CN111852768B - 变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统及方法 - Google Patents

变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及变桨控制技术领域，具体涉及一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统及方法，包括电网自主顺桨EFM模块，当主控系统发出变桨系统切换到电池顺桨指令后，由所述电网自主顺桨EFM模块接管驱动器的顺桨任务，按照预定速度到达限位开关处，在电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨。本发明按故障归类，尽可能的利用电网自主顺桨模块收桨，降低电池使用概率；驱动器收桨速度可控，降低收桨时对风机塔筒的冲击；当驱动器失效时，要实现电池收桨逻辑。在电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨。可减小电池直接顺桨系统，大速度顺桨对桨叶和机械部分的冲击。

Description

变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统及方法
技术领域
本发明涉及变桨控制技术领域，具体涉及一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统及方法。
背景技术
目前早期出产的1.5MW变桨控制系统，风机采用直流变桨系统，系统收桨逻辑由后备电池驱动电机完成。
运行至今，由于变桨故障频率较高，而变桨系统设定的状态逻辑是一旦发生故障，变桨系统切换到电池收桨状态。电池收桨频率过高，给电池使用寿命带来不利影响，且电机频繁由电池直接供电，运行速度不可控，对电机本身损害较大；同时，此类收桨动作也给风机塔筒造成较大冲击。
更有甚者，由于收桨逻辑设计分类不够清晰，甚至存在某些逻辑处理不够完善的缺陷，对风机顺桨控制潜在威胁很大。
根据上述情况，有必要对变桨系统故障进行细致分析，归类处理，重新布置故障状态逻辑，加入非必要状态下驱动器收桨逻辑，降低电池收桨概率，延长电池使用寿命，基于此，技术方案改造需选择一款过载能力强，可靠性高，经过风场情况验证并适合该风场实际环境的变桨电网紧急收桨模块；并尽量减少修改电气回路动作，以最小改动实现驱动器收桨逻辑。另外，为了尽量缩短施工时间，降低技改对风场发电量的影响，便于更换的方便快捷。
按目前的风机控制方案，主控按故障的等级划分收桨的逻辑顺序，其控制方法如图3所示当系统发生一般故障时，主控将发送收桨命令给变桨系统，由变桨PLC控制驱动器收桨；当系统发生模块故障、通信故障、超速故障、看门狗故障等PLC控制器故障或者电源故障、驱动器故障等严重故障时，无论何种故障，系统第一收桨逻辑既是切断EFC信号，进入后备电源带电机运行收桨模式。其控制逻辑如表2-1所示。
表2-1目前风场回桨控制逻辑表
这种处理方式劣势显而易见：
1、通常情况下，严重故障发生频次较高，故障未做归类，起动收桨的次数十分频繁，后备电池使用率居高不下，电池寿命大大缩短；
2、电池直接驱动直流电机运行，由于电池电压一般在216V左右，即使系统里加入限流电阻，效果也十分有限，电机运行速度不可控，在撞到限位开关之前，速度很快，给风机塔筒造成很大冲击。
3、特别需要指明的是，目前的系统设计中，主轴超速发生后，主控并未将该信号传递到变桨系统，某些情况下(经实际验证，发生概率不低)此类故障并不能可靠顺桨，导致严重故障甚至倒塔情况发生。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统及方法，用于解决上述现有技术存在的问题。
本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明公开一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统，包括驱动器和主控系统，所述驱动器与所述主控系统相连；还包括电网自主顺桨EFM模块，当主控系统发出变桨系统切换到电池顺桨指令后，由所述电网自主顺桨EFM模块接管驱动器的顺桨任务，按照预定速度到达限位开关处，在电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨。
更进一步的，所述电网自主顺桨EFM模块包括L+B控制器，在变桨速度给定时，所述L+B控制器输出到驱动器端子，所述电网自主顺桨EFM模块的EFC_IN来自滑环电池端子。
更进一步的，包括电源系统，所述电源系统24VDC接入所述电网自主顺桨EFM模块的25和27端子。
更进一步的，所述电网自主顺桨EFM模块设置在七柜系统轴箱中，并将电网4联继电器常开点接入所述电网自主顺桨EFM模块输入端子8。
更进一步的，将驱动器的X2:7接入所述电网自主顺桨EFM模块的端子13。
更进一步的，所述滑环电池收桨信号输入接入所述电网自主顺桨EFM模块的端子7。
更进一步的，所述电网自主顺桨EFM模块接3k6的常开点和G15的并线,其中91°限位开关接入所述电网自主顺桨EFM模块端子14，95°限位开关接入所述电网自主顺桨EFM模块端子15。
更进一步的，所述电网自主顺桨EFM模块端子9,10,11接双绞屏蔽线输出到驱动器1A1的X2:3,4；其端子21输出到3k2电机刹车控制；其端子22，输出到3k4的44点，驱动器1A1的RFG信号控制；其端子24，输出到3k6的21点，EFC电池顺桨控制。
第二方面，本发明公开一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制方法，所述控制方法使用第一方面所述的变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统，包括以下步骤：
S1风机工作，检测到有故障时，对故障进行分类；
S2若判定故障类型为一般故障时，主控系统主控发命令给电网自主顺桨EFM模块控制驱动器收桨；
S3若判定故障类型为EFC信号失效时，电网自主顺桨EFM模块主动控制驱动器收桨；
S4若判定为严重故障时，后备电源直接带动电机收桨；
S5若判定为无故障时，风机继续工作至工作结束。
更进一步的，所述严重故障包括模块故障、通信故障、超速故障、看门狗故障等的PLC控制器故障或者电源故障、驱动器故障。
本发明的有益效果为：
1、本发明按故障归类，尽可能的利用电网自主顺桨模块收桨，降低电池使用概率；
2、本发明驱动器收桨速度可控，降低收桨时对风机塔筒的冲击；
3、本发明设置最后一道安全保障是电池收桨，当驱动器失效时，要实现电池收桨逻辑。
4、本发明在电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨。
5、本发明可减小电池直接顺桨系统，大速度顺桨对桨叶和机械部分的冲击。
6、本发明在模块失效的情况下，切入原有顺桨方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统电路原理图；
图2是一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制方法原理步骤图；
图3是本发明背景技术目前风场回桨控制流程图；
图4是本发明实施例正常变桨控制原理示意图；
图5是本发明实施例低穿控制原理图；
图6是本发明实施例待改造风场风机变桨系统控制简图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
实施例1
本实施例公开一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统，具体电路参见图2，包括驱动器和主控系统，所述驱动器与所述主控系统相连；包括电网自主顺桨EFM模块，当主控系统发出变桨系统切换到电池顺桨指令后，由所述电网自主顺桨EFM模块接管驱动器的顺桨任务，按照预定速度到达限位开关处，在电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨。
电网自主顺桨EFM模块包括L+B控制器，在变桨速度给定时，所述L+B控制器输出到驱动器端子，所述电网自主顺桨EFM模块的EFC_IN来自滑环电池端子。
电源系统24VDC接入所述电网自主顺桨EFM模块的25和27端子。
电网自主顺桨EFM模块设置在七柜系统轴箱中，并将电网4联继电器常开点接入所述电网自主顺桨EFM模块输入端子8。
将驱动器的X2:7接入所述电网自主顺桨EFM模块的端子13。
滑环电池收桨信号输入接入所述电网自主顺桨EFM模块的端子7。
电网自主顺桨EFM模块接3k6的常开点和G15的并线,其中91°限位开关接入所述电网自主顺桨EFM模块端子14，95°限位开关接入所述电网自主顺桨EFM模块端子15。
电网自主顺桨EFM模块端子9,10,11接双绞屏蔽线输出到驱动器1A1的X2:3,4；其端子21输出到3k2电机刹车控制；其端子22，输出到3k4的44点，驱动器1A1的RFG信号控制；其端子24，输出到3k6的21点，EFC电池顺桨控制。
本实施例按故障归类，尽可能的利用电网自主顺桨模块收桨，降低电池使用概率；驱动器收桨速度可控，降低收桨时对风机塔筒的冲击；设置最后一道安全保障是电池收桨，当驱动器失效时，要实现电池收桨逻辑。
实施例2
本实施例公开如图2所示的一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制方法，包括以下步骤：
S1风机工作，检测到有故障时，对故障进行分类；
S2若判定故障类型为一般故障时，主控系统主控发命令给电网自主顺桨EFM模块控制驱动器收桨；
S3若判定故障类型为EFC信号失效时，电网自主顺桨EFM模块主动控制驱动器收桨；
S4若判定为严重故障时，后备电源直接带动电机收桨；
S5若判定为无故障时，风机继续工作至工作结束。
严重故障包括模块故障、通信故障、超速故障、看门狗故障等的PLC控制器故障或者电源故障、驱动器故障。
本实施例在电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨。可减小电池直接顺桨系统，大速度顺桨对桨叶和机械部分的冲击。在模块失效的情况下，切入原有顺桨方案。
实施例3
改造的风场风机使用的直流变桨系统后备电源为铅酸电池，驱动器为较早期驱动器，变桨电机为直流串励电机。本实施例从变桨原理剖析目前的设计方案工作过程。
在风力发电变桨系统中，正常情况下驱动器与电机都处于待机状况，当主控系统给变桨系统发送信号要求动作时，驱动器才驱动电机动作。
驱动器接受来自控制箱的3*400VAC电源作为主电源，经过整流变为电压和电流都可控的直流电。
如图4所示，PLC通过串口通信接收主控的控制命令。同时PLC又是整个变桨系统的控制器。当PLC给定驱动器的控制信号有效时，驱动器开始驱动电机运行，而此时决定电机运转速度大小的是PLC发送给驱动器的速度给定信号。电机运转过程当中，A电机编码器时刻把电机运行距离反馈给PLC。而测速发电机把电机速度信号反馈给驱动器。
低电压穿越过程如图5所示，当主电源发生故障时，由电池给驱动器提供电源，驱动器保持原状态，3秒后9K1断开，刹车接触器6K2和电枢励磁回路接触器6K1相继吸合，使桨叶回到91°。
变桨系统顺桨原理图如图6所示，在正常供电的情况下系统由驱动器拖动电机进行变桨控制。在低穿过程中K1，K2闭合由后备电源给驱动器供电拖动电机运行。在紧急收桨过程中只有K3闭合，由后备电源直接拖动电机顺桨。
实施例4
本实施例公开自主研发的电网自主顺桨模块EFM主动收桨技术改造方案核心内容要实现以下几点：
1、按故障归类，尽可能的利用电网自主顺桨模块收桨，降低电池使用概率；
2、驱动器收桨速度可控，降低收桨时对风机塔筒的冲击；
3、最后一道安全保障是电池收桨，当驱动器失效时，要实现电池收桨逻辑。
4、当电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨。
5、减小电池直接顺桨系统，大速度顺桨对桨叶和机械部分的冲击。
6、独有的安全设计，在模块失效的情况下，切入原有顺桨方案。
根据可能引发收桨的故障源，归类整理了收桨逻辑及其处理方式如表3-1所示。
表3-1改造方案收桨逻辑总览
此方案特点是尽可能利用电网自主顺桨模块收桨，降低电池使用概率，但同时保留后备电池收桨最后一道安全保障。
网自主顺桨EFM模块功能简介：
当电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨。减小电池直接顺桨系统，大速度顺桨对桨叶和机械部分的冲击。独有的安全设计，在模块失效的情况下，切入原有顺桨方案。
当主控发出变桨系统切换到电池顺桨指令后，由电网顺桨模块接管驱动器的顺桨任务，按照预定速度到达限位开关处。
硬件输入：变桨速度给定，L+B的输出到驱动器，端子1,2,3。EFC_IN来自滑环，端子7。电网正常，端子8。驱动器BTBOK,并联L+B驱动器输入,端子13。91°限位开关，端子14。95°限位开关，端子15。
硬件输出：变桨速度给定1,2,3，端子9,10,11。刹车控制输出点，端子21。驱动器RFG信号，端子22.EFC_OUT信号,端子24。
端子定义:
电源部分：24VDC接入模块端子25,27(-，+)
输入部分：将模块加入到七柜系统轴箱中，将电网ok继电器4K3更换为4联继电器，将一常开点接入电网顺桨模块输入端子8。将驱动器1A1的X2:7,接入端子13。滑环电池收桨信号输入(EFC_IN)，把3K6的21点取下，接入端子7。接3k6的常开点,91°限位开关接入端子14接G15的并线,95°限位开关接入端子15。
输出改造：端子9,10,11，双绞屏蔽线，输出到驱动器1A1的X2:3,4,GND。端子21，输出到3k2电机刹车控制。端子22，输出到3k4的44点，驱动器1A1的RFG信号控制。端子24，输出到3k6的21点，EFC电池顺桨控制。
综上本发明按故障归类，尽可能的利用电网自主顺桨模块收桨，降低电池使用概率；驱动器收桨速度可控，降低收桨时对风机塔筒的冲击；设置最后一道安全保障是电池收桨，当驱动器失效时，要实现电池收桨逻辑。在电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨。可减小电池直接顺桨系统，大速度顺桨对桨叶和机械部分的冲击。在模块失效的情况下，切入原有顺桨方案。
以上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精神和范围。

Claims (2)

1.一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制方法，用于一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统，所述一种变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制系统包括驱动器和主控系统，所述驱动器与所述主控系统相连；包括电网自主顺桨EFM模块，当主控系统发出变桨系统切换到电池顺桨指令后，由所述电网自主顺桨EFM模块接管驱动器的顺桨任务，按照预定速度到达限位开关处，在电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨；
所述电网自主顺桨EFM模块包括L+B控制器，在变桨速度给定时，所述L+B控制器输出到驱动器端子，所述电网自主顺桨EFM模块的EFC_IN来自滑环电池端子；
所述滑环电池收桨信号输入接入所述电网自主顺桨EFM模块的端子7；
包括电源系统，所述电源系统24VDC接入所述电网自主顺桨EFM模块的25和27端子；
所述电网自主顺桨EFM模块设置在七柜系统轴箱中，并将电网4联继电器常开点接入所述电网自主顺桨EFM模块输入端子8；
将驱动器的X2:7接入所述电网自主顺桨EFM模块的端子13；
所述电网自主顺桨EFM模块接3k6的常开点和G15的并线,其中91°限位开关接入所述电网自主顺桨EFM模块端子14，95°限位开关接入所述电网自主顺桨EFM模块端子15；
所述电网自主顺桨EFM模块端子9,10,11接双绞屏蔽线输出到驱动器1A1的X2:3,4；其端子21输出到3k2电机刹车控制；其端子22，输出到3k4的44点，驱动器1A1的RFG信号控制；其端子24，输出到3k6的21点，EFC电池顺桨控制；
其特征在于，包括以下步骤：
S1风机工作，检测到有故障时，对故障进行分类；
S2若判定故障类型为一般故障时，主控系统主控发命令给电网自主顺桨EFM模块控制驱动器收桨；
S3若判定故障类型为EFC信号失效时，电网自主顺桨EFM模块主动控制驱动器收桨；
S4若判定为严重故障时，后备电源直接带动电机收桨；
S5若判定为无故障时，风机继续工作至工作结束；
设置最后一道安全保障是电池收桨，当驱动器失效时，要实现电池收桨逻辑；
当电网有电的情况下，采用驱动器按分段速度进行收桨，电网停电按原有设计收桨；在模块失效的情况下，切入原有顺桨方案；
当主控发出变桨系统切换到电池顺桨指令后，由电网顺桨模块接管驱动器的顺桨任务，按照预定速度到达限位开关处。
2.根据权利要求1所述的变桨系统电网侧自主紧急顺桨控制方法，其特征在于，所述严重故障包括模块故障、通信故障、超速故障、看门狗故障等的PLC控制器故障或者电源故障、驱动器故障。
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