CN109989881A - 用于风电机组单叶片吊装的控制装置及其控制方法和机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风电机组单叶片吊装的控制装置及其控制方法和机组，属于风电机组领域，用于集成电气系统(变桨系统、偏航系统、盘车系统等)的控制指令，包括：供电单元，用于提供电力供应；人机交互单元，用于进行程序设置和下发控制指令；控制单元，与机组电控系统连接，用于接收控制指令并对比机组设备状态数据进行逻辑运算和逻辑判断，并根据判断结果通过机组电控系统控制设备运行；电气接口，与控制单元连接，用于连接相关电气电缆。本发明无需利用主控系统即可实现变桨、偏航、盘车等操作，可以解决单叶片吊装过程中机组的控制程序无法满足变桨、盘车、偏航控制需要的问题，省去了主控系统的调试步骤，满足了机组单叶片吊装的需求。

Description

用于风电机组单叶片吊装的控制装置及其控制方法和机组

技术领域

本发明涉及风电机组领域，特别是涉及一种用于风电机组单叶片吊装的控制装置及其控制方法和机组。

背景技术

风场可能处于林地、果园、田地或山地之中。机组的机位附近会存在大量林木、果树、庄稼。目前传统的吊装方法是将三个叶片在地上全部组装完成后与轮毂整体进行吊装，叶片直径越大，对吊装占地面积的要求也越大，不仅造成征地的成本显著增加，大量砍伐树木对环境的破坏也难以估量。为了解决吊装占地面积过大的问题，单叶片吊装方案应运而生。单叶片吊装只需满足塔筒安装时主辅吊车的站位和回转的要求即可，比传统吊装可节省40％的平台面积，在节省吊装费用方面的成本收益超出想象。可以预见的是，对山地林地风场项目乃至分散式风电项目而言，单叶片吊装方案必然将成为一种趋势。

众所周知的是，机组若要完成各种动作，需要通过主控系统下发指令控制电气设备的动作。但机组的常规控制程序无法满足吊装时的控制需求。如果使用机组自身的控制程序进行控制，只能通过临时修改程序实现。但修改程序只能由专业工程师来完成。工程师又无法兼顾多个现场同时吊装，势必会影响吊装进度。而且修改程序会在吊装过程中增加程序调试和通讯测试等额外环节，必然会导致吊装时间的延长，吊装难度的增加及吊装成本的提高。因此设计一个简单便捷的控制装置对于单叶片吊装来说极有必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以满足机组单叶片吊装需求、节省了吊装时间和吊装成本的用于风电机组单叶片吊装的控制装置及其控制方法和机组。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种用于风电机组单叶片吊装的控制装置，独立于机组的主控系统，用于集成电气系统(变桨系统、偏航系统、盘车系统等)的控制指令，包括：

供电单元，所述供电单元包括开关电源，与机组电控系统连接用于将输入电源转换为所需控制电源为各单元提供电力供应；

人机交互单元，用于人机交互进行程序设置和下发控制指令，并显示相关信息；

控制单元，与机组电控系统连接，用于接收控制指令并对比机组设备状态数据进行逻辑运算和逻辑判断，并根据判断结果通过机组电控系统控制设备运行；

电气接口，与控制单元连接，用于连接相关电气电缆。

进一步地，还包括保护单元，用于对供电单元的输入和输出电源进行保护。

进一步地，所述电气接口包括普通端子接口和配装重载连接器公、母接头。

进一步地，还包括外壳，所述人机交互单元安装在外壳的面板上，所述电气接口位于外壳的底板或侧板上，所述控制单元、供电单元安装在外壳内部。

进一步地，所述外壳上还设有把手。

进一步地，所述设有人机交互单元的面板为可开合门，所述可开合门上设有门锁。

进一步地，所述控制单元通过机组电控系统的执行机构与变桨系统、偏航系统和盘车系统连接。

进一步地，所述机组设备状态数据通过机组电控系统实时读取机组设备的运行状态，并传送给控制单元，所述控制单元根据收到的控制指令，对比机组设备状态，进行逻辑运算及逻辑判断。

进一步地，所述逻辑判断的方法为：若控制单元判断机组的状态满足执行条件，则将指令发送给机组电控系统的执行机构控制设备运行；若机组的状态不满足执行条件，则拒绝执行该指令，并将故障状态和故障原因显示到人机交互单元。

另一方面，提供一种风电机组，包括机组电控系统，包括所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置，所述机组电控系统与控制单元连接，所述机组电控系统用于给控制单元传送数据和执行控制单元下发的指令。

再一方面，提供一种用于风电机组单叶片吊装的控制方法，利用所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置控制单叶片吊装，包括如下步骤：

1)机组电控系统与供电单元连接，供电单元将输入电源转换为所需控制电源；

或者，机组电控系统与供电单元连接，供电单元将输入电源转换为所需控制电源，保护单元对供电单元的输入或输出电源进行保护；

2)通过人机交互单元进行控制逻辑的设置，并对变桨系统、盘车系统和偏航系统下发控制指令；

3)机组电控系统实时读取机组设备的运行状态，并传送到控制单元；

4)控制单元收到人机交互单元发出的控制指令后，对比机组设备状态，进行逻辑运算及逻辑判断，根据判断结果是否进行控制指令，并将运行状态或故障信息显示到人机交互单元。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明的控制装置能够与风力发电机组电控系统进行配合，无需利用机组的主控系统即可实现变桨、偏航、盘车等操作。本发明省去了主控系统的调试步骤，满足了机组单叶片吊装的需求，节省了吊装时间和吊装成本。

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的技术手段，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是本发明的的控制装置的结构示意图；

图2是本发明的控制装置功能模块图；

图3是本发明的控制装置的控制流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明提供一种用于风电机组单叶片吊装的控制装置的实施例，如图1至图3所示，独立于主控系统，用于集成电气系统(变桨系统、偏航系统、盘车系统等)的控制指令，包括：

供电单元，供电单元包括开关电源，与机组电控系统连接用于将输入电源转换为所需控制电源为各单元提供电力供应；

人机交互单元1，用于人机交互进行程序设置和下发控制指令，并显示相关信息；

控制单元，与机组电控系统连接，用于接收控制指令并对比机组设备状态数据进行逻辑运算和逻辑判断，并根据判断结果通过机组电控系统控制设备运行；

电气接口2，与控制单元连接，用于连接相关电气电缆。

本发明在使用时，与机组电控系统连接，用于通过控制单元控制机组电控系统的执行机构控制设备运行。硬件部分至少包括供电单元、控制单元、人机交互单元和电气接口。各部分功能如下：供电单元为其他各单元的正常运行提供电力供应，主要部件为开关电源。根据机组实际控制需要可选配不同功率和输出电压的开关电源。控制单元为整个装置的核心，主要用来对采集的数据进行逻辑判断、数据处理和控制。人机交互单元安装在正面面板上，供操作人员进行程序设置和下发动作指令，设备运行状态和控制命令执行情况可以通过人机交互单元进行显示。

本发明为独立于主控系统的控制系统，可以在不运行主控系统的情况下满足机组在单叶片吊装时对于盘车、变桨、偏航系统的供电和控制需求。本发明将变桨系统、偏航系统、盘车系统的控制指令集成在一个简单的装置上，系统集成度更高，方便操作人员进行操作。本发明的优点还包括：

1)降低单叶片吊装难度。机组的常规控制程序无法满足吊装时的控制需要。如果使用机组自身的控制程序进行控制，只能通过临时修改程序实现。但修改程序只能由专业工程师来完成。工程师又无法兼顾多个现场同时吊装，势必会影响吊装进度。而且修改程序会在吊装过程中增加程序调试和通讯测试等额外环节，必然会导致吊装难度的增加。本发明通过独立的装置与设备相连接，省去了主控系统的调试环节，大大降低了吊装时电气控制的难度。

2)减少单叶片吊装时间。使用机组控制系统进行控制时，涉及到塔上塔下通讯电缆的敷设、光纤的敷设、柜内接线的临时修改、控制程序的反复刷新等，需要多名施工人员共同配合完成。应用本发明所述装置不存在以上问题，仅需要一名施工人员在机舱内将控制装置的电缆与机舱电控系统相连接即可，节省了吊装时间，提高了工作效率。

为了对装置输入和输出电源进行保护，还包括保护单元，用于对供电单元的输入和输出电源进行保护。保护单元至少包括浪涌保护、过流保护、过压保护、欠压保护、接地故障保护、三相不平衡保护等功能，可以保证自动、迅速地切断故障线路，保障装置的用电安全。

进一步地，电气接口包括普通端子接口和配装重载连接器公、母接头。电气接口有两种方式，一种是普通的端子接口，端子接口安装有锁紧接头用于电缆紧固。另一种是控制装置及电缆分别配装重载连接器公、母接头，接线更加方便。

进一步地，还包括外壳，人机交互单元安装在外壳的面板上，电气接口位于外壳的底板或侧板上，控制单元、供电单元安装在外壳内部。装置的外壳材料使用不锈钢或铝合金制作。防护等级至少满足I P32。外壳侧面安装把手4，可以方便携带。

为了方便维修，设有人机交互单元的面板为可开合门，可开合门上设有门锁3。

进一步地，控制单元通过机组电控系统的执行机构与变桨系统、偏航系统和盘车系统连接。

进一步地，机组设备状态数据通过机组电控系统实时读取机组设备的运行状态，并传送给控制单元，控制单元根据收到的控制指令，对比机组设备状态，进行逻辑运算及逻辑判断。

进一步地，逻辑判断的方法为：若控制单元判断机组的状态满足执行条件，则将指令发送给机组电控系统的执行机构控制设备运行；若机组的状态不满足执行条件，则拒绝执行该指令，并将故障状态和故障原因显示到人机交互单元。

本发明具体实施过程如下：

1)机组电控系统负责向控制装置提供供电电源。供电单元将输入电源转换为所需控制电源。

2)供电电源通过控制装置的保护单元接入到供电单元。供电单元的输出通过保护单元向人机交互单元和控制单元供电。用以保障装置的用电安全。

3)设备操作人员通过人机交互单元进行控制逻辑的设置和变桨、盘车、偏航等控制指令的下发。

4)机组电控系统实时读取机组设备的运行状态，并传送到控制单元，由控制单元进行数据处理。

5)控制单元收到控制指令后，对比机组设备状态，进行逻辑运算及逻辑判断。如果机组的状态满足执行条件，则将指令发送给机组电控系统的执行机构控制设备运行，并将运行状态显示到人机交互单元。如果机组的状态不满足执行条件，则拒绝执行该指令，并将故障状态和故障原因显示到人机交互单元。

另一方面，提供一种风电机组，包括机组电控系统，包括所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置，机组电控系统与控制单元连接，机组电控系统用于给控制单元传送数据和执行控制单元下发的指令。

再一方面，提供一种用于风电机组单叶片吊装的控制方法，利用所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置控制单叶片吊装，包括如下步骤：

1)机组电控系统与供电单元连接，供电单元将输入电源转换为所需控制电源；

或者，机组电控系统与供电单元连接，供电单元将输入电源转换为所需控制电源，保护单元对供电单元的输入或输出电源进行保护；

2)通过人机交互单元进行控制逻辑的设置，并对变桨系统、盘车系统和偏航系统下发控制指令；

3)机组电控系统实时读取机组设备的运行状态，并传送到控制单元；

4)控制单元收到人机交互单元发出的控制指令后，对比机组设备状态，进行逻辑运算及逻辑判断，根据判断结果是否进行控制指令，并将运行状态或故障信息显示到人机交互单元。

本发明无需利用机组的主控系统即可实现变桨、偏航、盘车等操作，可以解决单叶片吊装过程中机组的控制程序无法满足变桨、盘车、偏航控制需要的问题，省去了主控系统的调试步骤，满足了机组单叶片吊装的需求。而且降低了单叶片吊装难度，减少了吊装时间，提高了工作效率。本发明通过在电控系统中增加额外的控制装置和控制策略，满足风力发电机组单叶片吊装时的特殊环境和特殊需求，能够更加方便的对机组进行操作和控制，有专利应用的特殊性。

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 (10)

1.一种用于风电机组单叶片吊装的控制装置，其特征在于，用于集成电气系统的控制指令，包括：

供电单元，所述供电单元包括开关电源，与机组电控系统连接，用于将输入电源转换为所需控制电源为各单元提供电力供应；

人机交互单元，用于人机交互进行程序设置和下发控制指令，并显示相关信息；

控制单元，与机组电控系统连接，用于接收控制指令并对比机组设备状态数据进行逻辑运算和逻辑判断，并根据判断结果通过机组电控系统控制设备运行；

电气接口，与控制单元连接，用于连接相关电气电缆。

2.根据权利要求1所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置，其特征在于，还包括保护单元，用于对供电单元的输入和输出电源进行保护；

和/或，所述控制单元独立于机组的主控系统。

3.根据权利要求1所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置，其特征在于，所述电气接口包括普通端子接口和配装重载连接器公、母接头。

4.根据权利要求1至3任一所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置，其特征在于，还包括外壳，所述人机交互单元安装在外壳的面板上，所述电气接口位于外壳的底板或侧板上，所述控制单元、供电单元安装在外壳内部。

5.根据权利要求4所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置，其特征在于，所述外壳上还设有把手；

和/或，所述设有人机交互单元的面板为可开合门，所述可开合门上设有门锁。

6.根据权利要求1至5任一所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置，其特征在于，所述控制单元通过机组电控系统的执行机构与变桨系统、偏航系统和盘车系统连接。

7.根据权利要求1至6任一所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置，其特征在于，所述机组设备状态数据通过机组电控系统实时读取机组设备的运行状态，并传送给控制单元，所述控制单元根据收到的控制指令，对比机组设备状态，进行逻辑运算及逻辑判断。

8.根据权利要求1至7任一所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置，其特征在于，所述逻辑判断的方法为：若控制单元判断机组的状态满足执行条件，则将指令发送给机组电控系统的执行机构控制设备运行；若机组的状态不满足执行条件，则拒绝执行该指令，并将故障状态和故障原因显示到人机交互单元。

9.一种风电机组，包括机组电控系统，其特征在于，包括权利要求1至8任一所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置，所述机组电控系统与控制单元连接，所述机组电控系统用于给控制单元传送数据和执行控制单元下发的指令。

10.一种用于风电机组单叶片吊装的控制方法，其特征在于，利用权利要求1至9任一所述的用于风电机组单叶片吊装的控制装置控制单叶片吊装，包括如下步骤：

1)机组电控系统与供电单元连接，供电单元将输入电源转换为所需控制电源；

或者，机组电控系统与供电单元连接，供电单元将输入电源转换为所需控制电源，保护单元对供电单元的输入或输出电源进行保护；

2)通过人机交互单元进行控制逻辑的设置，并对变桨系统、盘车系统和偏航系统下发控制指令；

3)机组电控系统实时读取机组设备的运行状态，并传送到控制单元；

4)控制单元收到人机交互单元发出的控制指令后，对比机组设备状态，进行逻辑运算及逻辑判断，根据判断结果是否进行控制指令，并将运行状态或故障信息显示到人机交互单元。