CN103089541A - 风力发电机组安全链控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组安全链控制系统，它包括主控PLC、变桨系统、变流器系统、偏航系统、转子制动系统、电源装置、多个故障节点和多个安全继电器，电源装置的输出端通过不同的安全继电器分别于变桨系统、变流器系统、偏航系统、转子制动系统连接，它还包括安全PLC，各个故障节点均与安全PLC的输入端连接，多个安全继电器的线圈分别与安全PLC的输出端连接。本发明能对不同的故障信息进行准确定位并进行针对性的处理。

Description

风力发电机组安全链控制系统
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体讲是一种风力发电机组安全链控制系统。
背景技术
风能作为一种清洁的能源，已经成为当前重点发展的能源，风力发电技术是将风能转换为机械能进而再将机械能转换为电能的技术，随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组得到越来越广泛的应用。
为保证风力发电机组安全运行，通常为风力发电机组配置安全链控制系统，安全链控制系统可对风力发电机组起到保护作用，当由于风力发电机组控制功能失效、内外部损伤或危险事件导致风力发电机组不能保持正常运行时，安全链控制系统可使风力发电机组安全停机，以实现对风力发电机组的保护。
目前的风力发电安全链控制系统一般包括变桨系统、变流器系统、偏航系统、转子制动系统、电源装置、多个故障节点和安全继电器K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10，其采用安全继电器链路串联的方式，即将电源装置的输出端、各个故障节点与安全继电器K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10的线圈依次串联成一个回路，并且电源装置的输出端与K4的常开触点K4.1、K5的常开触点K5.1串联输入到变桨系统，电源装置的输出端与K9的常开触点K9.1、K10的常开触点K10.1串联输入到变流器系统，电源装置的输出端与K2的常开触点K2.1、K3的常开触点K3.1串联输入到偏航系统，电源装置的输出端与K7的常开触点K7.1、K8的常开触点K8.1串联输入到转子制动系统，当任意一个故障节点出现故障时，该串联的安全继电器链路断开，继电器K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10的线圈均失电，K2的常开触点K2.1、K3的常开触点K3.1、K4的常开触点K4.1、K5的常开触点K5.1、K7的常开触点K7.1、K8的常开触点K8.1、K9的常开触点K9.1、K10的常开触点K10.1均断开，使变桨系统执行紧急顺桨命令、变流器系统解列、偏航系统断电、转子制动系统启动。
这种风力发电机控制系统存在以下不足：当出现故障时，该风力发电机组安全链控制系统无法对故障信息进行定位，并且出现故障时无法根据相应的故障进行针对性的处理，只能同时使变桨系统执行紧急顺桨命令、变流器系统解列、偏航系统断电、转子制动系统启动，降低了该风力发电机组的工作效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供能对不同的故障信息进行准确定位并进行针对性的处理的风力发电机组安全链控制系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的风力发电机组安全链控制系统，它包括主控PLC、变桨系统、变流器系统、偏航系统、转子制动系统、电源装置、多个故障节点和安全继电器K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10，电源装置的输出端与K4的常开触点K4.1、K5的常开触点K5.1串联后与变桨系统连接，电源装置的输出端与K9的常开触点K9.1、K10的常开触点K10.1串联后与变流器系统连接，电源装置的输出端与K2的常开触点K2.1、K3的常开触点K3.1串联后与偏航系统连接，电源装置的输出端与K7的常开触点K7.1、K8的常开触点K8.1串联后与转子制动系统连接，其特征在于：它还包括安全PLC，各个故障节点均与安全PLC的输入端连接，安全继电器K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10的线圈分别与安全PLC的输出端连接。
采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下的优点：
由于每个故障节点均与安全PLC连接，使安全PLC能对所有故障节点进行定位，当一个故障节点出现故障时，能通过安全PLC得知是哪个故障节点出现故障，能及时对故障节点进行处理，并且当出现故障时，不同的故障节点能让相应的安全继电器的线圈失电，相应的使变桨系统和/或变流器系统和/或偏航系统和/或转子制动系统执行动作，当一个故障节点出现故障时，不需要再同时使变桨系统执行紧急顺桨命令、变流器系统解列、偏航系统断电、转子制动系统启动，不会降低风力发电机组的工作效率。
作为优选，每个故障节点均由两个独立常闭触点分别与安全PLC的输入端连接，也就是说每个故障节点均由两路冗余的输入通道达到安全PLC的输入口，保证故障输入的可靠性。
作为优选，所述的多个故障节点是指塔座急停节点、机舱急停节点、偏航节点、振动节点、超速与低速节点，塔座急停节点由一个设在塔座的急停按钮提供，机舱急停节点由一个设在机舱的急停按钮提供，偏航节点由两个设在机舱的偏航限位开关提供，也就是说风轮转动的正方向和反方向均固定有一个常闭触点的偏航限位开关与安全PLC输入连接，一旦风轮正方向转动或反方向转动时触发偏航限位开关，将触发该故障节点，振动节点由一个设在机舱的振动监控器提供，超速与低速节点由一个设在风轮的安全速度监测继电器提供，综上所述，可以对可能影响风力发电机组正常工作的各种故障节点进行监测，出现故障时能及时做出相应的处理，避免风力发电机组损坏。
作为优选，所述的电源装置的输出端与K4的常开触点K4.2、K5的常开触点K5.2串联后与变桨系统连接，使变桨系统有两条相互独立的链路，带有冗余功能，使两条链路中的任意一个常开触点断开时，变桨系统将紧急顺桨，使该安全链控制系统的可靠性提高。
作为优选，该风力发电机安全链控制系统还包括安全继电器K6、K11，所述的主控PLC通过数据总线与安全PLC连接，主控PLC的输出端分别与K6、K11的线圈连接，K6的常开触点K6.1串接于K5的常开触点K5.1与变桨系统之间，K6的常开触点K6.2串接于K5的常开触点K5.2与变桨系统之间，K11的常开触点K11.1串接于K8的常开触点K8.1与转子制动系统之间，当安全PLC接收到故障信息时，通过数据总线给主控PLC控制命令，主控PLC根据控制命令让安全继电器K6、K11的线圈得电或失电，安全继电器K6、K11的常开或常闭触电将动作传输控制命令，进一步提高了该安全链控制系统的可靠性。
作为优选，所述的变桨系统内设有安全继电器K12、K13，K12的常开触点、K13的常开触点分别与安全PLC的输入端连接，当变桨系统进入紧急顺桨状态时，将使K12的线圈失电，K12的常开触点断开，通知安全PLC变桨系统处于紧急顺桨状态，当变桨系统处于顺桨位置时候，将使K13的线圈失电，K13的常开触点断开，通知安全PLC变桨系统处于顺桨位置，也就是说一旦变桨系统进入紧急顺桨状态或变桨系统处于顺桨位置，将会有相应的信息反馈给安全PLC，表示变桨系统执行了相应的动作，如果安全PLC没有收到相应的反馈信息，表示变桨系统没有执行相应的动作，将发出警报，进一步提升可该安全链控制系统的可靠性。
作为优选，所述的变流器系统内的主断路器Q1的常开触点与安全PLC的输入端连接，变流器系统内部设有主断路器Q1，一旦变流器系统解列，Q1的线圈失电，Q1的常开触点断开，也就是说一旦变流器系统解列，将会有相应的信息反馈给安全PLC，如果安全PLC没有收到相应的反馈信息，表示变桨系统没有执行相应的动作，将发出警报，进一步提升了该安全链控制系统的可靠性。
作为优选，所述的电源装置的输出端与K2的常闭触点K2.2、K3的常闭触点K3.2串联后与安全PLC的输入端连接，电源装置的输出端与K4的常闭触点K4.3、K5的常闭触点K5.3串联后与安全PLC的输入端连接，电源装置的输出端与K7的常闭触点K7.2、K8的常闭触点K8.2串联后与安全PLC的输入端连接，当某个故障节点触发使偏航系统断电、转子制动系统启动、变桨系统执行紧急顺桨命令，相应的使K2的常闭触点K2.2或/和K3的常闭触点K3.2或/和K4的常闭触点K4.3或/和K5的常闭触点K5.3或/和 K7的常闭触点K7.2或/和K8的常闭触点K8.2闭合，也就是说会有相应的反馈信息给安全PLC，如果安全PLC没有收到相应的反馈信息，表示变桨系统或/和变流器系统或/和偏航系统或/和转子制动系统没有执行相应的动作，将发出警报，进一步提升了该安全链控制系统的可靠性。
作为优选，该风力发电机安全链控制系统还包括电网监控系统，电网监控系统和变流器系统分别通过现场总线与主控PLC连接进行通讯，变流器系统和电网监控系统均可用于监控风力发电机组的输出功率，变流器系统和电网监控系统各自独立运行，带有冗余功能，变流器系统和电网监控系统的功率信息通过现场总线传输给安全PLC，当安全PLC监控到功率大于设定值时，将执行紧急顺桨操作，安全PLC通过现场总线给主控PLC命令让安全继电器K6的线圈失电，K6的常开触点K6.1、K6.2断开，给系统紧急顺桨命令，进一步提升该安全链控制系统的可靠性。
作为优选，该风力发电机安全链控制系统还包括得电延时复位继电器K1，风力发电机组的塔座和机舱内分别设有复位开关S5和S6，电源装置的输出端与K1的线圈连接，电源装置的输出端与S5、S6和K1的常开触点并联后与安全PLC的输入端连接，当安全链控制系统触发后，通过复位开关S5和S6，能使系统及时复位，故障消除后能及时回复正常工作状态，当系统开机时，由于延时继电器的作用，使变桨系统、变流器系统、偏航系统、转子制动系统均启动后，才使K1的常开触点闭合，使系统复位，保证了开机时系统正常复位。
附图说明
图1是本发明风力发电机组安全链控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。
由图1所示，本发明风力发电机组安全链控制系统包括主控PLC、变桨系统、变流器系统、偏航系统、转子制动系统、电源装置、多个故障节点和安全继电器K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10，此处的K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10均是为了方便说明，不能视为对权利要求保护范围的限制。
所述的风力发电机组安全链控制系统还包括安全PLC，安全PLC为风力发电机组专用的安全PLC，各个故障节点均与安全PLC的输入端连接，安全继电器K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10的线圈的一端分别与安全PLC的输出端连接，安全继电器K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10的线圈的另一端均接地。
变桨系统控制风力发电机组的叶片节距角可以随风速的大小进行自动调节.在低风速起动时,桨叶节距可以转到合适的角度,使风轮具有最大的起动力矩;当风速过高时,通过调整桨叶节距,改变气流对叶片的攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩,使发电机功率输出保持稳定；变流器系统由主电路系统、配电系统以及控制系统构成，包括定子并网开关、整流模块、逆变模块、输入/输出滤波器、断路器、IGBT、PLC、JCE1000-AXS电流传感器、风机、有源Crowbar电路、控制器、监控界面等部件 ，用于改变发电机的输出功率、电压、频率、相数等；偏航系统也称为对风装置，其作用在于当风速矢量的方向变化时，使风轮能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能，当风向变化时，位于风轮后面两舵轮（其旋转平面与风轮旋转平面相垂直）旋转，并通过一套齿轮传动系统使风轮偏转，当风轮重新对准风向后，舵轮停止转动，对风过程结束；转子制动系统用于使转子制动以锁死电机；电源装置提供24V的直流电源为该系统供电，电源装置的直流电由风力发电机的UPS电源提供。
所述的多个故障节点包括塔座急停节点、机舱急停节点、偏航节点、振动节点、超速与低速节点，塔座急停节点由一个设在塔座的急停按钮提供，机舱急停节点由一个设在机舱的急停按钮提供，当需要执行紧急停机操作时，可以操作人员可以按下塔座或机舱上的急停按钮，偏航节点由两个设在机舱的偏航限位开关提供，风轮转动的正方向和反方向均固定有一个常闭触点的偏航限位开关与安全PLC的输入端连接，一旦风轮正方向转动或反方向转动过程中触发偏航限位开关，将触发该故障节点；振动节点由一个设在机舱的振动监控器提供，一旦振动监控器检测到电机振动超过预定值，将会触发该故障节点；超速与低速节点由一个设在风轮的安全速度监测继电器提供，安全速度监测继电器用于监测电机的转速，安全速度监测继电器 设有超速预定值和低速预定值，当检测到电机转速超过超速预定值时，即触发超速节点，当检测到电机转速超过低速预定值时，即触发低速节点。
每个故障节点均由两个独立常闭触点分别与安全PLC的输入端连接，也就是说每个故障节点均分别由两条独立的链路连接到安全PLC的输入端，即带有冗余功能，任意一个故障节点触发时，该故障节点的两条链路均执行断路操作。
所述的风力发电机安全链控制系统还包括安全继电器K6、K11，所述的主控PLC通过数据总线与安全PLC连接，主控PLC的输出端分别与K6、K11的线圈的一端连接，K6、K11的线圈的另一端接地。
电源装置的输出端与K4的常开触点K4.1、K5的常开触点K5.1、K6的常开触点K6.1串联后与变桨系统连接，电源装置的输出端与K4的常开触点K4.2、K5的常开触点K5.2、K6的常开触点K6.2串联后与变桨系统连接，电源装置的输出端与K9的常开触点K9.1、K10的常开触点K10.1串联后与变流器系统连接，电源装置的输出端与K2的常开触点K2.1、K3的常开触点K3.1串联后与偏航系统连接，电源装置的输出端与K7的常开触点K7.1、K8的常开触点K8.1、K11的常开触点K11.1串联后与转子制动系统连接，
安全PLC通过数据总线监控主控PLC的功能，当监测到通信失败时，安全PLC将执行停机操作，安全PLC让K4、K5的线圈失电，K4的常开触点K4.1、K4.2断开，K5的常开触点K5.1、K5.2断开，给变桨系统紧急顺桨命令，通过数据总线给主控PLC命令让K6的线圈失电，K6的常开触点K6.2断开，作为紧急顺桨命令的冗余。
当塔座急停节点或机舱急停节点触发时，安全PLC接收紧急停机命令，安全PLC首先让安全继电器K2、K3、K4和K5的线圈失电，K4的常开触点K4.1、K4.2和k5的常开触点K5.1、K5.2均断开，给变桨系统紧急顺桨命令，K2的常开触点K2.1、K3的常开触点K3.1断开，断掉偏航系统的电源，安全PLC通过数据总线给主控PLC命令让安全继电器K6线圈失电，K6的常开触点K6.1、K6.2均断开，作为紧急顺桨命令的冗余；当安全PLC通过超速与低速节点获得转速过高或转速过低的信号时，安全PLC将让安全继电器K7和K8的线圈失电，K7的常开触点K7.1、K8的常开触点K8.1均断开，给转子制动系统转子制动命令，并通过数据总线给主控PLC命令让安全继电器K11线圈失电，K11的常开触点K11.1断开，作为转子制动命令的冗余，最后安全PLC让安全继电器K9、K10线圈失电，K9的常开触点K9.1、k10的常开触点K10.1均断开，给逆变器解列命令；偏航节点触发后，安全PLC通过偏航限位开关获得偏航故障的信号，安全PLC首先让安全继电器K2、K3的线圈失电，K2的常开触点K2.1、K3的常开触点K3.1均断开，断掉偏航系统的电源，并通过总线给主控PLC一个正常停机的命令；振动节点触发后，安全PLC通过振动监控器获得电机过振动的信息，安全PLC让安全继电器K4、K5的线圈失电，K4的常开触点K4.1、K4.2和K5的常开触点K5.1、K5.2均断开，给变桨系统紧急顺桨命令，并通过总线给主控PLC命令让安全继电器K6的线圈失电，K6的常开触点K6.1、K6.2均断开，作为紧急顺桨命令的冗余。
所述的变桨系统内设有安全继电器K12、K13，K12的常开触点、K13的常开触点分别与安全PLC的输入端连接，也就是说电源装置的输出端分别通过K12的常开触点、K13的常开触点与安全PLC的输入端连接，当变桨系统进入紧急顺桨状态时，将使K12的线圈失电，K12的常开触点断开，通知安全PLC变桨系统处于紧急顺桨状态，当变桨系统处于顺桨位置时，即所有的桨叶在顺桨位置时，将使K13的线圈失电，K13的常开触点断开，通知安全PLC变桨系统处于顺桨位置。
所述的变流器系统内的主断路器Q1的常开触点与安全PLC的输入端连接，也就是说电源装置的输出端通过Q1的常开触点与安全PLC的输入端连接，变流器系统内部设有主断路器Q1，一旦变流器系统解列，Q1的线圈失电，Q1的常开触点断开，也就是说一旦变流器系统解列，将会有相应的信息反馈给安全PLC。
所述的电源装置的输出端与K2的常闭触点K2.2、K3的常闭触点K3.2串联后与安全PLC的输入端连接，电源装置的输出端与K4的常闭触点K4.3、K5的常闭触点K5.3串联后安全PLC的输入端连接，电源装置的输出端与K7的常闭触点K7.2、K8的常闭触点K8.2串联后与安全PLC的输入端连接，当振动节点触发时， K4的常开触点K4.1、K4.2、K5的常开触点K5.1、K5.2断开，相应的使K4的常闭触点K4.3、K5的常闭触点K5.3闭合，给安全PLC一个反馈信号，也就是说会有相应的反馈信息给安全PLC，表明振动节点触发后系统执行了相应的操作，如果安全PLC没有收到相应的反馈信息，表示变桨系统没有执行相应的动作，将发出警报，其他各个节点触发时，同样会有相应的反馈信息给安全PLC，这里不在一一详述。
它还包括电网监控系统，电网监控系统和变流器系统分别通过现场总线与主控PLC连接，变流器系统和电网监控系统均可用于监控风力发电机组的输出功率，变流器系统和电网监控系统各自独立运行，即带有冗余功能，变流器系统和电网监控系统的功率信息通过现场总线传输给安全PLC，当安全PLC监控到功率大于设定值时，将执行紧急顺桨操作，安全PLC通过现场总线给主控PLC命令让安全继电器K6的线圈失电，K6的常开触点K6.1、K6.2均断开，给系统紧急顺桨命令。
它还包括得电延时复位继电器K1，风力发电机组的塔座和机舱内分别设有复位开关S5和S6，电源装置的输出端与K1的线圈的一端连接，K1的线圈的另一端接地，电源装置的输出端与S5、S6和K1的常开触点并联后与安全PLC的输入端连接，当安全链控制系统触发后，通过复位开关S5和S6，能使系统及时复位，故障消除后能及时回复正常工作状态，当系统开机时，由于延时继电器的作用，使变桨系统、变流器系统、偏航系统、转子制动系统均启动后，才使K1的常开触点闭合，使系统复位。
以上仅就本发明应用较佳的实例做出了说明，但不能理解为是对权利要求的限制，本发明的结构可以有其他变化，不局限于上述结构。总之，凡在本发明的独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组安全链控制系统，它包括主控PLC、变桨系统、变流器系统、偏航系统、转子制动系统、电源装置、多个故障节点和安全继电器K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10，电源装置的输出端与K4的常开触点K4.1、K5的常开触点K5.1串联后与变桨系统连接，电源装置的输出端与K9的常开触点K9.1、K10的常开触点K10.1串联后与变流器系统连接，电源装置的输出端与K2的常开触点K2.1、K3的常开触点K3.1串联后与偏航系统连接，电源装置的输出端与K7的常开触点K7.1、K8的常开触点K8.1串联后与转子制动系统连接，其特征在于：它还包括安全PLC，各个故障节点均与安全PLC的输入端连接，安全继电器K2、K3、K4、K5、K7、K8、K9、K10的线圈分别与安全PLC的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组安全链控制系统，其特征在于：每个故障节点均由两个独立常闭触点分别与安全PLC的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组安全链控制系统，其特征在于：所述的多个故障节点是指塔座急停节点、机舱急停节点、偏航节点、振动节点、超速与低速节点。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组安全链控制系统，其特征在于：所述的电源装置的输出端与K4的常开触点K4.2、K5的常开触点K5.2串联后与变桨系统连接。
5.根据权利要求4所述的风力发电机组安全链控制系统，其特征在于：它还包括安全继电器K6、K11，所述的主控PLC通过数据总线与安全PLC连接，主控PLC的输出端分别与K6、K11的线圈连接，K6的常开触点K6.1串接于K5的常开触点K5.1与变桨系统之间，K6的常开触点K6.2串接于K5的常开触点K5.2与变桨系统之间，K11的常开触点K11.1串接于K8的常开触点K8.1与转子制动系统之间。
6.根据权利要求1所述的风力发电机组安全链控制系统，其特征在于：所述的变桨系统内设有安全继电器K12、K13，K12的常开触点、K13的常开触点分别与安全PLC的输入端连接。
7.根据权利要求1所述的风力发电机组安全链控制系统，其特征在于：所述的变流器系统内的主断路器Q1的常开触点与安全PLC的输入端连接。
8.根据权利要求1所述的风力发电机组安全链控制系统，其特征在于：所述的电源装置的输出端与K2的常闭触点K2.2、K3的常闭触点K3.2串联后与安全PLC的输入端连接，电源装置的输出端与K4的常闭触点K4.3、K5的常闭触点K5.3串联后与安全PLC的输入端连接，电源装置的输出端与K7的常闭触点K7.2、K8的常闭触点K8.2串联后与安全PLC的输入端连接。
9.根据权利要求1所述的风力发电机组安全链控制系统，其特征在于：它还包括电网监控系统，电网监控系统和变流器系统分别通过现场总线与主控PLC连接。
10.根据权利要求1所述的风力发电机组安全链控制系统，其特征在于：它还包括得电延时复位继电器K1，风力发电机组的塔座和机舱内分别设有复位开关S5和S6，电源装置的输出端与K1的线圈连接，电源装置的输出端与S5、S6和K1的常开触点并联后安全PLC的输入端连接。
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