CN102946119B - 一种控制风电机组断电、上电的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制风电机组断电、上电的方法及系统，该系统包括主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路，所述各回路在主控电源与电源转换模块之间设有继电器。该控制断电的方法包括：发送断电命令给PLC;判断机组是否满足断电条件，同时机组执行正常停机过程；当断电条件满足时，PLC通过PLC继电器控制主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路对机组断电，并阻止自动上电。该控制上电的方法包括：检测电网和机组环境条件，当达到上电条件时，通过主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路的断电继电器执行上电过程；或者通过上电按钮手动上电。本发明能够在安全模式下实现风电机组的上电和断电操作，避免高压冲击和震荡对模块及元器件的损坏。

Description

一种控制风电机组断电、上电的方法及系统

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种控制风电机组断电、上电的方法及系统。

背景技术

随着风力发电技术的普及应用，风电设备的维护和检修工作也受到越来越多的重视。当风电场线路需要维护、多台大型输电设备需要检修或是有计划断电停机时，都需要进行停机断电或上电起动操作。而现有技术中，对断电、上电的不当操作存在很大的安全隐患，并可能严重损坏机组设备。

首先，由于风电现场的供电线路较长，故存在着较大的电感，在断电、上电时极易造成高压的冲击和振荡，因此，在不确定的情况下断电或上电，都很容易造成机组的器件的损坏，尤其是运动控制模块，如PLC模块、24V电源模块、充电器、UPS等，在电网情况比较糟糕的地区，此种情况更加严重。

但是，目前风电机组的停机断电操作，是先给机组远程停机，然后直接在变电站将主断路器断开，此时，远程停机机组是允许偏航建压等操作的，若此时突然断电，对机组的冲击很大。在实践中，还会出现在机组运行状态下，将变电站断路器直接断开的操作，对机组损害非常严重，通常认为是坚决不允许的。

另外，由于风电机组所处的环境都比较恶劣，低温高湿，若停机时间较长，各部件的温度较低，容易造成凝露结霜的现象，金属器件还会产生锈斑，直接上电会有短路等现象发生，即使不会短时间内损坏，也会大大缩减器件的使用寿命。

由此可见，现有技术中缺少在安全模式下对机组上电和断电过程的解决方法及控制系统，亟待进一步改进。因此，如何创设一种可安全模式下执行风电机组断电、上电操作，避免对机组元器件损坏的控制风电机组断电、上电的方法及系统，实属当前本领域的重要研究课题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制风电机组断电、上电的方法及系统，使其能够在安全模式下实现风电机组的上电和断电操作，避免断电和上电时，高压冲击和震荡对模块及元器件的损坏，从而克服现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种控制风电机组断电、上电的系统，包括主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路，其中：主控柜回路在主控电源与AC/DC电源转换模块之间设有断电继电器，该断电继电器连接有网侧电源检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、上电按钮以及PLC继电器；机舱回路在主控电源与AC/DC电源转换模块之间设有断电继电器，该断电继电器连接有温度检测模块、湿度检测模块以及PLC继电器，并与主控柜回路以及主控柜回路的网侧电源检测模块连接；变桨系统回路在主控电源与电源转换模块之间设有断电继电器，该断电继电器连接有温度检测模块、PLC继电器和安全链控制继电器。

作为本发明的进一步改进，所述的主控柜、机舱和变桨系统的温度检测模块分别连接有加热器，所述的主控柜和机舱的湿度检测模块分别连接有除湿器。

所述的变桨系统回路中还设有超级电容。

所述的变桨系统回路的电源转换模块包括输出电压为60V的AC/DC转换模块以及输出电压为24V的DC/DC转换模块，所述的超级电容设置在AC/DC转换模块与DC/DC转换模块之间。

所述的主控柜、机舱和变桨系统的断电继电器均连接有自锁回路。

所述的主控柜、机舱和变桨系统的PLC继电器采用延时继电器。

此外，本发明还提供了一种应用上述系统的控制风电机组断电的方法，包括以下步骤：A、中央监控发送断电命令给PLC;B、PLC判断机组是否满足断电条件，同时机组执行正常停机过程；C、当PLC判断断电条件满足时，PLC通过PLC继电器控制主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路对机组断电，并阻止自动上电。

作为本发明的进一步改进，所述步骤B中的断电条件为机组没有除电源模块之外的负载。

所述的断电条件还包括风速、环境温度在常规范围内。

所述的步骤C中，通过延时继电器阻止自动上电。

最后，本发明还提供一种应用上述系统的控制风电机组上电的方法，包括：检测电网和机组环境条件，当达到上电条件时，通过主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路的断电继电器执行上电过程；或者通过上电按钮手动上电。

作为进一步改进，所述的环境条件包括温度和湿度，当温度太低或湿度太大不符合上电条件时，启动加热器、除湿器，直至达到上电条件。

采用以上技术设计后，本发明与现有技术比较有以下有益效果：

1、本发明可以防止远程断电引起的零器件的损坏，节省大量的备件消耗，从而减少机组的维护成本，有利于提高经济效益；

2、本发明电场管理人员可以有效的对风机进行断电、上电管理，提高了工作效率，在操作安全性、便捷性方面也有很大程度的提高；

3、本发明提高了对机组的安全保护，防止误操作等原因引起的机组掉电。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

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，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是本发明的主控柜回路电路原理图。

图2是本发明的机舱回路电路原理图。

图3是本发明的变桨系统回路电路原理图。

具体实施方式

本发明控制风电机组断电、上电的系统包括主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路。

其中，请参阅图1所示，本发明的主控柜回路在主控电源与AC/DC电源转换模块10之间设有断电继电器11，该断电继电器11连接有网侧电源检测模块12、温度检测模块13、湿度检测模块14、上电按钮15以及PLC继电器16。

AC/DC电源转换模块10将主控的400V电源转化为24V直流，为机组提供24V的控制电源。

断电继电器11，控制回路24V电源断电、上电，受网侧电源检测模块12、温度检测模块13、湿度检测模块14、上电按钮15以及PLC继电器16控制，并可连接有自锁回路。

网侧电源检测模块12的主要功能就是检测电网电压是否达到上电的要求，达到要求，则常开触点闭合，允许上电，并且具有和PLC通信的功能，PLC可以通过通信实现断电时间参数写入。

温度检测模块13至少设有一个常开触点，当温度达到上电要求时，该常开触点闭合，允许上电。此外，温度检测模块13还可通过一常闭触点连接有加热器17，若柜内温度过低未达到上电温度，常闭触点控制加热器17给柜体加热，当达到温度要求，常闭触点断开，停止加热，常开触点闭合，允许上电。

湿度检测模块14至少设有一个常开触点，当检测到的湿度达到上电要求时，该常开触点闭合，允许上电。此外，湿度检测模块14还可通过一常闭触点连接有除湿器18，当未达到上电湿度之前，常闭触点控制除湿器18除去过高的湿度，防止由于湿度问题引起的器件的损坏，当达到湿度要求，常闭触点断开，停止除湿，常开触点闭合，允许上电。

上电按钮15，可在遇到特殊情况或是需要快速上电时，按此按钮，就能够给机组迅速上电。

PLC继电器16可由主控PLC控制机组的断电，为了防止继电器频繁动作，可以采用延时继电器。

请参阅图2所示，机舱回路的设计原理基本上和主控柜回路相同，在主控电源与AC/DC电源转换模块20之间设有断电继电器21，该断电继电器21连接有温度检测模块23、湿度检测模块24以及PLC继电器26，并可为温度检测模块23、湿度检测模块24分别连接加热器27和除湿器28。

自动上电模式：主控回路网侧电源检测模块12检测达到允许上电条件，网侧电源检测模块12常开触点闭合，通过该触点给机舱回路断电继电器21上电驱动信号。强制上电模式：上电按钮15被按下，驱动电源信号会直接驱动断电继电器11、断电继电器21上电。所不同的就是电网检测上电信号和强制上电信号来自主控柜回路。

请参阅图3所示，变桨系统回路在主控电源与电源转换模块之间设有断电继电器31，该断电继电器31连接有安全链控制继电器32、温度检测模块33和PLC继电器36。

断电继电器31，用来为变桨的400V电源断电，并可连接有自锁回路。安全链控制继电器32为外部控制的上电继电器，当外部安全链复位正常之后该继电器得电，则允许变桨系统内部上电。PLC继电器36，由变桨PLC控制该变桨系统的断电，为了防止继电器频繁动作，可以采用延时继电器。

温度检测模块33至少设有一个常开触点，当温度达到上电要求时，该常开触点闭合，允许上电。此外，温度检测模块33同样可通过一常闭触点连接有加热器37，若柜内温度过低未达到上电温度，常闭触点控制加热器37给变桨系统加热，当达到温度要求，常闭触点断开，停止加热，常开触点闭合，允许上电。

此外，还可在变桨系统回路中设置超级电容30，相应的，变桨系统回路的电源转换模块由输出电压为60V的AC/DC转换模块38以及输出电压为24V的DC/DC转换模块39组成，超级电容30即设置在AC/DC转换模块38与DC/DC转换模块39之间。

超级电容30是变桨的后备电源，为变桨内部供电。

AC/DC转换模块38，为超级电容30充电作为后备的电源，当AC/DC转换模块38与网侧电源分开之后，有超级电容30为变桨系统供电，此时电源不受网侧影响，当时该种情况属于紧急情况，只能向90°变桨，且没有完全确认机组控制系统正常之前不再允许向0°变桨。

DC/DC转换模块39由超级电容30的60V电源供电。

将超级电容30设置在AC/DC转换模块38与DC/DC转换模块39之间的理由为：其一，AC/DC转换模块38是直流充电器，若网侧电压不稳定会给内部器件造成直接影响，最好将其隔离开来；其二，一旦网侧异常，变桨控制将网侧400V断开，变桨内有超级电容30供电，依然是一套独立的系统，可以保证正常停机，将网侧隔开，防止对变桨柜内器件继续造成损坏。

本发明首先要应用上述系统解决远程断电的问题，要解决由于电场直接断电给机组带来的隐患，首先要解决机组怎样给自己进行正常的断电过程，然后电网上电之后自动上电过程，另外还要考虑到机组目前的配置和节约成本问题。

具体来说，本发明控制风电机组断电的方法，包括以下步骤：

步骤A、当电场需要给所有机组进行断电检修或对主要输电设备进行应急处理时，可通过中央监控的软件，启用远程机组停机断电模式。在该模式下，中央监控首先将停机断电命令传给PLC。

步骤B、PLC收到此命令之后，判断机组是否满足断电条件，无论机组在何种情况之下，均马上执行正常停机过程。

步骤C、当PLC判断断电条件满足时，PLC通过PLC继电器控制主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路对机组断电。

若机组内部有负载的情况下断电很容易对回路器件造成冲击，所以要尽力避免在没有负载的情况下给机组断电，断电条件应当满足自身内没有负载，这是理想状态。但必须满足如偏航电机、冷却电机、变桨电机等不响应任何动作，此时，机组的负载只有24V电源模块，方能可以执行断电过程。此时，机组处于半失电状态，只有PLC、工控机、交换机等24V供电回路、UPS回路处于得电的状态，一段时间之后机组将完全处于失电状态。

另外，为了保证机组的安全性和完全可监控性，还可在断电条件中加入：在恶劣的环境条件下不允许执行远程停机断电模式，如风速异常（例如高于25m/s）、环境温度特别低（例如低于-10℃）等，在这些环境下不应该失去机组的可监控性。

在给机组远程断电之后，应避免因电网没有断电而过一段时间之后自动上电的情况发生。因为机组断电之后就去控制，而为了实现自动上电过程而又不得不在硬件上做一些设置，如机组断电失去控制后不加以限制，若此时电网没有掉电，肯定马上硬件又会执行的上电过程。这种情况是不允许的，需要加以限制。限制方式：a、通过延时继电器，该方式结构简单，成本较低，在一定程度上可以满足的我们的要求；b、通过智能模块，效果理想完全可以满足要求，并可通过自行研发控制成本，同时远程设置停机时间。

在此，结合本发明上述断电控制方法，进一步强调本发明控制系统中继电器11、21、31的布置思路。

首先，为了实现给机组的断电，且不对机组造成不良影响，断电继电器的位置的选择也很重要。因为400V用电回路和用电器之间都有继电器隔离，因此只要没有控制命令，那么负荷是可以断开的，这一点可以通过PLC的控制来完成。

其次，24V的电源，是由一路400V电源通过24V模块变换成24V之后进行供电的，也就是说根据目前的机组的配置，我们是无法通过控制来断开该回路的400V电源，因此，要在400V电源中间加断电继电器。不直接给动力回路断电，而是通过控制回路将其断开。只选择一个给控制回路的断电的继电器即可，而控制回路的负载较小，因此选择断电继电器的要求和成本都会大大的降低。

因此，本发明在机舱和主控柜给各选择一个断电继电器，用于给控制回路断电，而变桨系统内则需要在400V主回路中加装断电的继电器。而增设自锁回路，是为了防止在增加断电继电器之后，因绕动而造成24V控制回路的断电，保证机组24V控制回路的用电安全。

本发明还通过上述系统解决了风电机组安全上电的问题，其控制方法是首先检测电网和机组环境条件，判断是否符合上电的要求。

由于上电时，通常网侧电压会有一些波动，这样会对机组的零器件造成不良的影响。因此通过网侧电源检检测模块12，当检测到网侧电压符合上电的要求，延时5分钟，则允许上电。

此外，上电之前还应当考虑机组的环境条件是否满足上电的要求，例如温度、湿度等，若是温度太低或是湿度太大，则首先进行加热，除湿，当达到上电条件之后，允许执行上电的过程。一旦机组上电之后，温度和湿度条件不再能对上电回路进行制约，也就是只要机组已经正常的上电，温度和湿度检测模块不会对其再造成任何的影响。

当达到上电条件时，本发明的远程上电过程由硬件控制来判定并完成，也就是通过断电继电器、断电继电器、变桨继电器执行上电过程，这样可以保证机组准时的上电运行。

为了防止因为硬件原因不能上电，本发明还设置了直接上电的功能，即通过上电按钮15手动上电。在断电之后，可能会有硬件的损坏，如温度、湿度检测模块故障，所以为了保证机组能够及时投入运行，可在检查确实是硬件损坏原因造成无法上电之后，能够立刻手动为机组上电，保证机组的运行。

本发明是一套完整解决机组安全远程断电、上电的技术方案。

在断电之前，首先要在中央监控软件进行断电时间点和时间段设置，中央监控软件将时间参数首先传给PLC，再由PLC将参数写入网侧电源检检测模块12，确认之后方可根据设置执行断电过程。断电过程，首先禁止机组的所有响应，保证尽量减小机组的负载，动力负载依次切断，尽量减少对机组器件的冲击，最后是控制模块断电，这些措施都可有效减少机组器件的损坏。可以通过远程的设置，来控制机组的断电时间长度，保证足够的工作时间。

上电之前，首先检测电网电压是否稳定，电压稳定方可向中央监控执行上电请求，经允许之后方可方可控制回路依次上电。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种控制风电机组断电、上电的系统，其特征在于包括主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路，其中：

主控柜回路在主控电源与AC/DC电源转换模块之间设有断电继电器，该断电继电器连接有网侧电源检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、上电按钮以及PLC继电器；

机舱回路在主控电源与AC/DC电源转换模块之间设有断电继电器，该断电继电器连接有温度检测模块、湿度检测模块以及PLC继电器，并且通过两路与主控柜回路连接，其中一路连接于主控柜回路的网侧电源检测模块；

变桨系统回路在主控电源与电源转换模块之间设有断电继电器，该断电继电器连接有温度检测模块、PLC继电器和安全链控制继电器。

2.根据权利要求1所述的控制风电机组断电、上电的系统，其特征在于所述的主控柜、机舱和变桨系统回路的温度检测模块分别连接有加热器，所述的主控柜和机舱的湿度检测模块分别连接有除湿器。

3.根据权利要求1所述的控制风电机组断电、上电的系统，其特征在于所述的变桨系统回路中还设有超级电容。

4.根据权利要求3所述的控制风电机组断电、上电的系统，其特征在于所述的变桨系统回路的电源转换模块包括输出电压为60V的AC/DC转换模块以及输出电压为24V的DC/DC转换模块，所述的超级电容设置在AC/DC转换模块与DC/DC转换模块之间。

5.根据权利要求1所述的控制风电机组断电、上电的系统，其特征在于所述的主控柜、机舱和变桨系统回路的断电继电器均连接有自锁回路。

6.根据权利要求1所述的控制风电机组断电、上电的系统，其特征在于所述的主控柜、机舱和变桨系统回路的PLC继电器采用延时继电器。

7.一种应用权利要求1-6中任一项所述系统的控制风电机组断电的方法，其特征在于包括以下步骤：

A、中央监控发送断电命令给PLC；

B、PLC判断机组是否满足断电条件，同时机组执行正常停机过程；

C、当PLC判断断电条件满足时，PLC通过PLC继电器控制主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路对机组断电，并阻止自动上电。

8.根据权利要求7所述的控制风电机组断电的方法，其特征在于所述步骤B中的断电条件为机组没有除电源模块之外的负载。

9.根据权利要求8所述的控制风电机组断电的方法，其特征在于所述的断电条件还包括风速、环境温度在常规范围内。

10.根据权利要求7所述的控制风电机组断电的方法，其特征在于所述的步骤C中，通过延时继电器阻止自动上电。

11.一种应用权利要求1-6中任一项所述系统的控制风电机组上电的方法，其特征在于包括：

检测电网和机组环境条件，当达到上电条件时，通过主控柜回路、机舱回路和变桨系统回路的断电继电器执行上电过程；或者

通过上电按钮手动上电。

12.根据权利要求11所述的控制风电机组上电的方法，其特征在于所述的环境条件包括温度和湿度，当温度太低或湿度太大不符合上电条件时，启动加热器、除湿器，直至达到上电条件。