CN105275744A - 风力发电机组的低温启动及运行的控制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风力发电机组的低温启动及运行的控制装置和方法。所述控制装置包括：并联在第一电源端与第二电源端之间的控制支路、加热支路及供电支路；控制支路包括温度监控器、第一电磁开关装置和第二电磁开关装置的电磁控制部；温度监控器的第一端连接第一电源端，第二端及第三端分别连接第一电磁开关装置与第二电磁开关装置的电磁控制部；第一电磁开关装置与第二电磁开关装置的电磁控制部还连接第二电源端；加热支路包括串联的加热器以及第一电磁开关装置的开关部；供电支路包括：串联的供电电源及第二电磁开关装置的开关部。本发明的技术方案实现了风电机组在低温环境中的安全启动及稳定运行，有效提高了风电机组的工作效率。

Description

风力发电机组的低温启动及运行的控制装置和方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的低温启动及运行的控制装置和方法。
背景技术
目前风力发电技术日趋成熟，大批风力发电机组(简称“风电机组”)已安装运行，而在不同地域里，风电机组所面对的环境也会不同，较高或较低的温度、较高的湿度、较大的风沙等都会对风电机组的正常运行造成不同影响，其中较低的温度极易损坏风电机组的控制系统。
风电机组的控制系统主要包括主控柜、机舱柜、变桨柜、变流柜等，一般统称为控制柜，其主要部件为电气、微电子及电力电子元件，对温度的要求非常高。例如主控柜的核心部件PLC系统的最低工作/储存温度为-25℃，而这个温度限制在西北方的大部分地区无法得到满足，风电机组在这种低温环境下启动时可能会造成PLC系统损坏，甚至造成风电机组停机，进而影响风电机组的发电量和工作效率。因此，研究一种风电机组的低温启动及运行的控制装置，对风电机组的稳定运行和提高风电机组的工作效率至关重要。
发明内容
本发明的实施例提供一种风力发电机组的低温启动及运行的控制装置和方法，以实现风电机组在低温环境中的安全启动和稳定运行，避免风电机组发电量遭受损失，进而提高风电机组的工作效率。
为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种风力发电机组的低温启动及运行的控制装置，包括：并联在第一电源端与第二电源端之间的控制支路、加热支路及供电支路，所述供电支路用于为风电机组的控制器供电；所述控制支路包括温度监控器、第一电磁开关装置的电磁控制部和第二电磁开关装置的电磁控制部；所述温度监控器的第一端连接所述第一电源端，第二端及第三端分别连接所述第一电磁开关装置的电磁控制部与所述第二电磁开关装置的电磁控制部，所述温度监控器的第一端及第二端在环境温度小于第一预设温度时导通，所述温度监控器的第一端及第三端在环境温度大于或等于第一预设温度时导通；所述第一电磁开关装置的电磁控制部与所述第二电磁开关装置的电磁控制部还连接所述第二电源端；所述加热支路包括串联的加热器以及所述第一电磁开关装置的开关部，该开关部在所述第一电磁开关装置得电后闭合；所述供电支路包括：串联的供电电源及所述第二电磁开关装置的开关部，该开关部在所述第二电磁开关装置的电磁控制部得电后闭合。
进一步地，所述控制支路还包括第一开关装置，所述第一开关装置连接在所述温度监控器的第三端与所述第一电源端之间，且在所述温度监控器的第一端及第三端导通时导通。
进一步地，所述第一开关装置为所述第二电磁开关装置的另一开关部，所述另一开关部在所述第二电磁开关装置的电磁控制部得电后闭合。
进一步地，所述控制装置还包括第二开关装置，所述第二开关装置串接在所述第一电源端与所述温度监控器的第二端之间，并在环境温度小于或等于第二预设温度时导通，直至环境温度大于第三预设温度时断开，所述第二预设温度大于或等于第一预设温度，所述第三预设温度大于所述第二预设温度。
进一步地，所述控制装置还包括所述风力发电机组的控制器，与所述第二开关装置的控制端连接，且与所述供电电源连接，所述控制器用于根据环境温度的大小控制所述第二开关装置导通或断开。
进一步地，所述控制装置还包括用于检测环境温度的温度传感器，所述温度传感器与所述控制器连接。
优选地，所述控制器为PLC系统。
本发明的实施例还提供了一种风力发电机组的低温启动及运行的控制方法，包括：在风力发电机组的控制器所在的环境温度小于第一预设温度时，控制加热器启动加热，提高所述环境温度；当所述环境温度等于所述第一预设温度后，控制加热器停止加热，并启动供电电源为所述控制器供电。
进一步地，所述启动供电电源为风力发电机组的控制器供电包括：在所述供电电源启动后，控制所述供电电源持续向风力发电机组的控制器供电。
进一步地，所述方法还包括：在所述控制器得电启动后，通过所述控制器控制所述加热器在环境温度小于或等于第二预设温度时启动加热，直至环境温度大于第三预设温度时停止加热，所述第二预设温度大于或等于第一预设温度，所述第三预设温度大于所述第二预设温度。
本发明的实施例提供的风力发电机组的低温启动及运行控制装置和方法，若环境温度小于第一预设温度，通过温度监控器控制加热器进入加热状态，在环境温度达到第一预设温度后，温度控制器控制加热器停止加热，并控制供电电源开启向外供电，保证了风电机组在低温环境中的安全启动，有效提高了风电机组的工作效率。
附图说明
图1为本发明提供的风力发电机组的低温启动及运行的控制装置一个实施例的电路图；
图2a为本发明提供的风力发电机组的低温启动及运行的控制装置另一个实施例的部分电路图；
图2b为本发明提供的风力发电机组的低温启动及运行的控制装置另一个实施例的部分电路图；
图3为本发明提供的风力发电机组的低温启动及运行的控制方法一个实施例的流程图。
附图标号说明：B1-温度监控器、K1-第一电磁开关装置；K2-第二电磁开关装置；E1-加热器；U1-供电电源；K3-第二开关装置；Pt1-温度传感器。
具体实施方式
本发明的实施例利用温度监控器在环境温度小于第一预设温度时，控制加热器进入加热状态；在环境温度达到第一预设温度时，控制加热器停止加热，并控制供电电源开启向外供电，进而保证风电机组在低温环境中的安全启动。本发明实施例的技术方案可以适用于各种风电机组的低温环境中的启动运行控制。
实施例一
图1为本发明提供的风力发电机组的低温启动及运行的控制装置一个实施例的电路图，如图1所示，该风力发电机组的低温启动及运行的控制装置包括：并联在第一电源端(如230V交流电压的L端)与第二电源端(如230V交流电压的N端)之间的控制支路、加热支路及供电支路。其中，供电支路用于为风电机组的控制器供电(如输出24V直流电压)。
具体地，控制支路包括温度监控器B1、第一电磁开关装置K1的电磁控制部A1-A2和第二电磁开关装置K2的电磁控制部A3-A4；温度监控器B1的第一端41连接第一电源端，第二端42及第三端43分别连接第一电磁开关装置K1的电磁控制部A1-A2与第二电磁开关装置K2的电磁控制部A3-A4，温度监控器B1的第一端41及第二端42在环境温度小于第一预设温度时导通，温度监控器B1的第一端41及第三端43在环境温度大于或等于第一预设温度时导通；第一电磁开关装置K1的电磁控制部A1-A2与第二电磁开关装置K2的电磁控制部A3-A4还连接第二电源端。
加热支路包括串联的加热器E1以及第一电磁开关装置K1的开关部11-12，该开关部11-12在第一电磁开关装置K1的电磁控制部A1-A2得电后闭合。供电支路包括：串联的供电电源U1及第二电磁开关装置K2的开关部21-22，该开关部21-22在第二电磁开关装置K2的电磁控制部A3-A4得电后闭合。
其中，第一预设温度为风电机组能够安全启动运行的环境温度的标准值，若环境温度小于第一预设温度，风电机组的启动运行有可能会造成部件损坏，进而影响风电机组的安全运行；若环境温度高于第一预设温度，风电机组可以安全启动运行。
本实施例中，温度控制器B1具有普通温度继电器的温度检测控制功能，同时还包括三个端口：第一端41、第二端42和第三端43。在具体的应用场景中，可以将温度监控器B1的第一端41与主电路的高压端230VACL相连，将第二端42与第一电磁开关装置K1的电磁控制部A1-A2串联后与低压端230VACN相连，将第三端43与第二电磁开关装置K2的电磁控制部A3-A4串联后与低压端230VACN相连。
当风电机组准备开始启动时，由温度监控器B1检测风电机组控制系统所处环境的温度，并根据该环境温度进行对加热器E1和供电电源U1的控制。具体地，本实施例中的控制装置包括两种状态：
在第一状态：该控制装置初始上电后，温度监控器B1的第一端41及第二端42在环境温度小于第一预设温度时导通，第一电磁开关装置K1的电磁控制部A1-A2得电，从而控制第一电磁开关装置K1的开关部11-12导通，使加热器E1启动加热，使风电机组能够在合适的温度中启动。此时，温度监控器B1的第一端41及第三端43处于断开状态，第二电磁开关装置K2的开关部21-22断开，供电电源U1不启动，也不向外供电。
在第二状态：当环境温度升高，温度监控器B1监测到环境温度大于或等于第一预设温度时(当控制装置初始上电后，若温度监控器B1监测的环境温度不小于上述第一预设温度时，也可直接进入至第二状态)，第一端41及第二端42断开，且第一端41及第三端43导通，从而使得第二电磁开关装置K2的电磁控制部A3-A4得电，从而控制第二电磁开关装置K2的开关部21-22导通，使供电电源U1启动，并向外部(如风电机组的控制器)供电。
本发明实施例提供的风力发电机组低温启动及运行控制装置，通过监测环境温度，在环境温度小于第一预设温度时，启动加热器；在环境温度大于或等于第一预设温度时，关闭加热器并启动供电电源，对风电机组的主控系统提供稳定电压输出，使得风电机组可以在低温环境中安全启动运行。
实施例二
图2a和图2b相结合，为本发明提供的风力发电机组的低温启动及运行的控制装置另一个实施例的电路图，该装置可视为图1所示装置实施例的一种具体实现方式。如图2a和图2b所示，本实施例与图1所示实施例的区别在于在控制支路中增设了第一开关装置，第一开关装置连接在温度监控器B1的第三端与第一电源端之间，且在温度监控器B1的第一端及第三端导通时导通。具体地，该第一开关装置可以为第二电磁开关装置K2的开关部23-24；同时，还控制支路中还增设了第二开关装置K3，以保证在供电电源U1向外部系统(如PLC系统)持续供电时，自动控制加热器E1加热。
本实施例中，控制支路还包括第二电磁开关装置K2的另一开关部23-24，其连接在第二电磁开关装置K2的电磁控制部A3-A4与第一电源端之间，且在第二电磁开关装置K2的电磁控制部A3-A4得电后闭合。在该控制装置工作在上述第二状态时，温度监控器B1的第一端41及第二端42断开，第一电磁开关装置K1的电磁控制部A1-A2不得电，其开关部11-12断开，加热器E1停止加热。同时，温度监控器B1的第一端41及第三端43闭合，第二电磁开关装置K2的电磁控制部A3-A4得电，其开关部21-22就会闭合，使供电电源U1开启并对外供电。此时，第二电磁开关装置K2的另一开关部23-24也会同时闭合，使得第二电磁开关装置K2的电磁部A3-A4持续得电，进而控制供电电源U1向外提供稳定持续电源。
进一步地，该控制装置中还包括第二开关装置K3，第二开关装置K3串接在第一电源端与第一电磁开关装置K1的电磁控制部A1-A2之间，并在环境温度小于或等于第二预设温度时导通，直至环境温度大于第三预设温度时断开。
其中，第二预设温度为风电机组能够安全运行的最低温度值，其值大于或等于第一预设温度，环境温度小于第二预设温度时，风电机组的安全运行会受到影响；第三预设温度为风电机组能够安全运行的最高温度值，其值大于第二预设温度，环境温度高于第三预设温度时，风电机组的安全运行也会受到影响。
进一步地，该控制装置还包括用于根据环境温度控制上述第二开关装置K3导通或断开的风电机组的控制器C1，其与第二开关装置K3的控制端A5-A6连接，且与供电电源U1连接。
具体地，该第二开关装置K3可包括：电磁控制部A5-A6和开关部31-32。在风电机组的运行过程中，若环境温度小于或等于第二预设温度，控制器C1会控制第二开关装置K3的电磁控制部A5-A6得电，于是第二开关装置K3的开关部31-32闭合，进而使得第一电磁开关装置K1的电磁控制部A1-A2得电并控制其开关部11-12闭合，从而控制加热器E1开始加热，以保证风电机组的控制器件不受低温的损坏。在环境温度被加热至大于第三预设温度时，控制器C1控制第二开关装置K3的电磁控制部A5-A6失电，使其开关部31-32断开，从而使第一电磁开关装置K1的电磁控制部A1-A2失电，其开关部11-12断开，进而控制加热器E1停止加热，以防止温度过高而烧坏风电机组的控制部件。
进一步地，控制装置还包括用于检测环境温度的温度传感器(Pt1)，温度传感器(Pt1)与风电机组的控制器C1连接。
风电机组的控制器C1可以通过与温度传感器Pt1连接，由温度传感器Pt1检测环境温度。若温度传感器Pt1检测到环境温度小于或等于第二预设温度，风电机组的控制器C1控制第二开关装置K3的开关部31-32闭合，进而控制加热器E1开始加热。若温度传感器Pt1检测到环境温度被加热至大于第三预设温度，风力发电机组的控制器C1控制第二开关装置K3的开关部31-32断开，则控制加热器E1停止加热。
进一步地，上述风电机组的控制器C1包括风电机组中的各控制柜中的PLC系统。采用PLC系统可以在不增加外设设备的情况下，使温度控制平稳进行，进而降低硬件损耗。在其他实施例中，风电机组的控制器C1也可以为单独的控制单元。
本实施例中，上述第一预设温度、第二预设温度和第三预设温度可以分别为5℃、5℃和35℃。该控制装置工作在第二状态时，供电电源U1开启并向风电机组的各控制柜中的PLC系统供电，PLC系统开启，并实时接收温度传感器Pt1回传的环境温度。若温度传感器Pt1检测的环境温度小于5℃，PLC系统触发并向第二开关装置K3发出高电平信号，控制其开关部31-32闭合，使第一电磁开关装置K1得电，进而控制加热器E1开始加热。环境温度随着加热器E1的加热会逐渐升高，直至环境温度大于35℃时，PLC系统触发并向第二开关装置K3发出低电平信号，控制其开关部31-32断开，使第一电磁开关装置K1不得电，进而控制加热器E1停止加热。
在低温环境中，风电机组启动运行后，环境温度可能会在加热器E1停止加热之后，再次降低到小于第二预设温度，影响风电机组的安全运行。因此，上述风电机组的控制器C1的温度控制工作过程可自动循环进行。
进一步地，第一电源端与控制支路、加热支路、供电支路之间均设置有第三开关装置。如图2a中，控制支路中的开关F1，加热支路中的开关F2，供电支路中的开关F3，通过控制第三开关装置的断开和闭合，可以控制相应支路的导通和断开。在主电路和各支路中设置开关，可以更方便地控制其通断，避免在紧急状况下电路断开的延迟而造成的硬件损坏或其他消耗。
在具体应用场景中，上述温度控制器B1可以为现有的温度继电器，或由温度传感器以及开关等组合的器件模块，本实施例对此不作限定。上述第一电磁开关装置K1和第二电磁开关装置K2优选为现有的接触器，当然，在其他实施例中，第一电磁开关装置K1和第二电磁开关装置K2也可以为其他电磁开关装置，例如继电器或电磁阀等。
本发明实施例的风力发电机组的低温启动及运行控制装置，在图1所示实施例的基础上，通过增设第二电磁开关装置K2的开关部23-24，在第二电磁开关装置K2得电闭合后，持续向第二电磁开关装置K2的电磁部A3-A4提供电能形成自锁供电，从而控制供电电源U1持续向外部供电。同时，在供电电源U1向风电机组的控制器持续供电后，通过控制器控制设置在控制支路中的第二开关装置K3断开和闭合，从而利用控制器系统对本实施例中的加热器E1进行控制加热，实现了灵活控制。
实施例三
图3为本发明提供的风力发电机组的低温启动及运行的控制方法一个实施例的流程图，该控制方法可以由图1、图2a和图2b所示实施例的控制装置来执行。如图3所示，该控制方法包括：
S301，在风电机组的控制柜内环境温度小于第一预设温度时，控制加热器启动加热所述控制柜内温度。
S302，当控制柜内环境温度等于所述第一预设温度后，控制加热器停止加热，并启动供电电源为所述控制柜内的控制器供电。
进一步地，上述启动供电电源为控制柜内的控制器供电的步骤包括：在供电电源启动后，控制供电电源持续向风电机组的控制器供电。
进一步地，该控制方法还包括：
S303，在控制器得电启动后，通过控制器控制加热器在环境温度小于或等于第二预设温度时启动加热，直至环境温度大于第三预设温度时停止加热，第二预设温度大于或等于第一预设温度，第三预设温度大于所述第二预设温度。
本发明实施例提供的风力发电机组低温启动及运行控制方法，通过监测控制柜内环境温度，在环境温度小于第一预设温度时，启动加热器加热；在环境温度达到第一预设温度之后，关闭加热器并启动供电电源持续向风电机组的控制器持续供电。
进一步地，在外部控制器得电工作后，利用控制器在环境温度小于或等于第二预设温度时控制启动加热器，直至环境温度大于第三预设温度时停止加热。采用该控制方法可以实现风电机组在低温环境中的安全启动及稳定运行，并有效提高了风电机组的工作效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的低温启动及运行的控制装置，其特征在于，包括：并联在第一电源端与第二电源端之间的控制支路、加热支路及供电支路，所述供电支路用于为风力发电机组的控制器供电；
所述控制支路包括温度监控器(B1)、第一电磁开关装置(K1)的电磁控制部和第二电磁开关装置(K2)的电磁控制部；所述温度监控器(B1)的第一端连接所述第一电源端，第二端及第三端分别连接所述第一电磁开关装置(K1)的电磁控制部与所述第二电磁开关装置(K2)的电磁控制部，所述温度监控器(B1)的第一端及第二端在环境温度小于第一预设温度时导通，所述温度监控器(B1)的第一端及第三端在环境温度大于或等于第一预设温度时导通；所述第一电磁开关装置(K1)的电磁控制部与所述第二电磁开关装置(K2)的电磁控制部还连接所述第二电源端；
所述加热支路包括串联的加热器(E1)以及所述第一电磁开关装置(K1)的开关部，该开关部在所述第一电磁开关装置(K1)的电磁控制部得电后闭合；
所述供电支路包括：串联的供电电源(U1)及所述第二电磁开关装置(K2)的开关部，该开关部在所述第二电磁开关装置(K2)的电磁控制部得电后闭合。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制支路还包括第一开关装置，所述第一开关装置连接在所述温度监控器(B1)的第三端与所述第一电源端之间，且在所述温度监控器(B1)的第一端及第三端导通时导通。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述第一开关装置为所述第二电磁开关装置(K2)的另一开关部，所述另一开关部在所述第二电磁开关装置(K2)的电磁控制部得电后闭合。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括第二开关装置(K3)，所述第二开关装置(K3)串接在所述第一电源端与所述温度监控器(B1)的第二端之间，并在环境温度小于或等于第二预设温度时导通，直至环境温度大于第三预设温度时断开，所述第二预设温度大于或等于第一预设温度，所述第三预设温度大于所述第二预设温度。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括所述风力发电机组的控制器，与所述第二开关装置的控制端连接，且与所述供电电源(U1)连接，所述控制器用于根据环境温度的大小控制所述第二开关装置(K3)导通或断开。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括用于检测环境温度的温度传感器(Pt1)，所述温度传感器(Pt1)与所述控制器连接。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制器为PLC系统。
8.一种风力发电机组的低温启动及运行的控制方法，其特征在于，包括：
在风力发电机组的控制器所在的环境温度小于第一预设温度时，控制加热器启动加热，提高所述环境温度；
当所述环境温度等于所述第一预设温度后，控制加热器停止加热，并启动供电电源为所述控制器供电。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述启动供电电源为风力发电机组的控制器供电包括：
在所述供电电源启动后，控制所述供电电源持续向风力发电机组的控制器供电。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述控制器得电启动后，通过所述控制器控制所述加热器在环境温度小于或等于第二预设温度时启动加热，直至环境温度大于第三预设温度时停止加热，所述第二预设温度大于或等于第一预设温度，所述第三预设温度大于所述第二预设温度。
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