CN108518306A - 风力发电机组防飞车控制系统、方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风力发电机组防飞车控制系统、方法和装置。该系统包括：第一开关模块、第二开关模块和控制模块；其中，第一开关模块的输入端与控制模块连接，第一开关模块的输出端与风力发电机组的安全链模块连接，第一开关模块被配置为响应于控制模块输出的侧风指令时闭合，以使安全链模块为偏航系统提供电源；第二开关模块的输入端与极限开关模块连接，第二开关模块的输出端与安全链模块连接，第二开关模块被配置为响应于极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号时打开，以切断偏航系统的电源，采用本发明实施例中的技术方案，能够在原安全链回路断开的前提下继续向偏航系统提供电源。

Description

风力发电机组防飞车控制系统、方法和装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组防飞车控制系统、方法和装置。

背景技术

为保护风力发电机组的安全运行，发生风力发电机组故障时需要利用刹车系统进行紧急停机处理(即紧急刹车)。目前，刹车系统的刹车方案主要包括：气动刹车、机械刹车或者两者结合的刹车方案。其中，气动刹车方案为利用风力发电机组变桨系统将每支叶片独立驱动至顺桨位置，使叶片捕获的风能达到最小；机械刹车方案利用机械制动设备(比如，刹车盘)作用于叶轮传动机构，在高机械摩擦阻尼作用下强制叶轮完全制动。

但是，考虑到设备可靠性和环境适应性等不确定因素，刹车系统依然存在整体失效的可能性。刹车系统整体失效后，风力发电机组的转速就无法得到控制，最终发生飞车事故。为避免发生飞车事故，现有技术中的方案为建立安全链回路，以在刹车系统整体失效后向偏航系统提供电源，使偏航系统将风力发电机组侧风至偏离主风向90°的安全位置，通过降低风能利用率来降低风力发电机组的转速。

但是，本申请的发明人发现，现有技术中的安全链回路上串联有多个开关节点，比如，急停按钮节点、看门狗节点、振动开关节点和主开关节点等，这些开关节点中的任意一个被触发时都会切断偏航系统的电源，而刹车系统整体失效后，这些开关节点容易被轻易触发，使得安全链回路断开，偏航系统的电源被切断而无法启动侧风功能，导致无法有效地避免发生飞车事故。

发明内容

本发明实施例提供了一种风力发电机组防飞车控制系统、方法和装置，能够在安全链回路断开的前提下继续向偏航系统提供电源，从而有效地避免发生飞车事故。

第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组防飞车控制系统，风力发电机组中的发电机输出电缆随偏航系统的侧风操作发生扭转，在发电机输出电缆的扭转路径上设置有极限开关模块，该系统包括：第一开关模块、第二开关模块和控制模块；其中，

第一开关模块的输入端与控制模块连接，第一开关模块的输出端与风力发电机组的安全链模块连接，第一开关模块被配置为，响应于控制模块输出的侧风指令时闭合，以使安全链模块为偏航系统提供电源；

第二开关模块的输入端与极限开关模块连接，第二开关模块的输出端与安全链模块连接，第二开关模块被配置为，响应于极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号时打开，以切断偏航系统的电源。

在第一方面的一种可能的实施方式中，第一开关模块包括一个线圈单元和两个常开单元；其中，第一开关模块的线圈单元的两端分别与控制模块和低压地连接，两个常开单元均与风力发电机组的安全链模块连接；两个常开单元被配置为响应于控制模块输出的侧风指令时全部闭合。

在第一方面的一种可能的实施方式中，第一开关模块为第一电磁继电器，第一电磁继电器包括一组线圈和两组常开触点；第一开关模块的线圈单元为第一电磁继电器的线圈；第一开关模块的每个常开单元为第一电磁继电器的一组常开触点。

在第一方面的一种可能的实施方式中，第二开关模块包括一个线圈单元和一个常闭单元；其中，第二开关模块的线圈单元的两端分别与极限开关模块和低压地连接，常闭单元的第一端与第一开关模块连接，常闭单元的第二端与安全链模块连接；常闭单元被配置为响应于极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号时打开。

在第一方面的一种可能的实施方式中，第一开关模块和第二开关模块串联组成新增安全链回路，新增安全链回路与风力发电机组原安全链回路并联。

在第一方面的一种可能的实施方式中，控制模块还被配置为：获取风力发电机组的运行工况数据；根据运行工况数据，判断偏航系统是否满足预定侧风条件；若偏航系统满足预定侧风条件，则向第一开关模块的线圈单元输出侧风指令。

在第一方面的一种可能的实施方式中，预定侧风条件至少包括以下条件：风力发电机组在执行停机指令后的转速大于第一预定转速阈值；风力发电机组的机舱方向未处于当前风向限定的侧风角范围内。

第二方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组防飞车控制方法，用于如上所述的风力发电机组防飞车控制系统。该方法包括：响应于控制模块输出的侧风指令，控制第一开关模块闭合，以使安全链模块为偏航系统提供电源；响应于极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号，控制第二开关模块打开，以切断偏航系统的电源。

在第二方面的一种可能的实施方式中，该方法还包括：获取风力发电机组的运行工况数据；根据运行工况数据，判断偏航系统是否满足预定侧风条件；若偏航系统满足预定侧风条件，则向第一开关模块的线圈单元输出侧风指令。

在第二方面的一种可能的实施方式中，该方法还包括：根据当前风向和机舱方向确定侧风方向；控制偏航系统按照侧风方向，将机舱方向侧风至当前风向限定的侧风角范围内。

在第二方面的一种可能的实施方式中，根据当前风向和机舱方向确定侧风方向，包括：获取当前风向相对于机舱方向的第一角度；若第一角度属于(270°,360°)或者(90°,180°)，则确定侧风方向为顺时针方向；若第一角度属于(0°,90°)或者(180°,270°)，则确定侧风方向为顺逆时针方向。

在第二方面的一种可能的实施方式中，该方法还包括：在上次侧风操作执行完成后，获取新的当前风向相对于机舱方向的第二角度；判断第二角度是否在预定时间内持续偏离上次风向限定的允许侧风区间；若第二角度在预定时间内均持续偏离上次风向限定的允许侧风区间，则根据风力发电机组的转速确定新的侧风方向；控制偏航系统按照新的侧风方向，将机舱方向重新侧风至新的当前风向限定的侧风角范围内。

在第二方面的一种可能的实施方式中，根据风力发电机组的转速确定新的侧风方向，包括：若风力发电机组的转速已下降至第二预定转速阈值，则将电缆的解缆方向作为新的侧风方向，第二预定转速阈值小于第一预定转速阈值；若风力发电机组的转速未下降至第二预定转速阈值，则将与重新侧风至新的当前风向限定的侧风角范围内需要的最短路径对应的方向作为新的侧风方向。

第三方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上所述的风力发电机组防飞车控制系统。

第四方面，本发明实施例提供一种风力发电机组防飞车控制装置，用于如上所述的风力发电机组防飞车控制系统，该装置包括：第一控制模块，用于响应于控制模块输出的侧风指令，控制第一开关模块闭合，以使安全链模块为偏航系统提供电源；第二控制模块，用于响应于极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号，控制第二开关模块打开，以切断偏航系统的电源。

在第四方面的一种可能的实施方式中，该装置还包括：第一获取模块，用于获取风力发电机组的运行工况数据；第一判断模块，用于根据运行工况数据，判断偏航系统是否满足预定侧风条件；发送模块，用于若偏航系统满足预定侧风条件，则向第一开关模块的线圈单元输出侧风指令。

在第四方面的一种可能的实施方式中，该装置还包括：第一确定模块，用于根据当前风向和机舱方向确定侧风方向；第三控制模块，用于控制偏航系统按照侧风方向，将机舱方向侧风至当前风向限定的侧风角范围内。

在第四方面的一种可能的实施方式中，该装置还包括：第二获取模块，用于在上次侧风操作执行完成后，获取新的当前风向相对于机舱方向的第二角度；第二判断模块，用于判断第二角度是否在预定时间内持续偏离上次风向限定的允许侧风区间；第二确定模块，用于若第二角度在预定时间内均持续偏离上次风向限定的允许侧风区间，则根据风力发电机组的转速确定新的侧风方向；第四控制模块，用于控制偏航系统按照新的侧风方向，将机舱方向重新侧风至新的当前风向限定的侧风角范围内。

第五方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的风力发电机组防飞车控制方法。

如上所述，由于本发明实施例中的防飞车控制系统在原安全链回路基础上设置了新增安全链回路，该新增安全链回路包括第一开关模块，该第一开关模块能够在接收到控制模块输出的侧风指令时全部闭合，接通该新增安全链回路，使安全链模块能够为偏航系统提供电源。与现有技术中的刹车系统整体失效后，原安全链回路中的开关节点容易被轻易触发，断开原安全链回路相比，本发明实施例中的新增安全链回路能够在原安全链回路断开的情况下，根据侧风指令接通新增安全回路，恢复偏航系统的电源，从而能够为风力发电机组在特殊情况下的偏航动作提供执行条件，进而能够有效地避免发生飞车事故。

此外，由于本发明实施例中的新增安全链回路还包括第二开关模块，该第二开关模块能够在接收到极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号时断开，即断开该新增安全链回路，从而能够切断偏航系统的电源。因此，本发明实施例中的新增安全链回路还能够保证偏航系统在执行侧风操作时，不会因电缆扭缆故障而引发新的风力发电机组安全事故。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明实施例提涉及的偏航系统的原安全链回路的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的风力发电机组防飞车控制系统的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的风力发电机组防飞车控制系统的结构示意图；

图4为本发明又一实施例提供的风力发电机组防飞车控制系统的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的风力发电机组防飞车控制方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的机舱方向和风向关系的示意图；

图7为对图6中的机舱方向按照顺时针侧风后的机舱方向和风向关系的示意图；

图8为对图6中的机舱方向按照顺时针侧风后的机舱方向和风向关系的示意图；

图9为本发明另一实施例提供的风力发电机组防飞车控制方法的流程示意图；

图10为本发明实施例提供的以机舱方向为参考0°的直角坐标系示意图。

图11为本发明另一实施例提供的风力发电机组防飞车控制方法的流程示意图；

图12为本发明再一实施例提供的风力发电机组防飞车控制方法的流程示意图；

图13为本发明实施例提供的风力发电机组防飞车控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。

本发明实施例提供一种风力发电机组防飞车控制系统、方法和装置，用于风力发电机组因过速需要制动时因气动刹车和高速制动器故障导致不能有效制动造成的飞车事故，能够有效地避免因飞车事故产生的安全隐患。

由于风力发电机组的偏航系统侧风时，机舱方向会发生偏转，发电机输出电缆会随机舱方向的偏转而发生扭转，因此，通常在电缆的扭转路径上设置有极限开关模块，以限定电缆扭转时的极限位置(即扭缆极限位置)。当电缆扭转至扭缆极限位置时，表示电缆扭缆角度已达到安全阈值，此时极限开关模块触发。若极限开关模块触发后电缆继续沿当前方向扭转，则会发生因电缆故障而引发的安全事故。

图1为本发明实施例提涉及的偏航系统的原安全链回路的结构示意图。如图1所示，原安全链回路102包括安全链模块101，安全链模块101分别与机组控制电源103、原安全链回路102连接。

如图1所示，原安全链回路102中包括多个开关器件1021，这些开关器件全部接通时，安全链模块101接通机组控制电源103为偏航系统运行提供电源。反之，这些开关器件中的任意一个断开时，可以使安全链模块101切断机组控制电源103，导致无法执行侧风操作。

在一个可选实施例中，原安全链回路102中的开关器件包括塔底急停开关、看门狗、主控开关、机舱急停开关和振动开关等。

在一个可选实施例中，原安全链回路102中的开关器件中的开关器件还包括左偏极限开关和右偏极限开关。

图2为本发明一实施例提供的风力发电机组防飞车控制系统的结构示意图。如图2所示，该防飞车控制系统包括：第一开关模块201、第二开关模块202和控制模块203，该第一开关模块201、第二开关模块202和控制模块203构成了新增安全链回路。

其中，第一开关模块201的输入端与控制模块203连接，第一开关模块201的输出端与安全链模块101连接。

第二开关模块202的输入端与极限开关模块204连接，第二开关模块202的输出端与安全链模块101连接。

该防飞车控制系统的工作原理为：响应于控制模块203输出的侧风指令时，第一开关模块201闭合，以使安全链模块101能够接通机组控制电源103，偏航系统提供电源。响应于极限开关模块204输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号时，第二开关模块202打开，以切断机组控制电源103。

为便于本领域技术人员能够理解第一开关模块201和第二开关模块202在防飞车系统中的应用情况，可以进一步参考图2，图2中还例举了第一开关模块201和第二开关模块202的一种可能的实施方式。

如图2所示，第一开关模块201可以包括线圈单元2011、常开单元2012和常开单元2013，第一开关模块201的线圈单元2011的两端分别与控制模块203和低压地连接，常开单元2012与安全链模块101连接。

如图2所示，第二开关模块202包括线圈单元2021和常闭单元2022，第二开关模块202的线圈单元2021的两端分别与极限开关模块204和低压地连接，常闭单元2022的第一端与第一开关模块201的常开单元2013连接，常闭单元2022的第二端与安全链模块101连接。

图2中示出的防飞车控制系统的工作原理为：响应于控制模块203输出的侧风指令时，线圈单元2011得电，两个常开单元全部闭合，以使安全链模块101接通机组控制电源103，为偏航系统提供电源。响应于极限开关模块204输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号时，线圈单元2022得电，常闭单元2022打开，以切断机组控制电源103，不向偏航系统供电。

由于本发明实施例中的防飞车控制系统在原安全链回路102基础上设置了新增安全链回路，该新增安全链回路包括第一开关模块201，该第一开关模块201能够在接收到侧风指令时全部闭合，接通该新增安全链回路，使安全链模块101接通机组控制电源103，为偏航系统提供电源。与现有技术中的刹车系统整体失效后，原安全链回路102中的开关节点容易被轻易触发，断开原安全链回路102相比，本发明实施例中的新增安全链回路能够在原安全链回路断开的情况下，根据侧风指令接通新增安全回路，恢复偏航系统的电源，从而能够为风力发电机组在特殊情况下的偏航动作提供执行条件，进而能够有效地避免发生飞车事故。

此外，由于本发明实施例中的新增安全链回路还包括第二开关模块202，该第二开关模块202能够在接收到极限开关模块204输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号时断开，即断开该新增安全链回路，从而能够切断机组控制电源103，不向偏航系统供电。因此，本发明实施例中的新增安全链回路还能够保证偏航系统在执行侧风操作时，不会因电缆扭缆故障而引发新的风力发电机组安全事故。

图2中还示出了新增安全链回路与原安全链回路之间的电气连接关系。如图2所示，第一开关模块和第二开关模块串联组成新增安全链回路，新增安全链回路与风力发电机组原安全链回路并联(参见节点P1和P2)。

由于未输出侧风指令时，新增安全链回路的第一开关模块为打开状态，因此，本发明实施例中的新增安全链回路不会影响原安全链回路的正常工作。

如上所述，本发明实施例中的新增安全链回路通过两个常开单元和一个常闭单元实现了互锁功能，即当接收到控制模块203输出的侧风指令时，两个常开单元闭合使新增安全回路接通，当接收到极限开关模块204输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号时，常闭单元2022断开使新增安全回路断开。如此设置，不仅能够有效地避免发生飞车事故，而且能够提高新增安全链回路的安全性。

图3为本发明另一实施例提供的风力发电机组防飞车控制系统的结构示意图。图3与图2的不同之处在于，图3中示例性地示出了防飞车控制系统中第一开关模块和第二开关模块的元器件组成。

在一个可选实施例中，第一开关模块可以为第一电磁继电器K1。该第一电磁继电器K1包括一组线圈和两组常开触点。

具体地，第一开关模块的线圈单元2011为第一电磁继电器K1的线圈L1，第一开关模块的常开单元2012为第一电磁继电器K1的常开触点D11，常开单元2013为第一电磁继电器K1的常开触点D12。

在一个可选实施例中，如图3所示，第一开关模块的线圈单元L1还可以包括与线圈并联连接的电阻-电容串联结构，以提高线圈工作的稳定性。

当第一电磁继电器K1工作时，两组常开触点(D11和D12)的工作状态由线圈L1是否通电决定，线圈L1得电时，两组常开触点闭合。其中，线圈L1的电源由控制模块203输出的侧风指令决定，因此，在第二开关模块的常闭单元2022未断开，且机组控制电源103向偏航系统正常供电的情况下，控制模块203输出的侧风指令决定了新增安全链回路是否能够接通。

在一个可选实施例中，控制模块203可以被配置为获取风力发电机组的运行工况数据；根据运行工况数据，判断偏航系统是否满足预定侧风条件；若偏航系统满足预定侧风条件，则向线圈L1输出侧风指令。其中，运行工况数据包括发电机转速和风机状态。

其中，预定侧风条件至少包括以下条件：

(1)风力发电机组在执行停机指令后的转速大于预定转速阈值；

(2)风力发电机组的机舱方向未处于当前风向限定的侧风角范围内。

需要说明的是，偏航系统需要同时满足上述两个条件时，控制模块才会向线圈L1输出侧风指令。

在一个可选实施例中，为提高控制模块203输出侧风指令的准确性，除上文中的条件(1)和条件(2)以外，预定侧风条件还应包括以下条件中的一个或多个：

(3)风力发电机组的机舱控制柜和塔底控制柜之间的通讯正常；

(4)风力发电机组的风向标运行正常；

(5)偏航系统未接收到人为偏航指令；

(6)电缆未扭转至极限开关模块所在位置处；

可以理解地是，本发明实施例中的控制模块203在不满足上述条件(1)-条件(6)中的任意一项时，说明偏航系统已达到侧风位置或者发生故障，为避免风力发电机组因偏航系统故障产生的运行风险，此时，控制模块203会生成停机指令，响应于该停机指令，第一电磁继电器K1线圈L1断电，以使新增安全链回路断开。

在一个可选实施例中，由于极限开关模块204包括左偏极限开关2041和右偏极限开关2042，如图3所示，第二开关模块可以包括第二电磁继电器K2和第三电磁继电器K3。第二电磁继电器K2包括线圈L2和常闭触点D2。第三电磁继电器K3包括线圈L3和常闭触点D3。

具体地，第二开关模块的线圈单元2021包括第二电磁继电器K2的线圈L2和第三电磁继电器K3的线圈L3。其中，第二电磁继电器K2的线圈L2的第一端与左偏极限开关2041连接，第三电磁继电器K3的线圈L3的第一端与右偏极限开关2042连接，第二电磁继电器K2的线圈L2的第二端和第三电磁继电器K3的线圈L3的第二端均与低压地连接。

在一个可选实施例中，如图3所示，第二电磁继电器K2和第三电磁继电器K3还可以包括与线圈并联连接的电阻-电容串联结构，以提高线圈工作的稳定性。

具体地，第二开关模块的常闭单元2022可以包括第二电磁继电器K2的常闭触点D2和第三电磁继电器K3的常闭触点D3。其中，第二电磁继电器K2的常闭触点D2的第一端与常开触点D12连接，第三电磁继电器K3的常闭触点D3的第一端与安全链模块101连接，第二电磁继电器K2的常闭触点D2的第二端和第三电磁继电器K3的常闭触点D3的第二端串联。

当第二电磁继电器K2工作时，常闭触点D2的工作状态由线圈L2是否通电决定，线圈L2得电时，常闭触点D2断开。其中，线圈L2的电源由左偏极限开关2041的输出信号决定。当左偏极限开关2041输出表示已侧风至左极限位置的信号时线圈L2得电，常闭触点D2断开。

当第三电磁继电器K3工作时，常闭触点D3的工作状态由线圈L3是否通电决定，线圈L3得电时，其常闭触点D3断开。其中，线圈L3的电源由右偏极限开关2042的输出信号决定。当右偏极限开关2042输出表示已侧风至左极限位置的信号时线圈L3得电，常闭触点D3断开。

因此，在第一电磁继电器的两组常开触点已闭合，且机组控制电源103向偏航系统正常供电的情况下，左偏极限开关2041和右偏极限开关2042的输出信号决定了新增安全链回路是否断开。

图4为本发明又一实施例提供的风力发电机组防飞车控制系统的结构示意图。图4与图3的不同之处在于，图4中示例性地示出了750KW风力发电机组中防飞车控制系统的现场接线情况。不限于此，本发明的设计思想还可应用于其他机型。

在图4的示例中，新增安全链回路由侧风输出继电器K1、左偏极限位置反馈继电器K2和右偏极限位置反馈继电器K3组成。其中，左偏极限位置反馈继电器K2和右偏极限位置反馈继电器K3位于风力发电机组的机舱控制柜中，侧风输出继电器K1位于风力发电机组的塔底控制柜中。图4中还示出了位于塔底控制柜中的PLC模块401和安全继电器402。

为便于本领域技术人员理解，下面结合图4对上述侧风输出继电器K1、左偏极限位置反馈继电器K2、右偏极限位置反馈继电器K3、PLC模块401和安全继电器402之间的电气连接关系进行详细说明。

如图4所示，左偏极限位置反馈继电器K2的线圈端子A1与左偏极限开关2041(参阅图3)连接，左偏极限位置反馈继电器K3的线圈端子A2接地。

在一个可选实施例中，左偏极限开关2041的具体实现形式可以为常开触点。当左偏极限开关2041触发时，其常开触点闭合并向左偏极限位置反馈继电器K2的线圈端子A1输出24V DC信号，即左偏极限开关2041的触发信号可以作为左偏极限位置反馈继电器K2的工作电源。

如图4所示，右偏极限位置反馈继电器K3的线圈端子A1与右偏极限开关2042连接(参阅图3)，右偏极限位置反馈继电器K3的线圈端子A2接地。

在一个可选实施例中，右偏极限开关2042的具体实现形式也可以为常开触点。当右偏极限开关2042触发时，其常开触点闭合并向右偏极限位置反馈继电器K3的线圈端子A1输出24V DC信号，即右偏极限开关2042的触发信号可以作为右偏极限位置反馈继电器K3的工作电源。

如图4所示，左偏极限位置反馈继电器K2的常闭触点和右偏极限位置反馈继电器K3的常闭触点之间通过各自的节点12串联。其中，左偏极限位置反馈继电器K2的常闭触点的节点11通过机舱柜航空插头的4号端子引入塔底柜航空插头的4号端子，该4号端子与侧风输出继电器K1的常开触点的节点11连接。右偏极限位置反馈继电器K3的常闭触点的节点11通过机舱柜航空插头的5号端子引入塔底柜航空插头的5号端子，该5号端子与安全继电器402的接口S10连接。

如图4所示，侧风输出继电器K1的线圈端子A1与PLC模块401连接，侧风输出继电器K1的线圈端子A2接地。

在一个可选实施例中，PLC模块401的具体实现形式可以为PLC芯片。

在一个可选实施例中，当风力发电机组在执行停机指令后的转速仍然大于预定转速阈值且风力发电机组的机舱方向未处于当前风向限定的侧风角范围内时，为避免风力发电机组因转速过大而发生飞车事故，PLC模块401可以生成侧风指令，并向侧风输出继电器K1的线圈端子A1输出24V DC信号，侧风指令信号输入可以作为侧风输出继电器K1的工作电源。

如图4所示，侧风输出继电器K1的一个常开触点的节点11与塔底柜航空插头的4号端子连接，侧风输出继电器K1的另一个常开触点的节点21与安全继电器402的接口S12连接，侧风输出继电器K1的两个常开触点的节点14和节点24与安全继电器402的接口S10连接。

如图4所示，安全继电器402通过接口63/64及接口73/74将230V AC和0V AC接入机组控制电源103，接口63/64和接口73/74之间的线路是否接通取决于接口S10、S11和S12的信号输入。

由上可知，该新增安全链回路独立于原安全链回路102(参阅图1)，是由两组常闭触点和两组常开触点串联形成，各触点状态由对应继电器的线圈是否通电决定，各线圈电源由左偏极限开关2041状态、右偏极限开关2042状态和PLC模块401输出的侧风指令决定，也就是说，在机组电源正常的情况下，侧风需求的执行与偏航极限位置开关有关。

在一个可选实施例中，为提高新增安全链回路的稳定性和可靠性性，上述侧风输出继电器K1、左偏极限位置反馈继电器K2和右偏极限位置反馈继电器和可以由三个菲尼克斯继电器组成。

图4中的新增安全链回路的工作原理为：当风力发电机组在执行停机指令后的转速仍然大于预定转速阈值且风力发电机组的机舱方向未处于当前风向限定的侧风角范围内时，PLC模块401输出侧风指令时，侧风输出继电器K1的线圈A1得电，使其常开触点均闭合，且在左偏极限开关2041和右偏极限开关2042未动作时，新增安全链回路闭合，使安全继电器402的接口63/64及接口73/74接通，从而为机组控制电源103接通230V AC工作电源，为风力发电机组在特殊情况下的偏航动作提供了条件，进而能够避免发生飞车事故。

也就是说，若风力发电机组在停机刹车后，转速在规定时间内未下降到预定转速阈值或刹车后仍然有转速，则侧风输出继电器K1触发，使新增安全链回路接通，直到偏航极限开关动作(使左偏极限位置反馈继电器K2的线圈A1或右偏极限位置反馈继电器的线圈A1触发)，使新增安全链回路断开。而在偏航极限开关未动作期间，若原安全链回路102因其他原因断开时，侧风偏航不会中断，直到使机组处于侧风位置区域后，才会停止侧风偏航。

可以理解地是，若风力发电机组在运行中因传动系统故障(比如，齿轮箱内齿轮断齿、高速制动器失效或联轴器损坏等)而使得原安全链回路102断开(比如、机舱急停、看门狗节点断开或振动开关断开等)时会导致机组230VAC和24VDC断开，即使发出侧风指令也会因电气关系不满足而无法执行侧风偏航，此时，如果风力发电机组继续处于迎风位置，在高风速时可能会引起飞车事故，本发明实施例中的防飞车控制系统基于当前侧风的流程和偏航系统的结构，设立了新增安全链回路，因此，从软件和硬件上满足了特定条件下侧风偏航的需求。

图5为本发明一实施例提供的风力发电机组防飞车控制方法的流程示意图，用于如上文所述的风力发电机组防飞车控制系统。结合图2-图4所述的风力发电机组防飞车控制系统，该防飞车控制方法包括步骤501和步骤502。

在步骤501中，响应于控制模块203输出的侧风指令，控制两个常开单元(2012和2013)全部闭合，以使安全链模块101通过机组控制电源103为偏航系统提供电源。

在步骤502中，响应于极限开关模块204输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号，控制常闭单元2022打开，以切断偏航系统的电源。

在一个可选实施例中，极限开关模块204包括左偏极限开关2041和右偏极限开关2042，第二开关模块202包括第二电磁继电器K2和第三电磁继电器K3，第二电磁继电器K2包括一组线圈L2和一组常闭触点D2；第三电磁继电器K3包括一组线圈L3和一组常闭触点D3(请参阅图3和图4)，则步骤502可以包括以下两个方面：

(1)响应于左偏极限开关2041输出的表示已侧风至左极限位置的信号，控制第二电磁继电器K2的常闭触点D2打开，以切断偏航系统的电源；

(2)响应于右偏极限开关2042输出的表示已侧风至右极限位置的信号，控制第三电磁继电器K3的常闭触点D3打开，以切断偏航系统的电源。

在一个可选实施例中，步骤501中的侧风指令的生成方式可以为：获取风力发电机组的运行工况数据；根据运行工况数据，判断偏航系统是否满足预定侧风条件；若偏航系统满足预定侧风条件，则向第一开关模块201的线圈单元2011输出侧风指令。

图6为本发明实施例提供的机舱方向和风向关系的示意图。其中，机舱方向由A表示，风向由B表示。图6中示出的机舱方向A和风向B之间的夹角a1位于90°和180°之间。为达到侧风目的，机舱方向A和风向B应接近垂直，使叶片风轮平面平行于风向。

图7为对图6中的机舱方向按照逆时针侧风后的机舱方向和风向关系的示意图。图7中示出的侧风后机舱方向A和风向B之间的夹角a2约为90°。

图8为对图6中的机舱方向按照顺时针侧风后的机舱方向和风向关系的示意图。图8中示出的侧风后机舱方向A和风向B之间的夹角a3约为90°。

图9为本发明另一实施例提供的风力发电机组防飞车控制方法的流程示意图。如图9所示，为提高偏航系统对侧风指令的执行效率，该防飞车控制方法还包括步骤901至步骤902。

在步骤901中，根据当前风向和机舱方向确定侧风方向；

在步骤902中，控制偏航系统按照当前侧风方向，将机舱方向侧风至当前风向限定的侧风角范围内。

由于风向会随时变化，因此侧风需求与当前风向相关。下面结合图10对当前风向限定的侧风角范围进行清楚地说明。

图10为本发明实施例提供的以机舱方向为参考0°的直角坐标系示意图。如图10所示，风向B可以处于直角坐标系的任意一个象限区域内。

在一个可选实施例中，可以将风向B相对于机舱方向A的角度区间[80°,100°]和[260°,280°]作为当前风向B限定的侧风角范围。

结合图10，步骤901中的根据当前风向和机舱方向确定侧风方向，可以包括：

获取当前风向B相对于机舱方向A的第一角度。

若第一角度属于(270°,360°)或者(90°,180°)，则确定侧风方向可以为顺时针方向；

若第一角度属于(0°,90°)或者(180°,270°)，则确定侧风方向为逆时针方向。

图11为本发明另一实施例提供的风力发电机组防飞车控制方法的流程示意图，图11与图10的不同之处在于，在图10中的步骤之后，该防飞车控制方法还包括图11中的步骤903至步骤906，用于使风力发电机组能够随风向变化始终保持在侧风位置区域。

在步骤903中，在上次侧风操作执行完成后，获取新的当前风向B相对于机舱方向A的第二角度。

在步骤904中，判断第二角度是否在预定时间(比如，30s)内持续偏离上次风向限定的允许侧风区间。

其中，上次风向限定的允许侧风区间指的是上次侧风操作执行结束之后且不需要执行下次侧风操作时，机舱方向满足的角度区间。

示例性地，结合图9，若上次操作之后，将机舱方向侧风至[80°,100°]和[260°,280°]的侧风角范围，那么，上次风向限定的允许侧风区间为[60°,120°]和[240°,300°]。

在步骤905中，若第二角度在预定时间内均持续偏离上次风向限定的允许侧风区间，则根据风力发电机组的转速确定新的侧风方向。

在一个示例中，若风力发电机组的转速已下降至第二预定转速阈值(比如，900r/min)，并且当前电缆位置大于解缆阈值(比如，700°)或小于解缆阈值的负值(比如，-700°)，则将电缆的解缆方向作为新的侧风方向，第二预定转速阈值小于第一预定转速阈值。

其中，电缆的解缆方向指的是与当前扭缆角度对应的扭缆方向的反方向。扭缆角度指的是电缆相对于顺直状态的扭转角度。通常，顺时针扭缆时，扭缆角度大于0，顺时针扭缆时，扭缆角度小于0。

其中，解缆阈值也可以理解电缆的安全扭缆角度，沿顺时针方向，该安全扭缆角度为正值且小于左偏极限开关2041所在位置对应的扭缆极限角度(比如，1000°)；沿逆时针方向时，该安全扭缆角度为负值大于右偏极限开关2042所在位置对应的扭缆极限角度(比如，-1000°)。

在一个示例中，若风力发电机组的转速未下降至第二预定转速阈值，则将与重新侧风至新的当前风向限定的侧风角范围内需要的最短路径对应的方向作为新的侧风方向。

其中，最短路径指的是达到侧风位置的最短路径。

结合图9，以相对于机舱方向的角度区间[80°,100°]和[260°,280°]作为限定的侧风角范围。

示例性地，若当前风向相对于机舱方向的角度为200°，则通过逆时针方向侧风至角度区间[260°,280°]为达到侧风位置的最短路径；

示例性地，若当前风向相对于机舱方向的角度为140°，则通过顺时针方向侧风至角度区间[80°,100°]为达到侧风位置的最短路径。

在步骤906中，控制偏航系统按照新的侧风方向，将机舱方向重新侧风至新的当前风向限定的侧风角范围内。

图12为本发明再一实施例提供的风力发电机组防飞车控制方法的流程示意图。如图12所示，该防飞车控制方法包括步骤1201至步骤1214，用于对本发明实施例中的防飞车控制方法进行详细举例说明。

在步骤1201中，获取当前方向B1和机舱方向A1的角度β0。

在步骤1202中，判断β0是否属于(270°,360°)或者(90°,180°)。若β0属于(270°,360°)或者(90°,180°)，则执行步骤1203，否则，执行步骤1211。

在步骤1203中，偏航系统逆时针偏航。

在步骤1204中，判断是否已将机舱方向侧风至[260°,280°]。若已将机舱方向侧风至[260°,280°]，则执行步骤1205，否则返回步骤1204。

在步骤1205中，偏航系统停止偏航。

在步骤1206中，获取新的当前风向B2相对于机舱方向A2的角度β1。

在步骤1207中，判断β1是否在30s内持续偏离[240°,300°]。若β1在30s内持续偏离[240°,300°]，则执行步骤1208，否则，返回步骤1207。

在步骤1208中，判断风力发电机组的转速是否已下降至900r/min且电缆位置大于700°或小于-700°。若风力发电机组的转速已下降至900r/min且电缆位置大于700°或小于-700°，则执行步骤1209，否则，执行步骤1210。

在步骤1209中，将电缆的解缆方向作为新的侧风方向，并使偏航系统根据新的侧风方向将机舱方向侧风至新的当前风向B2限定的侧风角范围内。

在步骤1210中，将与重新侧风至新的当前风向B2限定的侧风角范围内需要的最短路径对应的方向作为新的侧风方向，并使偏航系统根据新的侧风方向将机舱方向侧风至新的当前风向B2限定的侧风角范围内。

在步骤1211中，偏航系统顺时针偏航。

在步骤1212中，判断是否已将机舱方向侧风至[80°,100°]。若已将机舱方向侧风至[80°,100°]，则执行步骤1205，否则返回步骤1212。

在步骤1206之后，还可以并列执行步骤1213。

在步骤1213中，判断β1是否在30s内持续偏离[60°,120°]。若β1在30s内持续偏离[60°,120°]，则执行步骤1214，否则，返回步骤1213。

在步骤1214中，判断风力发电机组的转速是否已下降至900r/min且电缆位置大于700°或小于-700°。若风力发电机组的转速已下降至900r/min且电缆位置大于700°或小于-700°，则执行步骤1209，否则，执行步骤1210。

图13为本发明实施例提供的风力发电机组防飞车控制装置的结构示意图，用于如上所述的风力发电机组防飞车控制系统。如图13所示，该防飞车控制装置包括第一控制模块1301和第二控制模块1302。

其中，第一控制模块1301用于响应于控制模块输出的侧风指令，控制两个常开单元全部闭合，以使安全链模块为偏航系统提供电源。

第二控制模块1302用于响应于极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号，控制常闭单元打开，以切断偏航系统的电源。

如图13所示，该防飞车控制装置还包括第一获取模1303块、第一判断模块1304和发送模块1305。

其中，第一获取模块1303用于获取风力发电机组的运行工况数据；第一判断模块1304用于根据运行工况数据，判断偏航系统是否满足预定侧风条件；发送模块1305用于若偏航系统满足预定侧风条件，则向第一开关模块的线圈单元输出侧风指令。

如图13所示，该防飞车控制装置还包括第一确定模块1306和第三控制模块1307。

其中，第一确定模块1306用于根据当前风向和机舱方向确定侧风方向；第三控制模块1307用于控制偏航系统按照侧风方向，将机舱方向侧风至当前风向限定的侧风角范围内。

如图13所示，该防飞车控制装置还包括第二获取模块1308、第二判断模块1309、第二确定模块1310和第四控制模块1311。

其中，第二获取模块1308用于在上次侧风操作执行完成后，获取新的当前风向相对于机舱方向的第二角度；第二判断模块1309用于判断第二角度是否在预定时间内持续偏离上次风向限定的允许侧风区间；第二确定模块1310用于若第二角度在预定时间内均持续上次风向限定的允许侧风区间，则根据风力发电机组的转速确定新的侧风方向；第四控制模块1311用于控制偏航系统按照新的侧风方向，将机舱方向重新侧风至新的当前风向限定的侧风角范围内。

本发明实施例还提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括如上文所述的风力发电机组防飞车控制系统。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，程序被处理器执行时实现如上所述的风力发电机组防飞车控制方法。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (19)

1.一种风力发电机组防飞车控制系统，所述风力发电机组中的发电机输出电缆随偏航系统的侧风操作发生扭转，在所述发电机输出电缆的扭转路径上设置有极限开关模块，其特征在于，所述系统包括：第一开关模块、第二开关模块和控制模块；其中，

所述第一开关模块的输入端与所述控制模块连接，所述第一开关模块的输出端与所述风力发电机组的安全链模块连接，所述第一开关模块被配置为，响应于所述控制模块输出的侧风指令时闭合，以使所述安全链模块为所述偏航系统提供电源；

所述第二开关模块的输入端与所述极限开关模块连接，所述第二开关模块的输出端与所述安全链模块连接，所述第二开关模块被配置为，响应于所述极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号时打开，以切断所述偏航系统的电源。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一开关模块包括一个线圈单元和两个常开单元；其中，

所述第一开关模块的线圈单元的两端分别与所述控制模块和低压地连接，所述两个常开单元均与所述风力发电机组的安全链模块连接；所述两个常开单元被配置为响应于所述控制模块输出的侧风指令时全部闭合。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一开关模块为第一电磁继电器，所述第一电磁继电器包括一组线圈和两组常开触点；

所述第一开关模块的线圈单元为所述第一电磁继电器的线圈；

所述第一开关模块的每个常开单元为所述第一电磁继电器的一组常开触点。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二开关模块包括一个线圈单元和一个常闭单元；其中，

所述第二开关模块的线圈单元的两端分别与所述极限开关模块和低压地连接，所述常闭单元的第一端与所述第一开关模块连接，所述常闭单元的第二端与所述安全链模块连接；所述常闭单元被配置为响应于所述极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号时打开。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一开关模块和第二开关模块串联组成新增安全链回路，所述新增安全链回路与所述风力发电机组原安全链回路并联。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块还被配置为：

获取所述风力发电机组的运行工况数据；

根据所述运行工况数据，判断所述偏航系统是否满足预定侧风条件；

若所述偏航系统满足所述预定侧风条件，则向所述第一开关模块的线圈单元输出侧风指令。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预定侧风条件至少包括以下条件：

所述风力发电机组在执行停机指令后的转速大于第一预定转速阈值；

所述风力发电机组的机舱方向未处于当前风向限定的侧风角范围内。

8.一种风力发电机组防飞车控制方法，用于如权利要求1-7任意一项所述的风力发电机组防飞车控制系统，其特征在于，所述方法包括：

响应于所述控制模块输出的侧风指令，控制所述第一开关模块闭合，以使所述安全链模块为所述偏航系统提供电源；

响应于所述极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号，控制所述第二开关模块打开，以切断所述偏航系统的电源。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述风力发电机组的运行工况数据；

根据所述运行工况数据，判断所述偏航系统是否满足预定侧风条件；

若所述偏航系统满足所述预定侧风条件，则向所述第一开关模块的线圈单元输出侧风指令。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据当前风向和机舱方向确定侧风方向；

控制所述偏航系统按照所述侧风方向，将机舱方向侧风至所述当前风向限定的侧风角范围内。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据当前风向和机舱方向确定侧风方向，包括：

获取当前风向相对于所述机舱方向的第一角度；

若所述第一角度属于(270°,360°)或者(90°,180°)，则确定侧风方向为顺时针方向；

若所述第一角度属于(0°,90°)或者(180°,270°)，则确定侧风方向为顺逆时针方向。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在上次侧风操作执行完成后，获取新的当前风向相对于机舱方向的第二角度；

判断所述第二角度是否在预定时间内持续偏离上次风向限定的允许侧风区间；

若所述第二角度在预定时间内均持续偏离所述上次风向限定的允许侧风区间，则根据所述风力发电机组的转速确定新的侧风方向；

控制所述偏航系统按照所述新的侧风方向，将机舱方向重新侧风至所述新的当前风向限定的侧风角范围内。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据所述风力发电机组的转速确定新的侧风方向，包括：

若所述风力发电机组的转速已下降至第二预定转速阈值，则将所述电缆的解缆方向作为所述新的侧风方向，所述第二预定转速阈值小于第一预定转速阈值；

若所述风力发电机组的转速未下降至所述第二预定转速阈值，则将与重新侧风至所述新的当前风向限定的侧风角范围内需要的最短路径对应的方向作为所述新的侧风方向。

14.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的风力发电机组防飞车控制系统。

15.一种风力发电机组防飞车控制装置，用于如权利要求1-7任意一项所述的风力发电机组防飞车控制系统，其特征在于，所述装置包括：

第一控制模块，用于响应于所述控制模块输出的侧风指令，控制所述第一开关模块闭合，以使所述安全链模块为所述偏航系统提供电源；

第二控制模块，用于响应于所述极限开关模块输出的表示已侧风至扭缆极限位置的信号，控制所述第二开关模块打开，以切断所述偏航系统的电源。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一获取模块，用于获取所述风力发电机组的运行工况数据；

第一判断模块，用于根据所述运行工况数据，判断所述偏航系统是否满足预定侧风条件；

发送模块，用于若所述偏航系统满足所述预定侧风条件，则向所述第一开关模块的线圈单元输出侧风指令。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一确定模块，用于根据当前风向和机舱方向确定侧风方向；

第三控制模块，用于控制所述偏航系统按照所述侧风方向，将机舱方向侧风至所述当前风向限定的侧风角范围内。

18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二获取模块，用于在上次侧风操作执行完成后，获取新的当前风向相对于机舱方向的第二角度；

第二判断模块，用于判断所述第二角度是否在预定时间内持续偏离上次风向限定的允许侧风区间；

第二确定模块，用于若所述第二角度在预定时间内均持续所述上次风向限定的允许侧风区间，则根据所述风力发电机组的转速确定新的侧风方向；

第四控制模块，用于控制所述偏航系统按照所述新的侧风方向，将机舱方向重新侧风至所述新的当前风向限定的侧风角范围内。

19.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求8-13任意一项所述的风力发电机组防飞车控制方法。