CN102913388B - 一种风力发电机组紧急收桨系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机组紧急收桨系统及控制方法，它包括：交流电机I、交流电机II和交流电机III，交流电机I与驱动器I、控制器I依次通讯，交流电机II与驱动器II、控制器II依次通讯，交流电机III与驱动器III、控制器III依次通讯，所述各控制器间彼此通讯；所述各驱动器与相应交流电机的连接回路上串接接触器K1、K2、K3的常开触点，每个接触器还设有一个常闭触点，驱动器I通过接触器K2的常闭触点与交流电机II连接，驱动器II通过接触器K3的常闭触点与交流电机III连接，驱动器III通过接触器K1的常闭触点与交流电机I连接。

Description

一种风力发电机组紧急收桨系统及控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机组紧急收桨系统及控制方法。

背景技术

当前，随着风电行业的快速发展，风电场规模不断扩大，风电机组事故也越来越多。其中，变桨系统属于风电机组安全系统的第一级保护，故障时变桨系统若能够紧急收桨，可极大的减少故障造成的损失。因此，在考虑成本的前提下，提高变桨系统的安全性，保证故障时能够紧急收桨，从而提高风电机组的安全性能显得尤为迫切。

风电机组安全规范中规定，若风电机组变桨系统产生故障，必须至少有两个轴的桨叶能够紧急收桨，才能保证不发生飞车事故。

目前，陆上风电机组所用变桨系统中，每个变桨电机配有一个驱动器，由驱动器来驱动变桨电机；海上风电机组所用变桨系统中，一般采用驱动器冗余的方式，每个变桨电机配有两个驱动器，一个驱动器出现故障后，可切换到另外一个驱动器来驱动变桨电机。

每个变桨电机采用一个驱动器的方式，一旦驱动器出现故障，变桨电机便无法驱动，桨叶无法收桨，若两个轴的驱动器同时发生故障，那么两个桨叶无法收桨，便会造成飞车事故；采用驱动器冗余的方式，则每个变桨电机需配备两个驱动器，成本较高。

因此目前两种方式均存在一定的不足。

发明内容

本发明的目的就是为解决目前国内外经常有风电机组因为变桨系统驱动出现故障，无法紧急收桨而造成飞车，损失惨重的问题，提供一种风力发电机组紧急收桨系统及控制方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种风力发电机组紧急收桨系统，它包括：交流电机I、交流电机II和交流电机III，交流电机I与驱动器I、控制器I依次通讯，交流电机II与驱动器II、控制器II依次通讯，交流电机III与驱动器III、控制器III依次通讯，所述各控制器间彼此通讯；还包括三个接触器K1、K2、K3，所述的三个接触器K1、K2、K3的主接触器分别与控制器I、控制器II和控制器III相连；所述各驱动器与相应交流电机的连接回路上串接接触器K1、K2、K3的常开触点，每个接触器还设有一个常闭触点；所述的驱动器I通过接触器K2的常闭触点与交流电机II连接，驱动器II通过接触器K3的常闭触点与交流电机III连接，驱动器III通过接触器K1的常闭触点与交流电机I连接；通过各接触器常开触点和常闭触点的通/断控制交流电机的得电/断电，通过常闭触点的通/断实现非同轴驱动器驱动变桨电机完成紧急收桨动作；所述各驱动器与各控制器均与电源连接。

所述各接触器采用线圈控制电压为24VDC的接触器，以保证只要变桨系统内存在24VDC电源，即可实现接触器通/断的控制。

所述各控制器间通过CAN总线通讯。

所述各控制器还与后备电源连接。

风力发电机组紧急收桨系统的控制方法，若驱动器正常工作，接触器K1、K2、K3得电，它们的常开触点闭合，各交流电机正常工作；若

①驱动器I故障，驱动器II正常，驱动器III正常时：首先交流电机II和交流电机III完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K1掉电，接触器K1的常闭触点吸合，控制器III检测到交流电机III的桨叶收桨完成后，控制驱动器III驱动交流电机I完成收桨；

②驱动器I正常，驱动器II故障，驱动器III正常时：首先交流电机I和交流电机III完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K2掉电，接触器K2的常闭触点吸合，控制器I检测到交流电机I收桨完成后，控制驱动器I驱动交流电机II完成收桨；

③驱动器I正常，驱动器II正常，驱动器III故障时：首先交流电机I和交流电机II完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K3掉电，接触器K3的常闭触点吸合，控制器II检测到交流电机II收桨完成后，控制驱动器II驱动交流电机III完成收桨。

一种风力发电机组紧急收桨系统的控制方法，若驱动器正常工作，接触器K1、K2、K3得电，它们的常开触点闭合，各交流电机正常工作；若：

①驱动器I正常，驱动器II故障，驱动器III故障时：首先交流电机I完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K2掉电，接触器K2的常闭触点吸合，控制器I检测到交流电机I收桨完成后，控制驱动器I驱动交流电机II完成收桨；

②驱动器I故障，驱动器II正常，驱动器III故障时：首先交流电机II完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K3掉电，接触器K3的常闭触点吸合，控制器II检测到交流电机II收桨完成后，控制驱动器II驱动交流电机III完成收桨；

③驱动器I故障，驱动器II故障，驱动器III正常时：首先交流电机III完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K1掉电，接触器K1的常闭触点吸合，控制器III检测到交流电机III收桨完成后，控制驱动器III驱动交流电机I完成收桨。

本发明的紧急收桨系统，与当前变桨系统相比，增加三个接触器、三条旁路和新的控制方式，接触器线圈控制电压为24VDC，每个接触器配备一组转换触点。正常工作时，变桨电机由同轴驱动器驱动，同轴驱动器发生故障后，由其它轴驱动器进行驱动。变桨系统驱动器正常工作时，接触器得电，常开触点闭合，发生故障时，其它轴先紧急收桨，然后再控制驱动器驱动出现故障的轴收桨，这样即可实现至少两个轴能够完成紧急收桨，本系统只处理两个轴的收桨，三个轴都出故障时，不进行处理。

本发明的有益效果是：

1)变桨系统驱动器出现故障后，只要还有一个驱动器完好，依然可实现至少两个桨叶紧急收桨，提高了风机的安全性能。

2）接触器线圈控制电压为24VDC，因此只要变桨系统具备24VDC条件，即可控制接触器的通/断，不会因为电源问题造成驱动器与变桨电机的断路。

3）结构简单，维护方便，易于控制，价格低廉，不会大幅度提升风机成本。

附图说明

图1为本发明的变桨系统结构总图。

图2为本发明的变桨系统单轴结构图。

图3为本发明控制流程图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明的一种紧急收桨系统。增加接触器K1、K2、K3，每个接触器配备一组常开触点和一组常闭触点，通过控制各接触器常开触点的通/断来控制各交流电机的电源；增加驱动器I到接触器K2常闭触点的旁路，增加驱动器II到K3常闭触点的旁路，增加驱动器III到K1常闭触点的旁路。各驱动器是否产生故障由变桨系统中的相应控制器来检测。

变桨系统驱动器均正常时，接触器K1、K2、K3得电，它们的常开触点闭合，各交流电机I、II、III分别由驱动器I、II、III驱动。

变桨系统驱动器发生故障时，可分为三大类情况：⑴单轴驱动器故障，⑵两轴驱动器同时故障，⑶三轴驱动器同时故障；其中，第一种情况常见，第二种情况较少，第三种情况十分罕见。本发明可在前两种情况下，实现至少两个轴的桨叶完成紧急收桨动作。

1）单轴驱动器故障

①驱动器I故障，驱动器II正常，驱动器III正常时：首先交流电机II和交流电机III完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K1掉电，接触器K1的常闭触点吸合，控制器III检测到交流电机III收桨完成后，控制驱动器III驱动交流电机I的完成收桨。

②驱动器I正常，驱动器II故障，驱动器III正常时：首先交流电机I和交流电机III完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K2掉电，接触器K2的常闭触点吸合，控制器I检测到交流电机I收桨完成后，控制驱动器I驱动交流电机II完成收桨。

③驱动器I正常，驱动器II正常，驱动器III故障时：首先交流电机I和交流电机II完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K3掉电，接触器K3的常闭触点吸合，控制器II检测到交流电机II的桨叶收桨完成后，控制驱动器II驱动交流电机II的桨叶完成收桨。

2）两轴驱动器同时故障

①驱动器I正常，驱动器II故障，驱动器III故障时：首先交流电机I完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K2掉电，接触器K2的常闭触点吸合，控制器I检测到交流电机I收桨完成后，控制驱动器I驱动交流电机I完成收桨。

②驱动器I故障，驱动器II正常，驱动器III故障时：首先交流电机II完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K3掉电，接触器K3的常闭触点吸合，控制器II检测到交流电机收桨完成后，控制驱动器II驱动交流电机II完成收桨。

③驱动器I故障，驱动器II故障，驱动器III正常时：首先交流电机II完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K1掉电，接触器K1的常闭触点吸合，控制器III检测到交流电机III收桨完成后，控制驱动器III驱动交流电机I完成收桨。

采用线圈控制电压为24VDC的接触器，保证了只要变桨系统内部存在24VDC电源，即可保证接触器的通/断控制。

此外，考虑到接触器也有损坏的可能，因此，需在变桨程序中进行一下处理：由控制器I、II、III检测桨叶位置，一旦某个轴桨叶位置不再发生变化，即默认此驱动器故障，变桨系统执行紧急收桨，然后由工作人员进行检查，首先检查接触器是否正常，若接触器正常，再检查驱动器是否正常。

上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。

Claims (6)

1.一种风力发电机组紧急收桨系统，它包括：交流电机I、交流电机II和交流电机III，交流电机I与驱动器I、控制器I依次通讯，交流电机II与驱动器II、控制器II依次通讯，交流电机III与驱动器III、控制器III依次通讯，所述各控制器间彼此通讯；其特征是，还包括三个接触器K1、K2、K3，所述的三个接触器K1、K2、K3的主接触器分别与控制器I、控制器II和控制器III相连；所述各驱动器与相应交流电机的连接回路上串接接触器K1、K2、K3的常开触点，每个接触器还设有一个常闭触点；所述的驱动器I通过接触器K2的常闭触点与交流电机II连接，驱动器II通过接触器K3的常闭触点与交流电机III连接，驱动器III通过接触器K1的常闭触点与交流电机I连接； 通过各接触器常开触点和常闭触点的通/断控制交流电机的得电/断电，通过常闭触点的通/断实现非同轴驱动器驱动变桨电机完成紧急收桨动作；所述各驱动器与各控制器均与电源连接。

2.如权利要求1所述的风力发电机组紧急收桨系统，其特征是，所述各接触器采用线圈控制电压为24VDC的接触器，以保证只要变桨系统内存在24VDC电源，即可实现接触器通/断的控制。

3.如权利要求1所述的风力发电机组紧急收桨系统，其特征是，所述各控制器间通过CAN总线通讯。

4.如权利要求1所述的风力发电机组紧急收桨系统，其特征是，所述各控制器还与后备电源连接。

5.一种采用权利要求1所述的风力发电机组紧急收桨系统的控制方法，其特征是，若驱动器正常工作，接触器K1、K2、K3得电，它们的常开触点闭合，各交流电机正常工作；若

①驱动器I故障，驱动器II正常，驱动器III正常时：首先交流电机II和交流电机III完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K1掉电，接触器K1的常闭触点吸合，控制器III检测到交流电机III的桨叶收桨完成后，控制驱动器III驱动交流电机I完成收桨；

②驱动器I正常，驱动器II故障，驱动器III正常时：首先交流电机I和交流电机III完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K2掉电，接触器K2的常闭触点吸合，控制器I检测到交流电机I收桨完成后，控制驱动器I驱动交流电机II完成收桨；

③驱动器I正常，驱动器II正常，驱动器III故障时：首先交流电机I和交流电机II完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K3掉电，接触器K3的常闭触点吸合，控制器II检测到交流电机II收桨完成后，控制驱动器II驱动交流电机III完成收桨。

6.一种采用权利要求1所述的风力发电机组紧急收桨系统的控制方法，其特征是，若驱动器征程工作，接触器K1、K2、K3得电，它们的常开触点闭合，各交流电机正常工作；若：

①驱动器I正常，驱动器II故障，驱动器III故障时：首先交流电机I完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触   器K2掉电，接触器K2的常闭触点吸合，控制器I检测到交流电机I收桨完成后，控制驱动器I驱动交流电机II完成收桨；

②驱动器I故障，驱动器II正常，驱动器III故障时：首先交流电机II完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K3掉电，接触器K3的常闭触点吸合，控制器II检测到交流电机II收桨完成后，控制驱动器II驱动交流电机III完成收桨；

③驱动器I故障，驱动器II故障，驱动器III正常时：首先交流电机III完成紧急收桨；控制器I、II、III之间相互通讯，控制接触器K1掉电，接触器K1的常闭触点吸合，控制器III检测到交流电机III收桨完成后，控制驱动器III驱动交流电机I完成收桨。

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