CN111140433A - 一种风电机组变频装置及偏航系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组变频装置及偏航系统，其中变频装置包括：控制部，用于与偏航系统的主控柜连接，以及接收主控柜的偏航命令，并生成电机驱动指令和模式切换信号；变频部，与控制部连接，用于与主控柜连接，以及接收控制部发出的电机驱动指令，并根据电机驱动指令驱动偏航系统的偏航电机；开关部，与控制部和变频部连接，用于与主控柜、偏航电机和偏航系统的液压系统连接，以及接收控制部发出的模式切换信号，并根据模式切换信号切换变频模式和直投模式。本发明的变频装置嵌入偏航系统后，使得偏航系统同时具备变频模式和直投模式，且无需更改机舱主控程序。

Description

一种风电机组变频装置及偏航系统

技术领域

本发明属于风力发电设备领域，特别是涉及一种风电机组变频装置及偏航系统。

背景技术

风能是一种无污染可持续利用的资源，合理有效的开发风能能带来巨大的经济、社会及环保效益，目前我国风电机组的单机容量已到达兆瓦等级，具备很强劲的发展前景。偏航系统是风电机组特有的伺服系统，它主要功能有：可用风速范围内能够自动准确对风，非可用风速范围能够90度侧风，单向偏航行程过长时能够自动解除电缆等，继而使风机能够安全平稳可靠的运行，高效地利用风能。多数风机的偏航系统一般包括：风向标、风速仪、偏航电机、回转体大齿轮、偏航行星齿轮减速器等。其偏航原理如下：感应风向标的风向信号传递到机舱主控柜，经过计算比较后主控柜给偏航电机发出左或右偏航命令，偏航电机通过同轴联接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风。当完成偏航对风后，偏航电机停止工作，偏航过程结束。

如图1所示，目前风电机组偏航控制系统由较为简单的电气控制和4个偏航电机组成。三相AC400V接偏航供电断路器QF01的输入端，偏航供电断路器QF01的输出端的A相接左偏航接触器KM01输入端的C相和右偏航接触器KM02输入端的A相；偏航供电断路器QF01输出端的B相接左偏航接触器KM01输入端的B相和右偏航接触器KM02输入端的B相；偏航供电断路器QF01输出端的C相接左偏航接触器KM01输入端的A相和右偏航接触器KM02输入端的C相；左偏航接触器KM01输出端的A,B,C三相分别与右偏航接触器KM02输出端的A,B,C三相连接，再分别与4个偏航电机的保护断路器的输入端A,B,C三相连接，4个保护断路器输出端的A,B,C三相分别与对应的偏航电机的U,V,W三相连接。

目前机舱主控柜的偏航信号包含四个信号：高/低液压命令,左偏航命令，右偏航命令，电磁刹车电源。偏航启动和方向通过机舱主控柜发出偏航命令驱动相应的偏航接触器来实现。在机舱主控柜发出左或右偏航指令的同时也发出低液压命令，驱动液压系统从高液压切回低液压。此外偏航电机刹车电源依次接左偏航接触器和右偏航接触器的常闭NC辅助触头，确保偏航过程电机电磁阀失电抱闸松开，偏航结束后电机电磁阀得电抱闸。这种简单偏航控制带来如下问题：

其一，偏航启动时4台电机直接投切（简称直投，下同）驱动，必然造成大的电流冲击和机械冲击，一方面对电机造成电气和机械损伤，造成偏航齿轮箱损伤，另一方面大的电流冲击影响供电源质量，影响其它设备的正常运行。

其二，4台电机的齿轮箱间隙不完全一致，这种直投模式可能使得各偏航电机的负载不相同，间隙小的负载大，间隙大的负载小，一方面负载大的电机可能过载保护跳闸损害发电量，甚至电机烧毁，另一方面可能使得负载大的齿轮箱损伤增大维护成本。

其三，直投模式无法实现电制动，偏航制动过程中机舱的动能要靠电机的刹车盘和液压系统吸收，导致制动系统的磨耗大，制动产生的铁屑要经常清理，增加了维持工作量。

此外，目前市面上也有变频偏航的设备，其采用的是1拖4的通用变频器替换原直投模式实现软起动软停止，但是需要更改机舱主控柜的主控程序，主控程序涉及风机的安全链，风险高，而且1拖4的通用变频器不具备容错设计，当发生故障时偏航系统停止损害发电量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风电机组变频装置及偏航系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种风电机组变频装置，包括：

控制部，用于与偏航系统的主控柜连接，以及接收主控柜的偏航命令，并生成电机驱动

指令和模式切换信号；

变频部，与控制部连接，用于与主控柜连接，以及接收控制部发出的电机驱动指令，并根据电机驱动指令驱动偏航系统的偏航电机；

开关部，与控制部和变频部连接，用于与主控柜、偏航电机和偏航系统的液压系统连接，以及接收控制部发出的模式切换信号，并根据模式切换信号切换变频模式和直投模式。

优选的，所述变频部包括：

第一变频器，用于构成第一偏航电机的变频供电回路，第一偏航电机的变频供电回路与其直投供电回路并联；

第二变频器，用于构成第二偏航电机的变频供电回路，第二偏航电机的变频供电回路与其直投供电回路并联；

第三变频器，用于构成第三偏航电机的变频供电回路，第三偏航电机的变频供电回路与其直投供电回路并联；

第四变频器，用于构成第四偏航电机的变频供电回路，第四偏航电机的变频供电回路与其直投供电回路并联。

优选的，所述开关部包括：

第一断路器，用于接通/分断第一变频器的输入三相电源，以及在其输入过流时跳闸保护；

第二断路器，用于接通/分断第二变频器的输入三相电源，以及在其输入过流时跳闸保护；

第三断路器，用于接通/分断第三变频器的输入三相电源，以及在其输入过流时跳闸保护；

第四断路器，用于接通/分断第四变频器的输入三相电源，以及在其输入过流时跳闸保护；

第一接触器，用于接通/分断第一偏航电机的直投供电回路；

第二接触器，用于接通/分断第二偏航电机的直投供电回路；

第三接触器，用于接通/分断第三偏航电机的直投供电回路；

第四接触器，用于接通/分断第四偏航电机的直投供电回路；

第五接触器，用于接通/分断第一偏航电机的变频供电回路；

第六接触器，用于接通/分断第二偏航电机的变频供电回路；

第七接触器，用于接通/分断第三偏航电机的变频供电回路；

第八接触器，用于接通/分断第四偏航电机的变频供电回路；

第九接触器，用于同时接通/分断第一断路器、第二断路器、第三断路器和第四断路器的输入三相电源；

第十接触器，用于接通/分断液压系统的供电回路和信号回路，以及接通/分断第一变频器、第二变频器、第三变频器和第四变频器的刹车供电回路；

第一中间继电器，用于根据控制部的模式切换信号驱动第一接触器、第二接触器、第三接触器和第四接触器；

第二中间继电器，用于根据控制部的模式切换信号驱动第五接触器、第六接触器、第七接触器、第八接触器、第九接触器和第十接触器。

优选的，所述偏航系统包括主控柜、液压系统、供电断路器、左偏航接触器、右偏航接触器、第一偏航电机至第四偏航电机；

主控柜的液压信号输出端与液压系统的控制输入端连接，主控柜的左偏航信号输出端与右偏航接触器的常闭辅助触头的输入端，右偏航接触器的常闭辅助触头的输出端接左偏航接触器的线包，主控柜的右偏航信号输出端与左偏航接触器的常闭辅助触头的输入端，左偏航接触器的常闭辅助触头的输出端接右偏航接触器的线包，主控柜的刹车供电端与左偏航接触器的常闭辅助触头的输入端连接，左偏航接触器的常闭辅助触头的输出端与右偏航接触器的常闭辅助触头的输入端连接；

定义同相连接为输出端的A相接输入端的A相，输出端的B相接输入端的B相，输出端的C相接输入端的C相；定义反相连接为输出端的A相接输入端的C相，输出端的B相接输入端的B相，输出端的C相接输入端的A相；

供电断路器的输入端与三相电源的输出端同相连接，供电断路器的输出端与左偏航接触器的输入端反相连接，供电断路器的输出端与右偏航接触器的输入端同相连接，左偏航接触器的输出端与右偏航接触器的输出端同相连接，左偏航接触器的输出端与右偏航接触器的输出端的连接点分别与第一电机保护断路器、第二电机保护断路器、第三电机保护断路器和第四电机保护断路器的输入端同相连接，第一电机保护断路器的输出端与第一偏航电机的输入端同相连接，第一偏航电机的电磁阀与右偏航接触器的常闭辅助触头的输出端连接，第二电机保护断路器的输出端与第二偏航电机的输入端同相连接，第二偏航电机的电磁阀与右偏航接触器的常闭辅助触头的输出端连接，第三电机保护断路器的输出端与第三偏航电机的输入端同相连接，第三偏航电机的电磁阀与右偏航接触器的常闭辅助触头的输出端连接，第四电机保护断路器的输出端与第四偏航电机的输入端同相连接，第四偏航电机的电磁阀与右偏航接触器的常闭辅助触头的输出端连接。

优选的，所述控制部的供电输入端用于与供电断路器的输出端同相连接，控制部的左偏航信号输入端用于与主控柜的左偏航信号输出端连接，控制部的右偏航信号输入端用于与主控柜的右偏航信号输出端连接，控制部的液压信号输入端用于与主控柜的液压信号输出端连接，控制部的信号输出端与变频部和开关部的信号输入端连接。

优选的，所述变频部包括第一变频器、第二变频器、第三变频器和第四变频器，第一变频器、第二变频器、第三变频器和第四变频器的控制电源输入端均用于与主控柜的控制电源输出端连接。

优选的，所述开关部包括第一断路器至第四断路器、第一接触器至第十接触器、第一中间继电器和第二中间继电器；

所述第九接触器的输入端用于供电断路器的输出端同相连接，第九接触器的输出端分别与第一断路器、第二断路器、第三断路器和第四断路器的输入端同相连接；

第一断路器的输出端与第一变频器的输入端同相连接，第二断路器的输出端与第二变频器的输入端同相连接，第三断路器的输出端与第三变频器的输入端同相连接，第四断路器的输出端与第四变频器的输入端同相连接；

第一接触器的输入端与第一电机保护断路器的输出端同相连接，第一接触器的输出端与第一偏航电机的输入端同相连接，第二接触器的输入端与第二电机保护断路器的输出端同相连接，第二接触器的输出端与第二偏航电机的输入端同相连接，第三接触器的输入端与第三电机保护断路器的输出端同相连接，第三接触器的输出端与第三偏航电机的输入端同相连接，第四接触器的输入端与第四电机保护断路器的输出端同相连接，第四接触器的输出端与第四偏航电机的输入端同相连接；

第五接触器的输入端与第一变频器的输出端同相连接，第五接触器的常开辅助触头的输入端与第一变频器的刹车电源输出端连接，第五接触器的常开辅助触头的输出端与第一偏航电机的电磁阀连接；第六接触器的输入端与第二变频器的输出端同相连接，第六接触器的常开辅助触头的输入端与第二变频器的刹车电源输出端连接，第六接触器的常开辅助触头的输出端与第二偏航电机的电磁阀连接；第七接触器的输入端与第三变频器的输出端同相连接，第七接触器的常开辅助触头的输入端与第三变频器的刹车电源输出端连接，第七接触器的常开辅助触头的输出端与第三偏航电机的电磁阀连接；第八接触器的输入端与第四变频器的输出端同相连接，第八接触器的常开辅助触头的输入端与第四变频器的刹车电源输出端连接，第八接触器的常开辅助触头的输出端与第四偏航电机的电磁阀连接；

第十接触器的第一常闭辅助触头的输入端用于与主控柜的液压信号输出端连接，第十接触器的第一常闭辅助触头的输入端用于与液压系统的控制输入端连接；第十接触器的第二常闭辅助触头的输入端用于与主控柜的刹车供电端连接，第十接触器的第二常闭辅助触头的输出端分别与第一接触器、第二接触器、第三接触器和第四接触器的常开辅助触头的输入端连接；第十接触器的第一常开主触头的输入端与控制部的液压信号输出端连接，第十接触器的第一常开主触头的输出端用于与液压系统的控制输入端连接，第十接触器的第一常开主触头的输出端与第十接触器的第一常闭辅助触头的输出端连接；

第一中间继电器的常开触头的输入端用于与主控柜的控制电源输出端连接，第一中间继电器的常开触头的输出端与第二中间继电器的常开触头的输入端连接，第一中间继电器的常闭触头的输入端与第二中间继电器的常闭触头的输出端连接，第一中间继电器的常闭触头的输出端分别与第一接触器至第四接触器的线包连接，第一中间继电器的线包的控制信号输入端与控制部的第一控制信号输出端连接；

第二中间继电器的常闭触头的输入端用于与主控柜的控制电源输出端连接，第二中间继电器的常开触头的输出端与第五接触器至第十接触器的线包连接，第二中间继电器的线包的控制信号输入端与控制部的第二控制信号输出端连接。

一种风电机组偏航系统，包括上述变频装置。

本发明的有益效果是：

（1）将本发明的变频装置嵌入偏航系统后，使得偏航系统同时具备变频模式和直投模式，且无需更改机舱主控程序，仅使用固有的直投模式偏航命令即可实现偏航电机的软起动、软停止、软刹车，减小偏航电机的电流冲击、减速器和液压系统的损伤，变频模式故障时切回直投模式保证风机发电量；

（2）本发明的变频装置采用模块化一拖一方式，容错设计灵活，当一个变频器回路故障时依然能保证偏航系统正常运行，模块化设计利于故障变频器的更换；

（3）本发明的变频装置在变频模式下，偏航电机采用转矩电流下垂控制，任意一个偏航电机负载过大时给定转速指令就下降减小负载，快速实现四个偏航电机负载均匀，延长电机和减速器的使用寿命。

附图说明

图1为风电机组现有的偏航系统的组成框图；

图2为本发明中变频装置的组成示意图；

图3为本发明中变频装置的主电路示意图；

图4为本发明中变频装置的偏航控制示意图；

图5为本发明中偏航电机转矩电流下垂控制示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1-5，本实施例提供了一种风电机组变频装置及偏航系统：

实施例一

如图2所示，一种风电机组变频装置，包括控制部、变频部和开关部，所述控制部分别与变频部和开关部连接，所述变频部与开关部连接。所述控制部用于与偏航系统的主控柜连接，以及接收主控柜的偏航命令，并生成电机驱动指令和模式切换信号。所述变频部用于与主控柜连接，以及接收控制部发出的电机驱动指令，并根据电机驱动指令驱动偏航系统的偏航电机。所述开关部用于与主控柜、偏航电机和偏航系统的液压系统连接，以及接收控制部发出的模式切换信号，并根据模式切换信号切换变频模式和直投模式。

实施例二

本实施例为在实施例一的基础上，所述变频部包括第一变频器In1、第二变频器In2、第三变频器In3和第四变频器In4。

所述第一变频器In1用于构成第一偏航电机M1的变频供电回路，第一偏航电机M1的变频供电回路与其直投供电回路并联；第二变频器In2用于构成第二偏航电机M2的变频供电回路，第二偏航电机M2的变频供电回路与其直投供电回路并联；第三变频器In3用于构成第三偏航电机M3的变频供电回路，第三偏航电机M3的变频供电回路与其直投供电回路并联；第四变频器In4用于构成第四偏航电机M4的变频供电回路，第四偏航电机M4的变频供电回路与其直投供电回路并联。

所述开关部包括第一断路器QS1、第二断路器QS2、第三断路器QS3、第四断路器QS4、第一接触器KM1、第二接触器KM2、第三接触器KM3、第四接触器KM4、第五接触器KM5、第六接触器KM6、第七接触器KM7、第八接触器KM8、第九接触器KM9、第十接触器KM10、第一中间继电器KA1和第二中间继电器KA2。

所述第一断路器QS1用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第一变频器In1的输入三相电源，以及在第一变频器In1输入过流时跳闸保护；第二断路器QS2用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第二变频器In2的输入三相电源，以及在第二变频器In2输入过流时跳闸保护；第三断路器QS3用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第三变频器In3的输入三相电源，以及在第三变频器In3输入过流时跳闸保护；第四断路器QS4用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第四变频器In4的输入三相电源，以及在第四变频器In4输入过流时跳闸保护。

所述第一接触器KM1用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第一偏航电机M1的直投供电回路；第二接触器KM2用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第二偏航电机M2的直投供电回路；第三接触器KM3用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第三偏航电机M3的直投供电回路；第四接触器KM4用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第四偏航电机M4的直投供电回路；第五接触器KM5用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第一偏航电机M1的变频供电回路；第六接触器KM6用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第二偏航电机M2的变频供电回路；第七接触器KM7用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第三偏航电机M3的变频供电回路；第八接触器KM8用于根据控制部的模式切换信号接通/分断第四偏航电机M4的变频供电回路；第九接触器KM9用于根据控制部的模式切换信号同时接通/分断第一断路器QS1、第二断路器QS2、第三断路器QS3和第四断路器QS4的输入三相电源；第十接触器KM10用于根据控制部的模式切换信号接通/分断液压系统的供电回路和信号回路，以及接通/分断第一变频器In1、第二变频器In2、第三变频器In3和第四变频器In4的刹车供电回路。

所述第一中间继电器KA1用于根据控制部的模式切换信号驱动第一接触器KM1、第二接触器KM2、第三接触器KM3和第四接触器KM4；第二中间继电器KA2用于根据控制部的模式切换信号驱动第五接触器KM5、第六接触器KM6、第七接触器KM7、第八接触器KM8、第九接触器KM9和第十接触器KM10。

实施例三

一种风电机组变频装置，用于与偏航系统连接，变频装置包括控制部、变频部和开关部。

如图1所示，所述偏航系统包括主控柜、液压系统、供电断路器QF01、左偏航接触器KMO1、右偏航接触器KMO2、第一偏航电机M1、第二偏航电机M2、第三偏航电机M3和第四偏航电机M4。

主控柜的液压信号输出端与液压系统的控制输入端连接，主控柜的左偏航信号输出端与右偏航接触器KMO2的常闭辅助触头的输入端，右偏航接触器KMO2的常闭辅助触头的输出端接左偏航接触器KMO1的线包，主控柜的右偏航信号输出端与左偏航接触器KMO1的常闭辅助触头的输入端，左偏航接触器KMO1的常闭辅助触头的输出端接右偏航接触器KMO2的线包，主控柜的刹车供电端与左偏航接触器KMO1的常闭辅助触头的输入端连接，左偏航接触器KMO1的常闭辅助触头的输出端与右偏航接触器KMO2的常闭辅助触头的输入端连接。

供电断路器QF01的输入端的A相与三相电源的输出端的A相连接，供电断路器QF01的输入端的B相与三相电源的输出端的B相连接，供电断路器QF01的输入端的C相与三相电源的输出端的C相连接，供电断路器QF01的输出端的A相与左偏航接触器KMO1的输入端的C相连接，供电断路器QF01的输出端的B相与左偏航接触器KMO1的输入端的B相连接，供电断路器QF01的输出端的C相与左偏航接触器KMO1的输入端的A相连接，供电断路器QF01的输出端的A相与右偏航接触器KMO2的输入端的A相连接，供电断路器QF01的输出端的B相与右偏航接触器KMO2的输入端的B相连接，供电断路器QF01的输出端的C相与右偏航接触器KMO2的输入端的C相连接。

左偏航接触器KMO1的输出端的A相与右偏航接触器KMO2的输出端的A相连接，且其连接点分别与第一电机保护断路器、第二电机保护断路器、第三电机保护断路器和第四电机保护断路器的输入端的A相连接。

左偏航接触器KMO1的输出端的B相与右偏航接触器KMO2的输出端的B相连接，且其连接点分别与第一电机保护断路器、第二电机保护断路器、第三电机保护断路器和第四电机保护断路器的输入端的B相连接。

左偏航接触器KMO1的输出端的C相与右偏航接触器KMO2的输出端的C相连接，且其连接点分别与第一电机保护断路器、第二电机保护断路器、第三电机保护断路器和第四电机保护断路器的输入端的C相连接。

第一电机保护断路器的输出端的A相与第一偏航电机M1的W相连接，第一电机保护断路器的输出端的B相与第一偏航电机M1的V相连接，第一电机保护断路器的输出端的C相与第一偏航电机M1的U相连接。

第二电机保护断路器的输出端的A相与第二偏航电机M2的W相连接，第二电机保护断路器的输出端的B相与第二偏航电机M2的V相连接，第二电机保护断路器的输出端的C相与第二偏航电机M2的U相连接。

第三电机保护断路器的输出端的A相与第三偏航电机M3的W相连接，第三电机保护断路器的输出端的B相与第三偏航电机M3的V相连接，第三电机保护断路器的输出端的C相与第三偏航电机M3的U相连接。

第四电机保护断路器的输出端的A相与第四偏航电机M4的W相连接，第四电机保护断路器的输出端的B相与第四偏航电机M4的V相连接，第四电机保护断路器的输出端的C相与第四偏航电机M4的U相连接。

第一偏航电机M1的电磁阀与右偏航接触器KMO2的常闭辅助触头的输出端连接，第二偏航电机M2的电磁阀与右偏航接触器KMO2的常闭辅助触头的输出端连接，第三偏航电机M3的电磁阀与右偏航接触器KMO2的常闭辅助触头的输出端连接，第四偏航电机M4的电磁阀与右偏航接触器KMO2的常闭辅助触头的输出端连接。

如图3和图4所示，所述控制部的供电输入端的A相用于与供电断路器QF01的输出端的A相连接，控制部的供电输入端的B相用于与供电断路器QF01的输出端的B相连接，控制部的供电输入端的C相用于与供电断路器QF01的输出端的C相连接。控制部的左偏航信号输入端用于与主控柜的左偏航信号输出端连接，控制部的右偏航信号输入端用于与主控柜的右偏航信号输出端连接，控制部的液压信号输入端用于与主控柜的液压信号输出端连接，控制部的信号输出端与变频部和开关部的信号输入端连接。

控制部用于接收主控柜固有的三个偏航控制命令，即左偏航命令、右偏航命令、高/低液压命令及控制电源，并根据接收的指令进行逻辑控制运算，再通过RS485通讯将偏航使能信号、左或右偏航命令、速度指令发送至变频部；控制部输出的第一控制信号连接开关部的第一中间继电器KA1的驱动供电，控制部输出的第二控制信号连接开关部的第二中间继电器KA2的驱动供电。此外控制部也接收主控柜的供电断路器QF01的闭合状态信号。

所述变频部包括第一变频器In1、第二变频器In2、第三变频器In3和第四变频器In4，第一变频器In1、第二变频器In2、第三变频器In3和第四变频器In4的控制电源输入端均用于与主控柜的控制电源输出端连接。

所述开关部包括第一断路器QS1、第二断路器QS2、第三断路器QS3、第四断路器QS4、第一接触器KM1、第二接触器KM2、第三接触器KM3、第四接触器KM4、第五接触器KM5、第六接触器KM6、第七接触器KM7、第八接触器KM8、第九接触器KM9、第十接触器KM10、第一中间继电器KA1和第二中间继电器KA2。

所述第九接触器KM9的输入端的A相用于供电断路器QF01的输出端的A相连接，所述第九接触器KM9的输入端的B相用于供电断路器QF01的输出端的B相连接，所述第九接触器KM9的输入端的C相用于供电断路器QF01的输出端的C相连接；第九接触器KM9的输出端的A相分别与第一断路器QS1、第二断路器QS2、第三断路器QS3和第四断路器QS4的输入端的A相连接，第九接触器KM9的输出端的B相分别与第一断路器QS1、第二断路器QS2、第三断路器QS3和第四断路器QS4的输入端的B相连接，第九接触器KM9的输出端的C相分别与第一断路器QS1、第二断路器QS2、第三断路器QS3和第四断路器QS4的输入端的C相连接。第九接触器KM9用于接通/分断第一断路器QS1、第二断路器QS2、第三断路器QS3和第四断路器QS4与供电断路器QF01之间的三相AC400V供电。

第一断路器QS1的输出端的A相与第一变频器In1的输入端的A相连接，第一断路器QS1的输出端的B相与第一变频器In1的输入端的B相连接，第一断路器QS1的输出端的C相与第一变频器In1的输入端的C相连接。第一断路器QS1用于接通/分断第一变频器In1的输入三相电源，以及在第一变频器In1输入过流时跳闸保护。

第二断路器QS2的输出端的A相与第二变频器In2的输入端的A相连接，第二断路器QS2的输出端的B相与第二变频器In2的输入端的B相连接，第二断路器QS2的输出端的C相与第二变频器In2的输入端的C相连接。第二断路器QS2用于接通/分断第二变频器In2的输入三相电源，以及在第二变频器In2输入过流时跳闸保护。

第三断路器QS3的输出端的A相与第三变频器In3的输入端的A相连接，第三断路器QS3的输出端的B相与第三变频器In3的输入端的B相连接，第三断路器QS3的输出端的C相与第三变频器In3的输入端的C相连接。第三断路器QS3用于接通/分断第三变频器In3的输入三相电源，以及在第三变频器In3输入过流时跳闸保护。

第四断路器QS4的输出端的A相与第四变频器In4的输入端的A相连接，第四断路器QS4的输出端的B相与第四变频器In4的输入端的B相连接，第四断路器QS4的输出端的C相与第四变频器In4的输入端的C相连接。第四断路器QS4用于接通/分断第四变频器In4的输入三相电源，以及在第四变频器In4输入过流时跳闸保护。

第一接触器KM1的输入端的A相与第一电机保护断路器的输出端的A相连接，第一接触器KM1的输入端的B相与第一电机保护断路器的输出端的B相连接，第一接触器KM1的输入端的C相与第一电机保护断路器的输出端的C相连接；第一接触器KM1的输出端的A相与第一偏航电机M1的输入端的A相连接，第一接触器KM1的输出端的B相与第一偏航电机M1的输入端的B相连接，第一接触器KM1的输出端的C相与第一偏航电机M1的输入端的C相连接。第一接触器KM1用于在偏航系统运行于变频模式时，隔离第一偏航电机M1与直投模式下第一偏航电机M1回路的第一电机保护断路器器供电和电磁刹车供电。

第二接触器KM2的输入端的A相与第二电机保护断路器的输出端的A相连接，第二接触器KM2的输入端的B相与第二电机保护断路器的输出端的B相连接，第二接触器KM2的输入端的C相与第二电机保护断路器的输出端的C相连接；第二接触器KM2的输出端的A相与第二偏航电机M2的输入端的A相连接，第二接触器KM2的输出端的B相与第二偏航电机M2的输入端的B相连接，第二接触器KM2的输出端的C相与第二偏航电机M2的输入端的C相连接。第二接触器KM2用于在偏航系统运行于变频模式时，隔离第二偏航电机M2与直投模式下第二偏航电机M2回路的第二电机保护断路器器供电和电磁刹车供电。

第三接触器KM3的输入端的A相与第三电机保护断路器的输出端的A相连接，第三接触器KM3的输入端的B相与第三电机保护断路器的输出端的B相连接，第三接触器KM3的输入端的C相与第三电机保护断路器的输出端的C相连接；第三接触器KM3的输出端的A相与第三偏航电机M3的输入端的A相连接，第三接触器KM3的输出端的B相与第三偏航电机M3的输入端的B相连接，第三接触器KM3的输出端的C相与第三偏航电机M3的输入端的C相连接。第三接触器KM3用于在偏航系统运行于变频模式时，隔离第三偏航电机M3与直投模式下第三偏航电机M3回路的第三电机保护断路器器供电和电磁刹车供电。

第四接触器KM4的输入端的A相与第四电机保护断路器的输出端的A相连接，第四接触器KM4的输入端的B相与第四电机保护断路器的输出端的B相连接，第四接触器KM4的输入端的C相与第四电机保护断路器的输出端的C相连接；第四接触器KM4的输出端的A相与第四偏航电机M4的输入端的A相连接，第四接触器KM4的输出端的B相与第四偏航电机M4的输入端的B相连接，第四接触器KM4的输出端的C相与第四偏航电机M4的输入端的C相连接。第四接触器KM4用于在偏航系统运行于变频模式时，隔离第四偏航电机M4与直投模式下第四偏航电机M4回路的第四电机保护断路器器供电和电磁刹车供电。

第五接触器KM5的输入端的A相与第一变频器In1的输出端的A相连接，第五接触器KM5的输入端的B相与第一变频器In1的输出端的B相连接，第五接触器KM5的输入端的C相与第一变频器In1的输出端的C相连接，第五接触器KM5的常开辅助触头的输入端与第一变频器In1的刹车电源输出端连接，第五接触器KM5的常开辅助触头的输出端与第一偏航电机M1的电磁阀连接。第五接触器KM5用于在偏航系统运行于直投模式时，隔离第一偏航电机M1与第一变频器In1的主回路供电和电磁刹车供电。

第六接触器KM6的输入端的A相与第二变频器In2的输出端的A相连接，第六接触器KM6的输入端的B相与第二变频器In2的输出端的B相连接，第六接触器KM6的输入端的C相与第二变频器In2的输出端的C相连接，第六接触器KM6的常开辅助触头的输入端与第二变频器In2的刹车电源输出端连接，第六接触器KM6的常开辅助触头的输出端与第二偏航电机M2的电磁阀连接。第六接触器KM6用于在偏航系统运行于直投模式时，隔离第二偏航电机M2与第二变频器In2的主回路供电和电磁刹车供电。

第七接触器KM7的输入端的A相与第三变频器In3的输出端的A相连接，第七接触器KM7的输入端的B相与第三变频器In3的输出端的B相连接，第七接触器KM7的输入端的C相与第三变频器In3的输出端的C相连接，第七接触器KM7的常开辅助触头的输入端与第三变频器In3的刹车电源输出端连接，第七接触器KM7的常开辅助触头的输出端与第三偏航电机M3的电磁阀连接。第七接触器KM7用于在偏航系统运行于直投模式时，隔离第三偏航电机M3与第三变频器In3的主回路供电和电磁刹车供电。

第八接触器KM8的输入端的A相与第四变频器In4的输出端的A相连接，第八接触器KM8的输入端的B相与第四变频器In4的输出端的B相连接，第八接触器KM8的输入端的C相与第四变频器In4的输出端的C相连接，第八接触器KM8的常开辅助触头的输入端与第四变频器In4的刹车电源输出端连接，第八接触器KM8的常开辅助触头的输出端与第四偏航电机M4的电磁阀连接。第八接触器KM8用于在偏航系统运行于直投模式时，隔离第四偏航电机M4与第四变频器In4的主回路供电和电磁刹车供电。

第十接触器KM10的第一常闭辅助触头的输入端用于与主控柜的液压信号输出端连接，第十接触器KM10的第一常闭辅助触头的输入端用于与液压系统的控制输入端连接；第十接触器KM10的第二常闭辅助触头的输入端用于与主控柜的刹车供电端连接，第十接触器KM10的第二常闭辅助触头的输出端分别与第一接触器KM1、第二接触器KM2、第三接触器KM3和第四接触器KM4的常开辅助触头的输入端连接；第十接触器KM10的第一常开主触头的输入端与控制部的液压信号输出端连接，第十接触器KM10的第一常开主触头的输出端用于与液压系统的控制输入端连接，第十接触器KM10的第一常开主触头的输出端与第十接触器KM10的第一常闭辅助触头的输出端连接。

第一中间继电器KA1的常开触头的输入端用于与主控柜的控制电源输出端连接，第一中间继电器KA1的常开触头的输出端与第二中间继电器KA2的常开触头的输入端连接，第一中间继电器KA1的常闭触头的输入端与第二中间继电器KA2的常闭触头的输出端连接，第一中间继电器KA1的常闭触头的输出端分别与第一接触器KM1、第二接触器KM2、第三接触器KM3和第四接触器KM4的线包连接，第一中间继电器KA1的线包的控制信号输入端与控制部的第一控制信号输出端连接。第二中间继电器KA2的常闭触头的输入端用于与主控柜的控制电源输出端连接，第二中间继电器KA2的常开触头的输出端与第五接触器KM5、第六接触器KM6、第七接触器KM7、第八接触器KM8、第九接触器KM9和第十接触器KM10的线包连接，第二中间继电器KA2的线包的控制信号输入端与控制部的第二控制信号输出端连接。

安装有本实施例变频装置的偏航系统的运行过程如下：

Step1：初始时刻，保持直投供电回路的第一电机保护断路器、第二电机保护断路器、第三电机保护断路器、第四电机保护断路器处于闭合状态，保持变频供电回路的第一断路器QS1、第二断路器QS2、第三断路器QS3和第四断路器QS4处于闭合状态，控制部输出的第一控制信号和第二控制信号均为低电平。根据第一中间继电器KA1和第二中间继电器KA2的连接方式可知，第一中间继电器KA1输出的第一驱动信号有效，立即驱动直投模式接触器组（第一接触器KM1、第二接触器KM2、第三接触器KM3和第四接触器KM4）的线包，使直投模式接触器组处于闭合状态，且变频模式接触器组（第五接触器KM5、第六接触器KM6、第七接触器KM7、第八接触器KM8、第九接触器KM9和第十接触器KM10）处于分断状态，将各变频供电回路与对应的偏航电机隔离，此时偏航系统处于直投模式。如果无偏航信号，则直投模式的左偏航接触器KMO1和右偏航接触器KMO2均处于分断状态，因此各偏航电机处于抱闸状态，液压系统处于高液压状态，保证偏航系统刹车锁紧。

Step2：闭合供电断路器QF01，控制部收到供电断路器QF01的闭合状态触发变频装置启动命令，控制部输出的第一控制信号立即置高电平而第二控制信号维持低电平。根据第一中间继电器KA1和第二中间继电器KA2的连接方式可知，第一中间继电器KA1输出的第一驱动信号无效，此时直投模式接触器组处于分断状态，且变频模式接触器组处于分断状态。从接收供电断路器QF01的闭合状态信号开始延时2s，控制部输出的第一控制信号维持高电平且将第二控制信号置高电平，可知第二中间继电器KA2输出的第二驱动信号有效，立即驱动变频模式接触组的线包，使变频模式接触器组处于闭合状态且直投模式接触器组处于分断状态，将各直投供电回路与对应的偏航电机隔离，此时偏航系统处于变频模式。

Step3：由于第九接触器KM9闭合，第一变频器In1、第二变频器In2、第三变频器In3和第四变频器In4由充电状态进入工作状态，等待主控柜发送指令，整个变频装置启动完成。

Step4：风机需要偏航时，主控柜同时向控制部发送左（或右）偏航命令、低液压命令，控制部接收指令后立即输出低液压驱动命令通过第十接触器KM10传到液压系统，液压系统立即从高液压切换至低液压，从接收到偏航命令开始延时1s,确保液压系统处于低液压。控制部向变频部发送变频使能信号和转速指令，其中变频器使能信号触发封锁偏航电机抱闸刹车供电回路，使电机抱闸松开，延时0.5s确保偏航电机抱闸完全松开后，偏航电机软起动从0逐渐加速到额定转速，由于偏航系统处于低液压状态且偏航电机的抱闸完全松开，所以避免了偏航电机的电流冲击和齿轮箱的机械冲击；当偏航电机启动完成后出现负载不平衡，则变频器自动根据转矩电流下垂控制最终达到偏航电机力矩均衡。如图5所示，如果一个偏航电机的负载较大，则其转矩电流也较大，由于下垂机制，则该偏航电机的速度指令较别的偏航电机小，输出转速也较其他偏航电机小，则负载减小，最终达到偏航电机力矩均衡。

Step5：当偏航完成对风后，主控柜撤销左（或右）偏航命令，同时发送高液压命令至控制部，控制部接收到无偏航命令和高液压命令后，通过RS485立即向变频部发送速度指令0，则偏航电机按照设定的减速度慢慢停机，当四个偏航电机的转速均小于50r/min的情况下再延时1s确保偏航电机停稳，控制部输出高液压命令通过第十接触器KM10传动液压系统，液压系统立即从低液压变为高液压状态，同时控制部向变频部撤销变频使能信号，变频使能信号消失后变频器逐渐开通开关器件实现偏航电机软抱闸刹车。在偏航停机制动过程如果机舱动能较大则将之消耗在变频器的制动电阻上。

Step6：如果变频模式运行过程中，其中一个变频器发生故障部影响变频模式的运行，因为三个偏航电机的负载能力亦可正常偏航对风。如果至少两个变频器发生故障，则控制部输出的第一控制信号立即置低电平而第二控制信号维持高电平，则第二驱动信号无效，变频模式接触器组处于分断状态且直投模式接触器组也处于分断状态，延时1s，第二控制信号置低电平而第一控制信号维持低电平，则第一驱动信号有效，偏航系统处于直投模式，从而在变频装置发生至少两个变频器故障时偏航系统切回直投模式，保证发电量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风电机组变频装置，其特征在于，包括：

控制部，用于与偏航系统的主控柜连接，以及接收主控柜的偏航命令，并生成电机驱动

指令和模式切换信号；

变频部，与控制部连接，用于与主控柜连接，以及接收控制部发出的电机驱动指令，并根据电机驱动指令驱动偏航系统的偏航电机；

开关部，与控制部和变频部连接，用于与主控柜、偏航电机和偏航系统的液压系统连接，以及接收控制部发出的模式切换信号，并根据模式切换信号切换变频模式和直投模式。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组变频装置，其特征在于，所述变频部包括：

第一变频器，用于构成第一偏航电机的变频供电回路，第一偏航电机的变频供电回路与其直投供电回路并联；

第二变频器，用于构成第二偏航电机的变频供电回路，第二偏航电机的变频供电回路与其直投供电回路并联；

第三变频器，用于构成第三偏航电机的变频供电回路，第三偏航电机的变频供电回路与其直投供电回路并联；

第四变频器，用于构成第四偏航电机的变频供电回路，第四偏航电机的变频供电回路与其直投供电回路并联。

3.根据权利要求2所述的一种风电机组变频装置，其特征在于，所述开关部包括：

第一断路器，用于接通/分断第一变频器的输入三相电源，以及在其输入过流时跳闸保护；

第二断路器，用于接通/分断第二变频器的输入三相电源，以及在其输入过流时跳闸保护；

第三断路器，用于接通/分断第三变频器的输入三相电源，以及在其输入过流时跳闸保护；

第四断路器，用于接通/分断第四变频器的输入三相电源，以及在其输入过流时跳闸保护；

第一接触器，用于接通/分断第一偏航电机的直投供电回路；

第二接触器，用于接通/分断第二偏航电机的直投供电回路；

第三接触器，用于接通/分断第三偏航电机的直投供电回路；

第四接触器，用于接通/分断第四偏航电机的直投供电回路；

第五接触器，用于接通/分断第一偏航电机的变频供电回路；

第六接触器，用于接通/分断第二偏航电机的变频供电回路；

第七接触器，用于接通/分断第三偏航电机的变频供电回路；

第八接触器，用于接通/分断第四偏航电机的变频供电回路；

第九接触器，用于同时接通/分断第一断路器、第二断路器、第三断路器和第四断路器的输入三相电源；

第十接触器，用于接通/分断液压系统的供电回路和信号回路，以及接通/分断第一变频器、第二变频器、第三变频器和第四变频器的刹车供电回路；

第一中间继电器，用于根据控制部的模式切换信号驱动第一接触器、第二接触器、第三接触器和第四接触器；

第二中间继电器，用于根据控制部的模式切换信号驱动第五接触器、第六接触器、第七接触器、第八接触器、第九接触器和第十接触器。

4.根据权利要求1所述的一种风电机组变频装置，其特征在于，所述偏航系统包括主控柜、液压系统、供电断路器、左偏航接触器、右偏航接触器、第一偏航电机至第四偏航电机；

主控柜的液压信号输出端与液压系统的控制输入端连接，主控柜的左偏航信号输出端与右偏航接触器的常闭辅助触头的输入端，右偏航接触器的常闭辅助触头的输出端接左偏航接触器的线包，主控柜的右偏航信号输出端与左偏航接触器的常闭辅助触头的输入端，左偏航接触器的常闭辅助触头的输出端接右偏航接触器的线包，主控柜的刹车供电端与左偏航接触器的常闭辅助触头的输入端连接，左偏航接触器的常闭辅助触头的输出端与右偏航接触器的常闭辅助触头的输入端连接；

定义同相连接为输出端的A相接输入端的A相，输出端的B相接输入端的B相，输出端的C相接输入端的C相；定义反相连接为输出端的A相接输入端的C相，输出端的B相接输入端的B相，输出端的C相接输入端的A相；

供电断路器的输入端与三相电源的输出端同相连接，供电断路器的输出端与左偏航接触器的输入端反相连接，供电断路器的输出端与右偏航接触器的输入端同相连接，左偏航接触器的输出端与右偏航接触器的输出端同相连接，左偏航接触器的输出端与右偏航接触器的输出端的连接点分别与第一电机保护断路器、第二电机保护断路器、第三电机保护断路器和第四电机保护断路器的输入端同相连接，第一电机保护断路器的输出端与第一偏航电机的输入端同相连接，第一偏航电机的电磁阀与右偏航接触器的常闭辅助触头的输出端连接，第二电机保护断路器的输出端与第二偏航电机的输入端同相连接，第二偏航电机的电磁阀与右偏航接触器的常闭辅助触头的输出端连接，第三电机保护断路器的输出端与第三偏航电机的输入端同相连接，第三偏航电机的电磁阀与右偏航接触器的常闭辅助触头的输出端连接，第四电机保护断路器的输出端与第四偏航电机的输入端同相连接，第四偏航电机的电磁阀与右偏航接触器的常闭辅助触头的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的一种风电机组变频装置，其特征在于，所述控制部的供电输入端用于与供电断路器的输出端同相连接，控制部的左偏航信号输入端用于与主控柜的左偏航信号输出端连接，控制部的右偏航信号输入端用于与主控柜的右偏航信号输出端连接，控制部的液压信号输入端用于与主控柜的液压信号输出端连接，控制部的信号输出端与变频部和开关部的信号输入端连接。

6.根据权利要求4所述的一种风电机组变频装置，其特征在于，所述变频部包括第一变频器、第二变频器、第三变频器和第四变频器，第一变频器、第二变频器、第三变频器和第四变频器的控制电源输入端均用于与主控柜的控制电源输出端连接。

7.根据权利要求6所述的一种风电机组变频装置，其特征在于，所述开关部包括第一断路器至第四断路器、第一接触器至第十接触器、第一中间继电器和第二中间继电器；

所述第九接触器的输入端用于供电断路器的输出端同相连接，第九接触器的输出端分别与第一断路器、第二断路器、第三断路器和第四断路器的输入端同相连接；

第一断路器的输出端与第一变频器的输入端同相连接，第二断路器的输出端与第二变频器的输入端同相连接，第三断路器的输出端与第三变频器的输入端同相连接，第四断路器的输出端与第四变频器的输入端同相连接；

第一接触器的输入端与第一电机保护断路器的输出端同相连接，第一接触器的输出端与第一偏航电机的输入端同相连接，第二接触器的输入端与第二电机保护断路器的输出端同相连接，第二接触器的输出端与第二偏航电机的输入端同相连接，第三接触器的输入端与第三电机保护断路器的输出端同相连接，第三接触器的输出端与第三偏航电机的输入端同相连接，第四接触器的输入端与第四电机保护断路器的输出端同相连接，第四接触器的输出端与第四偏航电机的输入端同相连接；

第五接触器的输入端与第一变频器的输出端同相连接，第五接触器的常开辅助触头的输入端与第一变频器的刹车电源输出端连接，第五接触器的常开辅助触头的输出端与第一偏航电机的电磁阀连接；第六接触器的输入端与第二变频器的输出端同相连接，第六接触器的常开辅助触头的输入端与第二变频器的刹车电源输出端连接，第六接触器的常开辅助触头的输出端与第二偏航电机的电磁阀连接；第七接触器的输入端与第三变频器的输出端同相连接，第七接触器的常开辅助触头的输入端与第三变频器的刹车电源输出端连接，第七接触器的常开辅助触头的输出端与第三偏航电机的电磁阀连接；第八接触器的输入端与第四变频器的输出端同相连接，第八接触器的常开辅助触头的输入端与第四变频器的刹车电源输出端连接，第八接触器的常开辅助触头的输出端与第四偏航电机的电磁阀连接；

第十接触器的第一常闭辅助触头的输入端用于与主控柜的液压信号输出端连接，第十接触器的第一常闭辅助触头的输入端用于与液压系统的控制输入端连接；第十接触器的第二常闭辅助触头的输入端用于与主控柜的刹车供电端连接，第十接触器的第二常闭辅助触头的输出端分别与第一接触器、第二接触器、第三接触器和第四接触器的常开辅助触头的输入端连接；第十接触器的第一常开主触头的输入端与控制部的液压信号输出端连接，第十接触器的第一常开主触头的输出端用于与液压系统的控制输入端连接，第十接触器的第一常开主触头的输出端与第十接触器的第一常闭辅助触头的输出端连接；

第一中间继电器的常开触头的输入端用于与主控柜的控制电源输出端连接，第一中间继电器的常开触头的输出端与第二中间继电器的常开触头的输入端连接，第一中间继电器的常闭触头的输入端与第二中间继电器的常闭触头的输出端连接，第一中间继电器的常闭触头的输出端分别与第一接触器至第四接触器的线包连接，第一中间继电器的线包的控制信号输入端与控制部的第一控制信号输出端连接；

第二中间继电器的常闭触头的输入端用于与主控柜的控制电源输出端连接，第二中间继电器的常开触头的输出端与第五接触器至第十接触器的线包连接，第二中间继电器的线包的控制信号输入端与控制部的第二控制信号输出端连接。

8.一种风电机组偏航系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的变频装置。

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