CN102748213A - 一种风力发电机组紧急停机控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种风力发电机组紧急停机控制系统及方法，该方法包括：机组运行时，安全系统持续发出高电平信号；当机组发生故障时，安全系统根据急停信号触发紧急顺桨和变频器脱网，同时对主控系统是否有效、转速是否低于设定阈值进行判断；在主控系统有效且转速低于设定阈值时，启动高速轴刹车；在主控系统失效时，直接延时后启动高速轴刹车；当机组故障被排除后，高速轴刹车释放。该系统包括紧急停机触发模块、主控系统转速检测模块、安全系统紧急停机模块、液压系统以及高速轴刹车。本发明可保证风力发电机组在主控系统失效的情况下仍然能安全、快速的停机，保护风力发电机组的安全，而且不用额外增加风力发电机组的硬件成本。

Description

一种风力发电机组紧急停机控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组安全控制领域，特别是涉及一种风力发电机组紧急停机控制系统及方法。
背景技术
为了保证风力发电机组的安全运行，大型风力发电机组除了有主控系统制系统的安全控制策略，还有一套独立于主控系统制系统的安全系统，也称为安全链，其执行级别高于主控系统制系统的执行级别。
安全系统将所有威胁风机安全的严重故障点通过安全继电器接入，包括紧急停机、超速检测、扭缆限位开关、振动检测等。一旦安全链断开，风力发电机组会瞬间脱网，并执行紧急顺桨，从而最大限度地保证机组的安全。风力发电机组控制系统工作的安全可靠性已成为风力发电系统能否发挥作用，甚至成为风电场长期安全可靠运行的重大问题，所以安全链控制系统的安全保护动作尤其重要。
当风力发电机组发出紧急停机命令后，叶片紧急顺桨，同时为了减少对传动链及机组的冲击力，让机组快速、完全的停下来，需要在特定的时候启动高速轴刹车，使风电机组完全停止下来。现有发出命令的系统一般是直接通过主控系统来控制高速轴刹车的制动和释放，但如果主控系统突然失效的话，通讯中断，则高速轴刹车不会动作，这可能会对机组造成严重的损害。而如果额外增加硬件接进安全系统，则会增加机组的成本。
由此可见，上述现有的一种风力发电机组紧急停机控制系统及方法在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可保证风力发电机组在主控系统失效的情况下仍然能安全、快速的停机，保护风力发电机组的安全，而且不用额外增加风力发电机组的硬件成本的新的风力发电机组紧急停机控制系统及方法,实属当前重要研发课题之一。
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组紧急停机控制系统及方法，使其可保证风力发电机组在主控系统失效的情况下仍然能安全、快速的停机，保护风力发电机组的安全，而且不用额外增加风力发电机组的硬件成本，从而克服现有的风力发电机组紧急停机控制系统及方法的不足。
为解决上述技术问题，本发明一种风力发电机组紧急停机控制方法，包括以下步骤：A.机组运行时，安全系统持续发出高电平信号；B.当机组发生故障时，安全系统根据急停信号触发紧急顺桨和变频器脱网，同时对主控系统是否有效、转速是否低于设定阈值进行判断；C1.在主控系统有效且转速低于设定阈值时，持续输出低电平，启动高速轴刹车；C2.在主控系统失效时，持续输出低电平，直接延时后启动高速轴刹车；D.当机组故障被排除后，安全系统恢复到正常状态，持续的发出高电平信号，高速轴刹车释放。
作为本发明的一种改进，所述的急停信号来源于机舱或塔底的紧急停机按钮、主控系统的紧急停机命令或者远程紧急停机命令。
此外，本发明还提供了一种应用上述方法的风力发电机组紧急停机控制系统，包括：发出急停信号的紧急停机触发模块；对叶轮转速进行监测，并在检测到叶轮转速低于设定阈值时，向安全系统紧急停机模块发送信号的主控系统转速检测模块；根据急停信号触发紧急顺桨和变频器脱网，并在主控系统有效且转速低于设定阈值时发出制动指令，或者在主控系统失效时直接延时后就发出制动指令的安全系统紧急停机模块；根据安全系统紧急停机模块的制动指令改变压力的液压系统；以及由液压系统的压力变化控制启动、释放的高速轴刹车。
作为进一步改进，所述的安全系统紧急停机模块包括信号接收模块、逻辑控制模块和延时模块。
所述的安全系统紧急停机模块采用可编程安全控制器。
采用这样的设计后，本发明具有以下优点：
1、当机组的紧急停机信号被触发后，直接通过安全系统来触发高速轴刹车制动；
2、当机组触发紧急停机后，在主控系统没有失效的时候，通过接收从主控系统传来的转速低于设定阈值的信号与紧急停机信号相与之后决定是否来发送给液压系统来启动高速轴刹车，这能保证风力发电机组在一个比较小的转速时高速轴刹车再动作，从而保证了机组不会因为高速刹车而引起传动链或其它部件的大振动或损坏，保证了机组安全停机；
3、当机组触发紧急停机后，在主控系统失效的时候，采用延时模块直接延时后就启动高速轴刹车，即使主控系统发生任何故障，都不影响风机快速的回到安全状态，从而最大程度的保证风力发电机组的安全；
4、本发明不用额外增加机组的硬件成本。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明一种风力发电机组紧急停机控制系统的组成示意图。
图2是本发明一种风力发电机组紧急停机控制方法的控制逻辑示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2所示，本发明一种风力发电机组紧急停机控制系统，包括紧急停机触发模块、主控系统转速检测模块、安全系统紧急停机模块、液压系统及高速轴刹车。
其中，紧急停机触发模块通过硬接线连接到安全系统，主控系统速度检测模块也连接到安全系统紧急停机模块，安全系统紧急停机模块再与液压系统连接，液压系统根据压力的变化来决定是否启动高速轴刹车。
具体来说，紧急停机触发模块用于发出急停信号，其信号来源于机舱或塔底的紧急停机按钮、主控系统软件中的紧急停机命令、远程紧急停机命令等，其中任何一个发出紧急停机命令，机组都会进行紧急停机。当紧急停机触发信号恢复到高电平信号后，触发高速轴刹车释放。
主控系统转速检测模块，可以在进行紧急停机的时候对叶轮转速进行监测，当检测到叶轮转速低于设定的阈值的时候，就向安全系统紧急停机模块发送一个转速满足要求的信号。
安全系统紧急停机模块，专门用来处理机组的紧急停机，一般采用可编程的安全控制器来实现，包括一个信号接收模块、一个逻辑控制模块和一个延时模块，信号接收模块接收到所述紧急停机信号，触发紧急顺桨和变频器脱网，在主控系统没有失效的情况下，如果信号接收模块接收到主控系统转速检测模块发出的转速低于某个阈值的信号，则触发液压系统改变压力来启动高速轴刹车。如果主控系统失效，直接通过延时模块触发液压系统改变压力来启动高速轴刹车。
液压系统接收到安全系统紧急停机模块传来的让高速轴刹车制动的命令后，改变压力使高速轴刹车制动。
本发明上述系统所实施的风力发电机组紧急停机控制方法，包括以下步骤：
A.机组运行时，安全系统持续发出高电平信号。
B.当机组发生故障时，安全系统紧急停机模块的信号接收模块接收到持续的低电平信号，表示风力发电机组的紧急停机信号被触发，安全系统紧急停机模块根据急停信号触发紧急顺桨和变频器脱网，同时对主控系统是否有效、转速是否低于设定阈值进行判断；
C1. 同时，在主控系统没有失效的时候，急停信号、信号接收模块接收到的主控系统发出的转速低于某个阈值的信号、主控系统有效信号进行逻辑“与”，根据相与之后的信号来触发液压系统改变压力来启动高速轴刹车。
C2. 如果主控系统失效，直接将急停信号、主控系统有效信号进行逻辑“与”，再通过延时模块延时后触发液压系统改变压力来启动高速轴刹车。
D.当机组故障被排除，正常启动后，安全系统恢复到正常状态，持续的发出高电平信号，液压系统接收到高电平信号，压力释放，高速轴刹车释放。
其中，急停信号来源于机舱或塔底的紧急停机按钮、主控系统的紧急停机命令或者远程紧急停机命令。
当风机进行紧急停机时，本发明根据安全系统输出的信号来决定是否制动高速轴刹车。主控系统转速检测模块用来检测叶轮转速是否低于设定阈值，如果叶轮的转速低于设定阈值，向安全系统发送一个转速低于设定阈值的信号。当安全系统接收到紧急停机信号，触发紧急顺桨和变频器脱网，在主控系统没有失效的时候，如果接收到从主控系统传来的转速低于设定阈值的信号，则触发液压系统来启动高速轴刹车；在主控系统失效的时候，直接延时一定时间就触发液压系统来启动高速轴刹车。从而避免了因为主控系统的失效而无法启动高速轴刹车的情况，提高了机组在恶劣环境下的安全保护能力，不需要额外增加机组的硬件成本，因而适于广泛应用于风电行业中。
上述实施例仅为本发明的优选实例而已，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 (5)

1.一种风力发电机组紧急停机控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A.机组运行时，安全系统持续发出高电平信号；
B.当机组发生故障时，安全系统根据急停信号触发紧急顺桨和变频器脱网，同时对主控系统是否有效、转速是否低于设定阈值进行判断；
C1.在主控系统有效且转速低于设定阈值时，持续输出低电平，启动高速轴刹车；
C2.在主控系统失效时，持续输出低电平，直接延时后启动高速轴刹车；
D.当机组故障被排除后，安全系统恢复到正常状态，持续的发出高电平信号，高速轴刹车释放。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组紧急停机控制方法，其特征在于所述的急停信号来源于机舱或塔底的紧急停机按钮、主控系统的紧急停机命令或者远程紧急停机命令。
3.一种应用权利要求1或2所述方法的风力发电机组紧急停机控制系统，其特征在于包括：
发出急停信号的紧急停机触发模块；
对叶轮转速进行监测，并在检测到叶轮转速低于设定阈值时，向安全系统紧急停机模块发送信号的主控系统转速检测模块；
根据急停信号触发紧急顺桨和变频器脱网，并在主控系统有效且转速低于设定阈值时发出制动指令，或者在主控系统失效时延时并发出制动指令的安全系统紧急停机模块；
根据安全系统紧急停机模块的制动指令改变压力的液压系统；以及
由液压系统的压力变化控制启动、释放的高速轴刹车。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组紧急停机控制系统，其特征在于所述的安全系统紧急停机模块包括信号接收模块、逻辑控制模块和延时模块。
5.根据权利要求3所述的一种风力发电机组紧急停机控制系统，其特征在于所述的安全系统紧急停机模块采用可编程安全控制器。
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