行有效管理。有些情况下，还需要根据实现风况和风力机设备的状态对风力机进行一定的实时保护。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种风力发电机变桨距控制方法及系统，以便风力发电机的变桨驱动单元发生故障时仍能成功顺桨。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种风力发电机变桨距控制系统，包括三个风力发电机，还包括可编程控制PLC单元和三个变桨驱动单元，其中，各变桨驱动单元分别对应一个风力发电机：
所述PLC单元，根据风力发电主控系统下发的变桨距控制命令向三个变桨驱动单元发起风力发电机变桨操作指令，以及在检测出本风力发电机变桨距控制系统发生设定故障时，分别控制三个风力发电机的工作状态以进行顺桨操作；
变桨驱动单元，按照所收到的风力发电机变桨操作指令控制对应的风力发电机的工作状态以改变桨距角。
较佳地，上述系统还包括三个市电顺桨单元，其中，各市电顺桨单元分别对应一个变桨驱动单元；
所述PLC单元，在检测出风力发电机变桨距控制系统发生的设定故障为变桨驱动单元异常时，还向工作正常的变桨驱动单元发起顺桨操作指令；
变桨驱动单元，在收到所述PLC单元下发的顺桨操作指令时，控制对应的风力发电机的工作状态以进行顺桨，在电网断电或本变桨驱动单元工作异常时，自动切断输出；
市电顺桨单元，在所对应的变桨驱动单元自动切断输出时，将市电切入到该变桨驱动单元所对应的风力发电机以进行顺桨操作。
较佳地，所述市电顺桨单元包括：
切换模块，将市电切入到对应的风力发电机；
控制模块，通过工频信号以及限位开关控制接入市电的风力发电机的工作状态以实现顺桨。
较佳地，该系统还包括三个桨叶编码器，各桨叶编码器分别对应一个变桨驱动单元，三个变桨驱动单元之间通过对应的桨叶编码器进行通讯。
较佳地，该系统还包括三个备用电源装置，各备用电源装置分别对应一个变桨驱动单元，所述备用电源装置在所对应的变桨驱动单元断电时，为该变桨驱动单元供电。
本发明还公开了一种风力发电机变桨距控制方法，包括：
风力发电机变桨距控制系统中可编程控制PLC单元根据收到的变桨距控制命令向风力发电机变桨距控制系统中三个变桨驱动单元发起风力发电机变桨操作指令，各变桨驱动单元按照所收到的风力发电机变桨操作指令控制对应的风力发电机的工作状态以改变桨距角；
当所述PLC检测出风力发电机变桨距控制系统发生设定故障，则分别控制三个风力发电机的工作状态以进行顺桨。
较佳地，当所述PLC检测出风力发电机变桨距控制系统发生的设定故障为变桨驱动单元异常时，分别控制三个风力发电机的工作状态以进行顺桨的过程如下：
所述PLC向工作正常的变桨驱动单元发起顺桨操作指令，收到该顺桨操作指令的变桨驱动单元控制对应的风力发电机的工作状态以进行顺桨；
工作异常的变桨驱动单元自动切断输出，市电顺桨单元将市电切入到工作异常的变桨驱动单元所对应的风力发电机进行顺桨操作。
较佳地，市电顺桨单元将市电切入到工作异常的变桨驱动单元所对应的风力发电机进行顺桨操作的过程如下：
市电顺桨单元将市电切入到该风力发电机，通过工频信号以及限位开关控制该风力发电机的工作状态以进行顺桨。
较佳地，各变桨驱动单元还分别对应一个桨叶编码器，三个变桨驱动单元之间通过其对应的桨叶编码器进行通讯。
较佳地，所述风力发电机变桨距控制系统还为各变桨驱动单元提供备用电源装置，所述备用电源装置在变桨驱动单元电源断电时，为该变桨驱动单元供电。
采用本发明实施例中的技术方案，可以在风力发电机的变桨驱动单元发生故障时仍能顺桨，最大程度的保证风力发电机的安全。
附图说明
图1是本实施例1提供的风力发电机变桨距控制系统结构示意图；
图2是优选实施例中实现市电顺桨部分的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1
本实施例提出一种风力发电机变桨距控制系统，如图1所示，包括可编程控制(PLC)单元、三个风力发电机和三个变桨驱动单元，其中，各变桨驱动单元分别对应一个风力发电机。本实施例中风力发电机为伺服发电机，其至少包括电机主体、电机编码器以及电机风扇等等。
PLC单元，根据风力发电主控系统下发的变桨距控制命令向三个变桨驱动单元发起风力发电机变桨操作指令，以及在检测出本风力发电机变桨距控制系统发生设定故障时，分别控制三个风力发电机的工作状态以进行顺桨；
设定故障包括电网断电和变桨驱动单元异常，其中，变桨驱动单元异常包括如下一种或几种：
IGBT温度异常、逆变器过压、逆变器过流、逆变器欠压、EEPROM异常。
优选方案中、设定故障除了包括电网断电和变桨驱动单元异常以外，还可以包括风力发电机温度异常。
变桨驱动单元，按照所收到的风力发电机变桨操作指令控制对应的风力发电机的工作状态以改变桨距角。
在本实施例中变桨驱动单元可进一步分为变桨驱动器、变桨驱动器输入模块、变桨驱动器输出模块和风力发电机控制模块。其中，变桨驱动器通过变桨器输出模块将风力发电机变桨操作指令发给风力发电机控制模块，由该风力发电机控制模块控制风力发电机的工作状态，以实现变桨距操作。同时，风力发电机控制模块通过变桨驱动器输入模块将风力发电机的实时工作状态反馈给变桨驱动器。这样，变桨驱动器就可以控制风力发电机的实际工作状态以实现PLC下发的风力发电机变桨操作指令。
其中，PLC与三个变桨驱动单元的通讯可通过桨叶编码器实现，即为各变桨驱动单元分派一个桨叶编码器，这样，PLC通过桨叶编码器将变桨操作指令以及顺桨操作指令发送给变桨驱动单元，变桨驱动单元也可以通过桨叶编码器将自身的工作状态反馈给PLC单元，PLC即可根据所收到的各变桨驱动单元的工作状态检测本风力发电机变桨距控制系统是否发生设定故障。
优选实例中，上述风力发电机变桨距控制系统还可包括三个市电顺桨单元，各市电顺桨单元分别对应一个变桨驱动单元；这样，PLC单元，在检测出风力发电机变桨距控制系统发生的设定故障为变桨驱动单元异常时，向工作正常的变桨驱动单元发起顺桨操作指令；变桨驱动单元，在收到PLC单元下发的顺桨操作指令时，控制对应的风力发电机的工作状态以进行顺桨，在电网断电或者本变桨驱动单元工作异常时，则自动切断输出(即可切断变桨驱动器输出模块与风力发电机控制模块的连接)；市电顺桨单元，在所对应的变桨驱动单元自动切断输出时，将市电切入到该变桨驱动单元所对应的风力发电机以进行顺桨操作。此时，变桨驱动单元、市电顺桨单元以及风力发电机之间的连接关系可如图2所示，一旦变桨驱动单元异常无法工作时，6K1和6K2断开(即变桨驱动器输出模块断开)，6K3和6K4闭合(即380V市电接入)，风力发电机将以工频速度(50Hz)开始进行90度顺桨，直至撞到90度限位开关风力发电机即停止工作，即实现顺桨操作。
较佳地，上述市电顺桨单元可具体分为：
切换模块，将市电切入到对应的风力发电机；
控制模块，通过工频信号(即指示风力发电机以50Hz工频速度运转)以及90°限位开关控制接入380V市电的风力发电机的工作状态以实现顺桨。
还有一些优选的实施方案，在实施例1提供的风力发电机变桨距控制系统的基础上，为各变桨驱动单元分别增加一个备用电源装置，以便变桨驱动单元断电时，为变桨驱动单元供电。具体的，一个备用电源装置可包括一个备用电源和一个备用电源充电机。
实施例2
本实施例介绍一种风力发电机变桨距控制方法，该方法是基于实施例1中所提供的系统实现的。
上述系统上电后，PLC单元根据风力发电主控系统下发的变桨距控制命令向三个变桨驱动单元发起风力发电机变桨操作指令，各变桨驱动单元收到风力发电机变桨操作指令后，分别控制各自对应的风力发电电动机按照风力发电机变桨操作指令对应的工作状态运行。同时，变桨驱动单元还实时检测风力发电机的实际工作状态，调整风力发电机的实际工作状态直到风力发电机的实际工作状态达到风力发电机变桨操作指令对应的工作状态。另外，PLC还可以实时获取三个变桨驱动单元的工作状态，其中，变桨驱动单元的工作状态中包括风力发电机的实际工作状态，这样，PLC根据所获取的三个变桨驱动单元的工作状态发现有设定故障发生，则分别控制三个风力发电机进行顺桨操作。在上述控制过程中，可为各变桨驱动单元分派一个桨叶编码器，PLC通过桨叶编码器与各变桨驱动单元桨进行通讯。
其中，设定故障包括变桨驱动单元异常，变桨驱动单元异常包括如下一种或几种：IGBT温度异常、逆变器过压、逆变器过流、逆变器欠压、EEPROM异常。
当然优选应用中，除了上述故障外，PLC发现如下任一或几种故障时也进行顺桨操作。
风力发电机温度异常，则三个风力发电机进行顺桨。
由于风力发电机变桨距控制系统中针对每个风力发电机配有一个电机编码器和一个桨叶编码器，这两个编码器互为冗余，实时进行互检，即互相比较检测到的桨距角角度，若这两个编码器检测到的桨距角角度偏差超过设定值，则认为该风力发电机对应的编码器故障，当有一个或两个风力发电机对应的编码器故障，则PLC单元启动编码器故障保护模式，三个风力发电机进行顺桨。
风力发电机变桨距控制系统自动检测各限位开关、编码器故障，当其发生故障时，PLC进入故障工况输出模式，控制三个风力发电机以设定速度完成90度顺桨动作。
风力发电机变桨距控制系统中备用电源装置、变桨驱动单元、变桨电机绕组的温度超过温度允许限值，则PLC启动温度故障自我保护功能，控制三个风力发电机进行紧急顺桨操作。
系统的安全链是独立于计算机系统的硬件保护措施，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作。安全链是将可能对风力发电机造成致命伤害的超常故障串联成一个回路，当安全链动作后，PLC将引起紧急停机，执行机构失电，机组瞬间脱网，紧急顺桨抱闸，从而最大限度地保证机组的安全。
优选实施方案中，PLC单元发现的设定故障为变桨驱动单元异常时，向工作正常的变桨驱动单元发起顺桨操作指令，收到该顺桨操作指令的变桨驱动单元控制对应的风力发电机的工作状态以进行顺桨；而工作异常的变桨驱动单元自动切断输出，由一市电顺桨单元将市电切入到工作异常的变桨驱动单元所对应的风力发电机进行顺桨操作。具体地，如图2所示，6K1和6K2断开(即变桨驱动器输出模块断开)，6K3和6K4闭合(即380V市电接入)，这样，风力发电机将以工频速度(50Hz)开始进行90度顺桨，直至撞到90度限位开关风力发电机即停止工作，即实现顺桨。
还有优选方案中，风力发电机变桨距控制系统提供了备用电源装置，当变桨驱动单元电源断电时，可由备用电源装置为变桨驱动单元供电，从而提高系统的可靠性。
另外，由于多数风力发电机变桨距控制系统都安装在山谷的风口处、山顶上、空旷的草地、海边海岛等，易受雷击，安装在多雷雨区的风力发电机组受雷击的可能性更大，其控制系统大多为计算机和电子器件，最容易因雷电感应造成过电压损坏，因此可使用电源和信号避雷器吸收雷电波。
从上述实施例可以看出，本发明至少一个实施例可以在风力发电机的变桨驱动单元发生故障时仍能进行顺桨操作，从而最大程度的保证风力发电机的安全。优选实施例提供的备用电源装置也提高了系统的可靠性。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种风力发电机变桨距控制系统，包括三个风力发电机，其特征在于，该系统还包括可编程控制PLC单元和三个变桨驱动单元，其中，各变桨驱动单元分别对应一个风力发电机：
所述PLC单元，根据风力发电主控系统下发的变桨距控制命令向三个变桨驱动单元发起风力发电机变桨操作指令，以及在检测出本风力发电机变桨距控制系统发生设定故障时，分别控制三个风力发电机的工作状态以进行顺桨操作；
所述变桨驱动单元，按照所收到的风力发电机变桨操作指令控制对应的风力发电机的工作状态以改变桨距角。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括三个市电顺桨单元，其中，各市电顺桨单元分别对应一个变桨驱动单元；
所述PLC单元，在检测出风力发电机变桨距控制系统发生的设定故障为变桨驱动单元异常时，还向工作正常的变桨驱动单元发起顺桨操作指令；
变桨驱动单元，在收到所述PLC单元下发的顺桨操作指令时，控制对应的风力发电机的工作状态以进行顺桨，在电网断电或本变桨驱动单元工作异常时，自动切断输出；
市电顺桨单元，在所对应的变桨驱动单元自动切断输出时，将市电切入到该变桨驱动单元所对应的风力发电机以进行顺桨操作。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述市电顺桨单元包括：
切换模块，将市电切入到对应的风力发电机；
控制模块，通过工频信号以及限位开关控制接入市电的风力发电机的工作状态以实现顺桨。
4.如权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括三个桨叶编码器，各桨叶编码器分别对应一个变桨驱动单元，三个变桨驱动单元之间通过对应的桨叶编码器进行通讯。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，该系统还包括三个备用电源装置，各备用电源装置分别对应一个变桨驱动单元，所述备用电源装置在所对应的变桨驱动单元断电时，为该变桨驱动单元供电。
6.一种风力发电机变桨距控制方法，其特征在于，该方法包括：
风力发电机变桨距控制系统中可编程控制PLC单元根据收到的变桨距控制命令向风力发电机变桨距控制系统中三个变桨驱动单元发起风力发电机变桨操作指令，各变桨驱动单元按照所收到的风力发电机变桨操作指令控制对应的风力发电机的工作状态以改变桨距角；
当所述PLC检测出风力发电机变桨距控制系统发生设定故障，则分别控制三个风力发电机的工作状态以进行顺桨。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
当所述PLC检测出风力发电机变桨距控制系统发生的设定故障为变桨驱动单元异常时，分别控制三个风力发电机的工作状态以进行顺桨的过程如下：
所述PLC向工作正常的变桨驱动单元发起顺桨操作指令，收到该顺桨操作指令的变桨驱动单元控制对应的风力发电机的工作状态以进行顺桨；
工作异常的变桨驱动单元自动切断输出，市电顺桨单元将市电切入到工作异常的变桨驱动单元所对应的风力发电机进行顺桨操作。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
市电顺桨单元将市电切入到工作异常的变桨驱动单元所对应的风力发电机进行顺桨操作的过程如下：
市电顺桨单元将市电切入到该风力发电机，通过工频信号以及限位开关控制该风力发电机的工作状态以进行顺桨。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，
各变桨驱动单元还分别对应一个桨叶编码器，三个变桨驱动单元之间通过其对应的桨叶编码器进行通讯。
10.如权利要求6至9任一项所述的方法，其特征在于，
所述风力发电机变桨距控制系统还为各变桨驱动单元提供备用电源装置，所述备用电源装置在变桨驱动单元电源断电时，为该变桨驱动单元供电。
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