CN102287331A - 一种变桨距风电机组紧急顺桨触发系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变桨距风电机组紧急顺桨触发系统及方法，该系统根据安全控制系统输出的低电平触发信号来确定是否进行紧急顺桨触发，包括脉冲发生模块(由脉冲发生器与“与”逻辑模块连接组成)、信号传输通路和脉冲检测及触发模块；当低电平触发信号处于高电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的、固定频率的脉冲信号输出；当低电平触发信号变为低电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的低电平信号输出；上述输出的信号通过信号传输通路输送到脉冲检测及触发模块，根据脉冲信号情况以确定是否触发紧急顺桨，避免了因信号传输通路异常导致的紧急顺桨不能被有效触发的状况。

Description

一种变桨距风电机组紧急顺桨触发系统及方法

技术领域

本发明涉及风电机组安全控制领域，具体地，涉及一种变桨距风电机组紧急顺桨触发系统及方法。

背景技术

变桨距风力发电机组向兆瓦级、大型化发展，机组对安全保护控制的要求越来越高，其中紧急顺桨动作(快速地将叶片角度从0度或当前工作角度驱动到90度附近的停机角度)是机组在异常情况下进行的最为关键有效的气动停车保护动作，如果变桨系统的紧急顺桨动作在需要的时候没有被有效地触发，会引发很严重的后果。风力发电机组的控制系统一般分为两个层次，一个层次是主控制系统，负责控制机组常规运行的转矩控制、变桨控制和监督控制；另一个层次是机组的安全控制系统，可靠性要求比主控制系统高，并且独立于主控制系统，主要检测机组的超速、超功率、振动、偏航扭缆和主控制系统失效等，当任何一种状况被检测到，安全控制系统需要触发变桨系统的紧急顺桨动作和其他保护动作，快速停机以保护机组安全。

机组运行过程中的超速检测、超功率检测、振动检测、偏航扭缆检测和主控系统失效检测等都有较为成熟的解决方案，能够有效地检测；当检测到上述工况时需要一个触发信号来触发变桨系统开始紧急顺桨动作以实现气动停车，保护机组安全。当前的触发方式是低电平触发，当机组运行于正常情况时，安全控制系统输出的低电平触发信号处于高电平，当检测到上述工况时，则该低电平触发信号由高电平变为低电平，通过由高电平变为低电平来触发变桨系统的紧急顺桨动作。

安全控制系统的低电平触发信号要经过接线端子、滑环和线路才能到达变桨系统，在这个过程中具有一定的不确定性，常规的低电平触发方式存在不能有效触触发的问题，也就是存在一种可能：当安全系统检测到异常工况，安全系统的输出触发信号由高电平变为低电平，但是由于信号传输通道的各种异常原因(如滑环内部问题、接线端子问题等)，在信号传输通路的另一端信号仍然保持高电平，则变桨系统的紧急顺桨动作不能够被及时触发，机组不能够有效及时地停机，极有可能引发严重的后果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种变桨距风电机组紧急顺桨触发系统及方法，保证机组在异常情况下能够有效、安全、及时地触发紧急顺桨动作，保护机组安全。

实现上述目的的技术方案如下：

一种变桨距风电机组紧急顺桨触发系统，根据安全控制系统输出的低电平触发信号来确定是否进行紧急顺桨触发，包括：

脉冲发生模块，由脉冲发生器与“与”逻辑模块连接组成；当低电平触发信号处于高电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的、固定频率的脉冲信号输出；当低电平触发信号变为低电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的低电平信号输出；

信号传输通路，用于传输脉冲发生模块输出的信号；

脉冲检测及触发模块，由脉冲检测器、触发模块与逻辑模块依次连接组成，脉冲检测器用于对经信号传输通路传输过来的信号进行脉冲定时计数，在一定时间尺度内对脉冲发生次数进行计算，当脉冲次数过小或接近0时则逻辑模块判定持续固定频率的脉冲信号失效，启动触发模块触发紧急顺桨动作，当检测到持续的、固定频率的脉冲信号时则逻辑模块判定脉冲信号有效，触发模块不触发紧急顺桨动作。

进一步地，所述信号传输通路包括滑环、线路和两个接线端子，所述“与”逻辑模块的输出点通过一端接线端子接线到滑环，通过滑环内部再经另一端的接线端子接线到脉冲检测器的输入点。

本发明还提供了一种变桨距风电机组紧急顺桨触发方法，根据安全控制系统输出的低电平触发信号来确定是否进行紧急顺桨触发，包括如下步骤：

(1)当低电平触发信号处于高电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的、固定频率的脉冲信号输出；当低电平触发信号变为低电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的低电平信号输出；

(2)经步骤(1)中输出的信号通过信号传输通路输送到脉冲检测器，脉冲检测器对信号进行脉冲定时计数，在一定时间尺度内对脉冲发生次数进行计算，当脉冲次数过小或接近0时则逻辑模块判定持续固定频率的脉冲信号失效，启动触发模块触发紧急顺桨动作，当检测到持续的、固定频率的脉冲信号时则逻辑模块判定脉冲信号有效，触发模块不触发紧急顺桨动作，风电机组正常工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在本发明中，当安全控制系统输出的低电平触发信号处于高电平时，表明机组正常运行，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的、固定频率的脉冲信号输出；当低电平触发信号变为低电平时，表明机组出现故障，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的低电平信号输出，此时无脉冲信号的输出。

即本发明是在现有的低电平触发的基础上，通过持续的、固定的脉冲信号来表征机组的正常运行，这种信号不会由于信号传输的异常造成伪正常信号导致紧急顺桨触发失败，避免了由于信号传输通路异常导致的紧急顺桨不能被有效触发的状况。当信号传输通路环节出现异常状况时，信号可能会停留在持续高电平上，也可能会停留在持续低电平上，但任何一种情形都不能维持持续、固定频率的脉冲信号，从而避免了当安全控制系统输出低电平信号触发紧急顺桨时信号传输通路上由于不可控因素导致的伪高电平信号导致紧急顺桨无法正常触发的问题。

本发明主要应用于现代水平轴变桨距风力发电机组，可以提高机组在恶劣环境下的安全保护能力，提高机组安全控制系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图；

图2为脉冲检测及触发模块内部逻辑图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的变桨距风电机组紧急顺桨触发系统，根据安全控制系统输出的低电平触发信号来确定是否进行紧急顺桨触发，包括三个部分：脉冲发生模块、信号传输通路和脉冲检测及触发模块。

脉冲发生模块，由脉冲发生器与“与”逻辑模块连接组成；低电平触发信号与脉冲发生模块的结合可在机组的安全控制系统中实现，当安全控制系统判断机组正常运行时，该模块负责产生持续的固定频率的脉冲信号，当机组出现异常状况需要紧急顺桨时停止产生脉冲信号。安全控制系统一般由可编程安全控制器实现，应用其中的脉冲发生模块，“与”逻辑模块可实现这样的逻辑：当低电平触发信号处于高电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的、固定频率的脉冲信号输出；当低电平触发信号变为低电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的低电平信号输出，从而通过信号传输通路触发紧急顺桨。这里的低电平触发信号来自安全控制系统其他逻辑模块的输出，当低电平触发信号由高电平变为低电平时，表明其他逻辑模块检测并判断出机组需要触发紧急顺桨。

信号传输通路，是连接机组安全控制系统和变桨系统的硬件通路，完成信号的传输；通过机组的电气控制系统实现，包括滑环、线路和两个接线端子，安全控制系统中“与”逻辑模块的输出点通过一端接线端子接线到滑环，通过滑环内部再经另一端的接线端子接线到脉冲检测器的输入点；整个信号传输通路根据机组的整体电气接线布局和设计实现。

脉冲检测及触发模块，可在变桨系统的控制器中实现，由脉冲检测器、触发模块与逻辑模块依次连接组成，内部逻辑如图2所示，脉冲检测器用于对经信号传输通路传输过来的信号进行脉冲定时计数，在一定时间尺度内对脉冲发生次数进行计算，当脉冲次数过小或接近0时则逻辑模块判定持续固定频率的脉冲信号失效，启动触发模块触发紧急顺桨动作，当检测到持续的、固定频率的脉冲信号时则逻辑模块判定脉冲信号有效，触发模块不触发紧急顺桨动作。图2所示的清零信号每隔固定的时间发生一次，N是一个大于0的整数(一般取1即可)，脉冲检测器(Counter)会定时接受到清零信号被清零，输出为0，被清零后，当接受不到持续的脉冲信号时，则脉冲检测器的输出不会增加，此时0小于N，由此GT模块输出为0，可判断出自清零之后脉冲信号没有发生；另外，GT模块的输出和清零信号取“OR”，是为了避免清零时GT模块的误判断。

利用上述实施例中的系统进行紧急顺桨触发，其方法主要是根据安全控制系统输出的低电平触发信号来确定是否进行紧急顺桨触发，包括如下步骤：

(1)当低电平触发信号处于高电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的、固定频率的脉冲信号输出；当低电平触发信号变为低电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的低电平信号输出；

(2)经步骤(1)中输出的信号通过信号传输通路输送到脉冲检测器，脉冲检测器对信号进行脉冲定时计数，在一定时间尺度内对脉冲发生次数进行计算，当脉冲次数过小或接近0时则逻辑模块判定持续固定频率的脉冲信号失效，启动触发模块触发紧急顺桨动作，当检测到持续的、固定频率的脉冲信号时则逻辑模块判定脉冲信号有效，触发模块不触发紧急顺桨动作，风电机组正常工作。

上述实施例在现有的低电平触发的基础上，采用持续的固定频率的脉冲信号来表示风力发电机组安全正常运行，当无法检测到脉冲信号则触发紧急顺桨，保护机组安全，提高了机组在恶劣环境下安全保护的可靠性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种变桨距风电机组紧急顺桨触发系统，根据安全控制系统输出的低电平触发信号来确定是否进行紧急顺桨触发，其特征在于，包括：

脉冲发生模块，由脉冲发生器与“与”逻辑模块连接组成；当低电平触发信号处于高电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的、固定频率的脉冲信号输出；当低电平触发信号变为低电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的低电平信号输出；

信号传输通路，用于传输脉冲发生模块输出的信号；

脉冲检测及触发模块，由脉冲检测器、触发模块与逻辑模块依次连接组成，脉冲检测器用于对经信号传输通路传输过来的信号进行脉冲定时计数，在一定时间尺度内对脉冲发生次数进行计算，当脉冲次数过小或接近0时则逻辑模块判定持续固定频率的脉冲信号失效，启动触发模块触发紧急顺桨动作，当检测到持续的、固定频率的脉冲信号时则逻辑模块判定脉冲信号有效，触发模块不触发紧急顺桨动作。

2.根据权利要求1所述的触发系统，其特征在于，所述信号传输通路包括滑环、线路和两个接线端子，所述“与”逻辑模块的输出点通过一端接线端子接线到滑环，通过滑环内部再经另一端的接线端子接线到脉冲检测器的输入点。

3.一种变桨距风电机组紧急顺桨触发方法，根据安全控制系统输出的低电平触发信号来确定是否进行紧急顺桨触发，包括如下步骤：

(1)当低电平触发信号处于高电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的、固定频率的脉冲信号输出；当低电平触发信号变为低电平时，脉冲发生器通过“与”逻辑模块与低电平触发信号一起构成一个持续的低电平信号输出；

(2)经步骤(1)中输出的信号通过信号传输通路输送到脉冲检测器，脉冲检测器对信号进行脉冲定时计数，在一定时间尺度内对脉冲发生次数进行计算，当脉冲次数过小或接近0时则逻辑模块判定持续固定频率的脉冲信号失效，启动触发模块触发紧急顺桨动作，当检测到持续的、固定频率的脉冲信号时则逻辑模块判定脉冲信号有效，触发模块不触发紧急顺桨动作，风电机组正常工作。

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