CN113404656A - 风力发电机组的激光引雷控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机组的激光引雷控制系统，包括雷电信号接收回路用于根据雷云和风力发电机组的远近程度生成对应的两个感应电压；激光引雷启动控制回路用于在第一感应电压小于预设值时控制激光引雷启动回路断开，在第一感应电压大于等于预设值时控制激光引雷启动回路导通；激光引雷发射控制回路用于在第二感应电压小于预设值时与激光引雷启动控制回路共同控制激光引雷发射回路断开；在第二感应电压大于等于预设值时与激光引雷启动控制回路共同控制激光引雷发射回路导通；激光引雷启动回路用于在导通状态时启动激光引雷启动装置；激光引雷发射回路用于在导通状态时启动激光引雷发射装置。本发明实现风力发电机组的雷电防护，减少叶片受损。

Description

风力发电机组的激光引雷控制系统

技术领域

本发明涉及引雷技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的激光引雷控制系统。

背景技术

现有技术中，风力发电机组的雷电防护措施主要是在风机叶片上加装圆盘状接闪器，在机舱外部加装避雷针，然后通过风机叶片内部的引下线和避雷针的引下线，引接在风机机舱内的等电位连接处，机舱内的等电位和风机塔筒底部等电位通过引下总线连接，风机塔筒底部的等电位体与风力发电机组接地网连接，形成一个完整的泄流通道。

然而，风机叶片表面虽然安装了一些金属接闪圆盘，但其遭受雷击受损的概率依然较高，主要原因是叶片的材料一般都是非金属的，且长度和表面积均比较大，金属接闪圆盘相对于叶片的面积很小，从风机叶片的结构角度考虑，接闪圆盘的数量不宜过多，当闪电击中风机叶片时，不一定正好击中叶片表面的金属接闪圆盘，从而可能导致叶片受损。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种风力发电机组的激光引雷控制系统。

本发明提供了一种风力发电机组的激光引雷控制系统，包括：雷电信号接收回路、激光引雷启动控制回路、激光引雷发射控制回路、激光引雷启动回路和激光引雷发射回路，其中：

所述雷电信号接收回路，连接至所述激光引雷启动控制回路和所述激光引雷发射控制回路，用于根据雷云和风力发电机组的远近程度生成对应的第一感应电压和第二感应电压，所述第二感应电压为所述第一感应电压的分压；

所述激光引雷启动控制回路，至少包括发光颜色不同的第一发光二极管和第二发光二极管，用于在所述第一感应电压小于预设值时控制所述激光引雷启动回路为断开状态，并控制所述第一发光二极管为熄灭状态且所述第二发光二极管为点亮状态；在所述第一感应电压大于等于预设值时控制所述第一发光二极管为点亮状态且所述第二发光二极管为熄灭状态，并控制所述激光引雷启动回路为导通状态；

所述激光引雷发射控制回路，至少包括发光颜色不同的第三发光二极管和第四发光二极管，用于在所述第一感应电压小于预设值时控制所述激光引雷发射回路为断开状态，并控制所述第三发光二极管和所述第四发光二极管为熄灭状态；在所述第一感应电压大于等于预设值，而所述第二感应电压小于预设值时控制所述第三发光二极管为熄灭状态且所述第四发光二极管为点亮状态，并与所述激光引雷启动控制回路共同控制所述激光引雷发射回路为断开状态；在所述第二感应电压大于等于预设值时控制所述第三发光二极管为点亮状态且所述第四发光二极管为熄灭状态，并与所述激光引雷启动控制回路共同控制所述激光引雷发射回路为导通状态；

所述激光引雷启动回路，至少包括激光引雷启动装置，用于在导通状态时启动所述激光引雷启动装置；

所述激光引雷发射回路，至少包括激光引雷发射装置，用于在导通状态时启动所述激光引雷发射装置。

本实施例提供的风力发电机组的激光引雷控制系统，所述雷电信号接收回路根据雷云和风力发电机组的远近程度感应出两个不同的第一感应电压和第二感应电压，第一感应电压作为激光引雷启动控制回路的启动电压，第二感应电压作为激光引雷发射控制回路的启动电压，进而通过激光引雷启动控制回路和激光引雷发射控制回路来控制激光引雷启动回路和激光引雷发射回路的导通或断开，进而控制激光引雷启动装置和激光引雷发射装置的工作状态。而且通过使用不同发光颜色的发光二极管来显示两个控制回路内的导通情况，用户可以通过发光二极管了解到的整个控制系统中各个模块的工作状态。当雷云距离风力发电机组较近时激光引雷启动装置和激光引雷发射装置会被启动，激光引雷发射装置发出激光，提前让雷电沿着激光通道击中机舱外的避雷针，然后使雷电流沿着引下线泄放到大地中，实现风力发电机组的雷电防护，从而减少叶片受损。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种风力发电机组的激光引雷控制系统的电路示意图。

附图标记：第一电阻-R1；第二电阻-R2；第三电阻-R3；第四电阻-R4；第五电阻-R5；第六电阻-R6；第七电阻-R7；第八电阻-R8、第九电阻-R9；第十电阻-R10；第十一电阻-R11；第十二电阻-R12；内置直流电源-VCC；第一继电器-JDQ1；第二继电器-JDQ2；第三继电器-JDQ3；第一三极管-Q1；第二三极管-Q2；第一发光二极管-D1；第二发光二极管-D2；第三发光二极管-D3；第四发光二极管-D4；电容-C；第一光耦器-E1；第二光耦器-E2；继电器的接点-A1、A2；第一常开检修用开关-GL1；第二常开检修用开关-GL2。

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的一部分实施例，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做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。

第一方面，本发明提供一种风力发电机组的激光引雷控制系统，该系统包括：雷电信号接收回路、激光引雷启动控制回路、激光引雷发射控制回路、激光引雷启动回路和激光引雷发射回路，其中：

所述雷电信号接收回路，连接至所述激光引雷启动控制回路和所述激光引雷发射控制回路，用于根据雷云和风力发电机组的远近程度生成对应的第一感应电压和第二感应电压，所述第二感应电压为所述第一感应电压的分压；

所述激光引雷启动控制回路，至少包括发光颜色不同的第一发光二极管和第二发光二极管，用于在所述第一感应电压小于预设值时控制所述激光引雷启动回路为断开状态，并控制所述第一发光二极管为熄灭状态且所述第二发光二极管为点亮状态；在所述第一感应电压大于等于预设值时控制所述第一发光二极管为点亮状态且所述第二发光二极管为熄灭状态，并控制所述激光引雷启动回路为导通状态；

所述激光引雷发射控制回路，至少包括发光颜色不同的第三发光二极管和第四发光二极管，用于在所述第一感应电压小于预设值时控制所述激光引雷发射回路为断开状态，并控制所述第三发光二极管和所述第四发光二极管为熄灭状态；在所述第一感应电压大于等于预设值，而所述第二感应电压小于预设值时控制所述第三发光二极管为熄灭状态且所述第四发光二极管为点亮状态，并与所述激光引雷启动控制回路共同控制所述激光引雷发射回路为断开状态；在所述第二感应电压大于等于预设值时控制所述第三发光二极管为点亮状态且所述第四发光二极管为熄灭状态，并与所述激光引雷启动控制回路共同控制所述激光引雷发射回路为导通状态；

所述激光引雷启动回路，至少包括激光引雷启动装置，用于在导通状态时启动所述激光引雷启动装置；

所述激光引雷发射回路，至少包括激光引雷发射装置，用于在导通状态时启动所述激光引雷发射装置，用于在导通状态时启动所述激光引雷发射装置。

本发明提供的激光引雷控制系统中，所述雷电信号接收回路根据雷云和风力发电机组的远近程度感应出两个不同的第一感应电压和第二感应电压，第一感应电压作为激光引雷启动控制回路的启动电压，第二感应电压作为激光引雷发射控制回路的启动电压，进而通过激光引雷启动控制回路和激光引雷发射控制回路来控制激光引雷启动回路和激光引雷发射回路的导通或断开，进而控制激光引雷启动装置和激光引雷发射装置的工作状态。而且通过使用不同发光颜色的发光二极管来显示两个控制回路内的导通情况，用户可以通过发光二极管了解到的整个控制系统中各个模块的工作状态。当雷云距离风力发电机组较近时激光引雷启动装置和激光引雷发射装置会被启动，激光引雷发射装置发出激光，提前让雷电沿着激光通道击中机舱外的避雷针，然后使雷电流沿着引下线泄放到大地中，实现风力发电机组的雷电防护，从而减少叶片受损。

可理解的是，雷电消失后，通过该系统使激光引雷启动装置和激光引雷发射装置恢复到原来的非工作状态。

可理解的是，激光引雷启动回路启动后会进入热机状态，是一种备用状态，热机是激光引雷发射装置发射激光的前提，只有先进入热机状态，激光引雷发射装置才有可能发射激光。激光引雷启动装置进入热机状体，且激光引雷发射装置启动后，雷云中的雷电沿激光通道达到避雷针区域，并通过所述风力发电机组的泄流通道将雷电泄放到大地中。

其中，所述雷电信号接收回路可以采用多种结构形式实现，下面介绍一种，如图1所示，雷电信号接收回路包括：设置在风机叶片表面的接闪器、风机机舱顶部的避雷针、所述接闪器和所述避雷针各自的引下线、电压表、保护用避雷器、电容C、电阻，其中：所述电压表的一端连接至所述接闪器和所述避雷针各自的引下线，所述电压表的另一端接地；所述保护用避雷器、所述电容C、所述电阻和所述电压表均为并联，所述电阻包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2；所述电压表与所述引下线连接的一端为第一输出端，所述第一输出端输出所述第一感应电压，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的连接点为第二输出端，所述第二输出端输出所述第二感应电压。

也就是说，风机叶片表面的接闪器和风机机舱顶部的避雷针通过各自的引下线与电压表的一端相连接，电压表的另一端接地，接闪器和避雷针起到接收雷云中感应电的作用。保护用避雷器与电压表并联。电容C与电压表并联，起到储存电能的作用。第一电阻R1和第二电阻R2串联后再与电容C并联，起到分压的作用。

雷电信号接收回路中具有两个输出端，两个输出端可以输出不同的感应电压，第一输出端输出的是电压表检测到的电压值，第二输出端输出的是电压表检测到的电压值再经过分压后的电压值。第一输出端与激光引雷启动控制回路连接，第二输出端与激光引雷发射控制回路连接，具体连接方式在下文中描述。

当风力发电机组的所在区域没有雷电时，风机叶片表面的接闪器和风机机舱顶部的避雷针没有感应电压。第一输出端和第二输出端输出的电压值均为0。当雷云刚出现在风力发电机组的所在区域时，风机叶片表面的接闪器和风机机舱顶部的避雷针会出现较小的感应电压，第一输出端输出的感应电压可以启动激光引雷启动控制回路中的第一光耦器E1，而第二输出端输出的感应电压很小，不能启动激光引雷发射控制回路中的第二光耦器E2。当雷云靠近风力发电机组区域且还未发生雷击时，风机叶片表面的接闪器和风机机舱顶部的避雷针会出现较大的感应电压，第一输出端输出的感应电压可以启动激光引雷启动控制回路中的第一光耦器E1，第二输出端输出的感应电压也可以启动激光引雷发射控制回路中的第二光耦器E2。可见，雷云和风力发电机组距离越近，产生的感应电压越大。为了便于区分，可以将第一输出端输出的感应电压称之为第一感应电压，将第二输出端输出的感应电压称之为第二感应电压。

其中，所述激光引雷启动控制回路可以采用多种结构形式实现，下面提供一种：激光引雷启动控制回路除了第一发光二极管D1和第二发光二极管D2之外，还包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一光耦器E1、具有一组常闭辅助接点的第一继电器JDQ1、具有两组常开辅助接点的第二继电器JDQ2、内置直流电源VCC和第一三极管Q1；其中：所述第三电阻R3的一端与所述第一输出端连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第一光耦器E1的第一接线柱连接，所述第一光耦器E1的第二接线柱接地；所述第四电阻R4的一端与所述内置直流电源VCC连接，所述第四电阻R4的另一端与所述第一光耦器E1的第三接线柱连接，所述第一光耦器E1的第四接线柱与所述第二继电器JDQ2的一端连接，所述第二继电器JDQ2的另一端连接至所述第五电阻R5的一端和所述第一三极管Q1的基极，所述第五电阻R5的另一端与所述第一发光二极管D1的阳极连接，所述第一发光二极管D1的阴极接地；所述第六电阻R6的一端与所述内置直流电源VCC连接，所述第六电阻R6的另一端连接至所述第一三极管Q1的集电极和所述第一继电器JDQ1的一端，所述第一三极管Q1的发射极接地，所述第一继电器JDQ1的另一端与所述第七电阻R7的一端连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第二发光二极管D2的阳极连接，所述第二发光二极管D2的阴极接地。

其中，第三电阻R3起到保护第一光耦器E1的作用。内置直流电源VCC与第四电阻R4串联后接入第一光耦器E1的第三接线柱上，第一光耦器E1的第四接线柱与第二继电器JDQ2一端的接点A1相连接，第二继电器JDQ2另一端的接点A2与第一三极管Q1的基极b连接，并与第五电阻R5、第一发光二极管D1的阳极串联，第一发光二极管D1的阴极接地。内置直流电源VCC与第六电阻R6串联，然后接于第一三极管Q1的集电极c上，同时第六电阻R6与第一继电器JDQ1一端的接点A1相连接，第一继电器JDQ1另一端的接点A2与第七电阻R7相连接后与第二发光二极管D2的阳极串联，第二发光二极管D2的阴极接地。

其中，所述第一发光二极管D1的发光颜色可以为红色，所述第二发光二极管D2的发光颜色可以为绿色。

在具体实施时，激光引雷发射控制回路可以由多种结构形式实现，下面提供其中一种：激光引雷发射控制回路中除了第三发光二极管D3和第四发光二极管D4之外，还包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第二光耦器E2、具有一组常开辅助接点的第三继电器JDQ3、第二三极管Q2和内置直流电源VCC，其中：所述第八电阻R8的一端与所述第二输出端连接，所述第八电阻R8的另一端与所述第二光耦器E2的第一接线柱连接，所述第二光耦器E2的第二接线柱接地；所述第九电阻R9的一端与所述内置直流电源VCC连接，所述第九电阻R9的另一端与所述第二光耦器E2的第三接线柱连接，所述第二光耦器E2的第四接线柱与所述第三继电器JDQ3的一端连接，所述第三继电器JDQ3的另一端连接至所述第十电阻R10的一端和所述第二三极管Q2的基极，所述第十电阻R10的另一端与所述第三发光二极管D3的阳极连接，所述第三发光二极管D3的阴极接地；所述第十一电阻R11的一端与所述内置直流电源VCC连接，所述第十一电阻R11的另一端连接至所述第二三极管Q2的集电极和所述第二继电器JDQ2中的第二组常开辅助接点中的一个接点，所述第二三极管Q2的发射极接地，所述第二继电器JDQ2中的第二组常开辅助接点中的另一个接点与所述第十二电阻R12的一端连接，所述第十二电阻R12的另一端与所述第四发光二极管D4的阳极连接，所述第四发光二极管D4的阴极接地。

也就是说，第八电阻R8的一端连接第二输出端，即连接在第一电阻R1和第二电阻R2的连接点，第八电阻R8的另一端连接第二光耦器E2的第一接线柱上，第二电阻R2起到保护第二光耦器E2的作用。内置直流电源VCC与第九电阻R9串联后接入第二光耦器E2的第三接线柱，第二光耦器E2的第四接线柱与第三继电器JDQ3一端的接点A1相连接，第三继电器JDQ3另一端的接点A2与第二三极管Q2的基极b连接，并与第十电阻R10、第三发光二极管D3的阳极串联，第三发光二极管D3的阴极接地。内置直流电源VCC与第十一电阻R11串联，然后接于第二三极管Q2的集电极c上，同时第十一电阻R11与第二继电器JDQ2的常开辅助接点3相连接，第二继电器JDQ2的常开辅助接点4与第十二电阻R12相连接后与第四发光二极管D4的阳极串联，第四发光二极管D4的阴极接地。

其中，所述第三发光二极管D3的发光颜色可以为红色，所述第四发光二极管D4的发光颜色可以为绿色。

其中，所述激光引雷启动回路可以采用多种结构形式实现，其中一种结构为：所述激光引雷启动回路中除了激光引雷启动装置外，还包括：第一交流电源和第一常开检修用开关GL1，所述第一常开检修用开关GL1的一端与所述第一交流电源的一端连接，另一端连接至所述激光引雷启动装置的第一输入端；所述交流电源的一端也与所述第一继电器JDQ1的一组常闭辅助接点中的一个接点连接，所述第一继电器JDQ1的一组常闭辅助接点中的另一个接点与所述第二继电器JDQ2中的第一组常开辅助接点中的一个接点连接，所述第二继电器JDQ2中的第一组常开辅助接点中的另一个接点连接至所述激光引雷启动装置的第一输入端，所述激光引雷启动装置的第二输入端与所述第一交流电源的另一端连接。

也就是说，第一常开检修用开关GL1的一端与第一继电器JDQ1的常闭辅助接点1相连接，第一继电器JDQ1的常闭辅助接点2与第二继电器JDQ2的常开辅助接点1相连接，第二继电器JDQ2的常开辅助接点2与激光引雷启动装置的第一接线柱相连接，第一常开检修用开关GL1的另一端与第二继电器JDQ2的常开辅助接点2相连接。激光引雷启动装置的第二接线柱接于第一交流电源的另一端。

可理解的是，在第一继电器JDQ1的两个常闭辅助接点闭合且第二继电器JDQ2的两个常开辅助接点闭合时，所述激光引雷启动回路处于导通状态，此时激光引雷启动装置启动，进入热机状态。在第一继电器JDQ1的两个常闭辅助接点断开或者第二继电器JDQ2的两个常开辅助接点断开时，所述激光引雷启动回路处于断开状态，此时激光引雷启动装置不启动。

其中，所述激光引雷发射回路可以采用多种结构形式实现，下面介绍其中一种：激光引雷发射回路中除了激光引雷发射装置外，还包括第二常开检修用开关GL2和第二交流电源，所述第二常开检修用开关GL2的一端与所述第二交流电源的一端连接，所述第二常开检修用开关GL2的另一端与所述激光引雷发射装置的第一输入端连接；所述第二交流电源的一端也与所述第一继电器JDQ1的一组常闭辅助接点中的一个接点连接，所述第一继电器JDQ1的一组常闭辅助接点中的另一个接点与所述第二继电器JDQ2中的第一组常开辅助接点中的一个接点连接，所述第二继电器JDQ2中的第一组常开辅助接点中的另一个接点与所述第三继电器JDQ3的一组常开辅助接点的一个接点连接，所述第三继电器JDQ3的一组常开辅助接点的另一个接点连接至所述激光引雷发射装置的第一输入端，所述激光引雷发射装置的第二输入端与所述第二交流电源的另一端连接。

也就是说，第二常开检修用开关GL2的一端与第一继电器JDQ1的常闭辅助接点1相连接，第一继电器JDQ1的常闭辅助接点2与第二继电器JDQ2的常开辅助接点1相连接，第二继电器JDQ2的常开辅助接点2与第三继电器JDQ3的常开辅助接点1相连接，第三继电器JDQ3的常开辅助接点2与激光引雷发射装置的第一接线柱连接，第二常开检修用开关GL2一端与第一继电器JDQ1的常闭辅助接点1相连接，另一端与第三继电器JDQ3的常开辅助接点2相连接，激光引雷发射装置的第二接线柱接于第二交流电源的另一端。

可理解的是，当第一继电器JDQ1的两个常闭辅助接点闭合、第二继电器JDQ2的两个常开辅助接点闭合且第三继电器JDQ3的两个常开辅助接点闭合时，激光引雷发射回路导通，此时激光引雷发射装置启动，而当第一继电器JDQ1的两个常闭辅助接点断开、第二继电器JDQ2的两个常开辅助接点断开或者第三继电器JDQ3的两个常开辅助接点断开时，激光引雷发射回路断开，此时激光引雷发射装置不启动。

下面对图1所示的风力发电机组的激光引雷控制系统的工作原理分三种情况进行说明：

(1)当风力发电机组的所在区域没有雷电时，风机叶片表面的接闪器和风机机舱顶部的避雷针没有感应电压。雷电信号接收回路中的电压表的示数为零。电容C的两端无电压，第一光耦器E1的第一接线柱和第二接线柱之间没有电流流过，因此第一光耦器E1停止工作。此时内置直流电源VCC、第四电阻R4、第一光耦器E1的第三接线柱、第一光耦器E1的第四接线柱、第二继电器JDQ2、第五电阻R5、第一发光二极管D1组成的回路为断开状态，因此第一发光二极管D1为熄灭状态，同时第二继电器JDQ2不带电，其两组常开辅助节点1、2和3、4均断开。由于第一光耦器E1的第四接线柱的电压为零，因此第一三级管停止工作，进而内置直流电源VCC、第六电阻R6、第一三极管Q1形成的回路为断开状态。而内置直流电源VCC、第六电阻R6、第一继电器JDQ1、第七电阻R7，第二发光二极管D2组成的回路导通，因此第二发光二极管D2点亮，第一继电器JDQ1带电，其常闭辅助节点1、2断开。

进一步的，由于第二电阻R2的两端无电压，第二光耦器E2的第一接线柱和第二接线柱中没有电流通过，因此第二光耦器E2停止工作。此时内置直流电源VCC、第九电阻R9、第二光耦器E2的第三接线柱和第四接线柱、第三继电器JDQ3、第十电阻R10、第三发光二极管D3组成的回路断开，此时第三发光二级管熄灭，第三继电器JDQ3不带电，其常开节辅助点1、2断开。由于第二光耦器E2的第四接线柱的电压为零，因此第二三级管停止工作，内置直流电源VCC、第十一电阻R11、第二三极管Q2形成的回路断开。由于此时第二继电器JDQ2不带电，其常开辅助接点3、4断开，因此内置直流电源VCC、第十一电阻R11、第二继电器JDQ2的常开辅助接点3和4、第十二电阻R12、第四发光二极管D4组成的回路断开，第四发光二极管D4熄灭。由于第一继电器JDQ1带点，其常闭辅助接点1、2断开，第二继电器JDQ2和第三继电器JDQ3不带电，其常开辅助接点1、2断开，因此激光引雷启动回路和激光引雷发射回路均断开。

总之，当风力发电机组的所在区域没有雷电时，只有激光引雷启动控制回路中的第二发光二极管D2点亮，其发光颜色为绿色。激光引雷启动回路和激光引雷发射回路均断开，激光引雷启动装置和激光引雷发射装置均不启动。

(2)当雷云刚刚出现在风力发电机组的所在区域时，风机叶片表面的接闪器和风机机舱顶部的避雷针会出现较小的感应电压。雷电信号接收回路中的电压表出现示数。电容C的两端会有一个较小的电压，第一光耦器E1的第一接线柱和第二接线柱中有电流通过，因此第一光耦器E1正常工作。此时内置直流电源VCC、第四电阻R4、第一光耦器E1的第三接线柱和第四接线柱、第二继电器JDQ2、第五电阻R5、第一发光二极管D1组成的回路导通，因此第一发光二极管D1点亮并发出红色的光，第二继电器JDQ2带电，其2组常开辅助节点1、2和3、4均闭合。由于第五电阻R5的存在，在第一三极管Q1的基极b上有电压的存在，从而使第一三极管Q1导通。内置直流电源VCC、第六电阻R6和第一三极管Q1形成的回路导通。由于第一三极管Q1的导通使得第一继电器JDQ1、第七电阻R7和第二发光二极管D2组成的回路中没有电流通过，因此此时第二发光二极管D2熄灭，第一继电器JDQ1不带电，其常闭辅助接点1、2闭合。

进一步的，由于雷云距离风力发电机组较远，在风机叶片表面的接闪器和风机机舱顶部的避雷针感应出的电压较小，第一电阻R1和第二电阻R2组成分压回路，由于此时第一感应电压较小，第二电阻R2两端的电压即第二感应电压小于第二光耦器E2的启动电压，因此第二光耦器E2停止工作。此时内置直流电源VCC、第九电阻R9、第二光耦器E2的第三接线柱和第四接线柱、第三继电器JDQ3、第十电阻R10、第三发光二极管D3组成的回路断开，此时第三发光二级管熄灭，第三继电器JDQ3不带电，其常开辅助节点1、2断开。由于第二光耦器E2的第四接线柱的电压为零，因此第二三级管停止工作，内置直流电源VCC、第十一电阻R11、第二三极管Q2形成的回路断开。由于此时第二继电器JDQ2带电，其常开辅助接点3、4闭合，因此内置直流电源VCC、第十一电阻R11、第二继电器JDQ2的常开辅助接点3和4、第十二电阻R12、第四发光二极管D4组成的回路导通，第四发光二极管D4点亮并发出绿光。由于第一继电器JDQ1不带电，其常闭辅助接点1、2闭合。第二继电器JDQ2带电，其2组常开辅助接点1、2和3、4均闭合。第三继电器JDQ3不带电，其常开辅助接点1、2断开，因此激光引雷启动回路导通，从而激光引雷装置进入热机状态。而激光引雷发射回路断开，不启动激光引雷发射装置。

总之，当雷云刚刚出现在风力发电机组的所在区域时，第一发光二极管D1点亮并发出红色的光，第四发光二极管D4点亮并发出绿光，激光引雷装置进入热机状态，激光引雷发射装置不启动。

(3)当雷云靠近风力发电机组区域且还未发生雷击时，风机叶片表面的接闪器和风机机舱顶部的避雷针会出现较大的感应电压。雷电信号接收回路中的电压表出现示数。电容C的两端会有一个较大的电压，第一光耦器E1的第一接线柱和第二接线柱之间有电流通过，因此第一光耦器E1正常工作，第三电阻R3起到保护第一光耦器E1的作用。此时内置直流电源VCC、第四电阻R4、第一光耦器E1的第三接线柱和第四接线柱、第二继电器JDQ2、第五电阻R5和第一发光二极管D1组成的回路导通，此时第一发光二级管点亮并发出红光，第二继电器JDQ2带电，其2组常开辅助节点1、2和3、4均闭合。由于第五电阻R5的存在，在第一三极管Q1的基极b上有电压的存在，从而使第一三极管Q1导通。内置直流电源VCC、第六电阻R6和第一三极管Q1形成导电回路，由于第一三级管导通使得第一继电器JDQ1、第七电阻R7和第二发光二极管D2组成的回路中没有电流通过，因此此时第二发光二极管D2熄灭，第一继电器JDQ1不带电，其常闭辅助接点1、2闭合。

进一步的，由于雷云距离风力发电机组较近，在风机叶片表面的接闪器和风机机舱顶部的避雷针感应出的电压较大，第一电阻R1和第二电阻R2组成分压回路，由于此时第二感应电压较大且大于第二光耦器E2的启动电压，因此第二光耦器E2正常工作。此时内置直流电源VCC、第九电阻R9、第二光耦器E2的第三接线柱和第四接线柱、第三继电器JDQ3、第十电阻R10和第三发光二极管D3组成的回路导通，此时第三发光二级管点亮，第三继电器JDQ3带电，其常开节点1、2闭合。由于第十电阻R10的存在，在第二三极管Q2的基极b上有电压的存在，从而使第二三极管Q2导通。内置直流电源VCC、第十一电阻R11、第二三极管Q2形成导电回路，由于第二三级管导通使得第二继电器JDQ2的常开辅助接点3和4、第十二电阻R12和第四发光二极管D4组成的回路中没有电流通过，因此此时第四发光二极管D4熄灭。由于第一继电器JDQ1不带电，其常闭辅助接点1、2闭合。第二继电器JDQ2带电，其2组常开辅助接点1、2和3、4均闭合。第三继电器JDQ3带电，其常开辅助接点1、2闭合，因此激光引雷启动回路导通，激光引雷装置进入热机状态。激光引雷发射回路导通，激光引雷发射装置进入发射状态。雷云中的雷电将会沿着激光通道到达避雷针区域，然后通过风力发电机组的泄流通道将雷电泄放到大地中。

总之，当雷云靠近风力发电机组区域且还未发生雷击时，第一发光二级管点亮并发出红光，第三发光二级管点亮发出红光，激光引雷启动装置进入热机状态，激光引雷发射装置进入发射状态。

可理解的是，预设值为光耦器的启动电压，如果第一感应电压大于等于第一光耦器E1的启动电压时，激光引雷启动控制回路就会控制所述第一发光二极管D1为点亮状态且所述第二发光二极管D2为熄灭状态，并控制所述激光引雷启动回路为导通状态。如果第二感应电压大于等于第二光耦器E2的启动电压时，激光引雷发射控制回路就会控制所述第三发光二极管D3为点亮状态且所述第四发光二极管D4为熄灭状态，并与所述激光引雷启动控制回路共同控制所述激光引雷发射回路为导通状态。由于第二感应电压为第一感应电压的分压，所以当第一感应电压刚达到预设值时，第二感应电压小于预设值，此时激光引雷启动回路为导通状态，激光引雷发射回路为断开状态。如果第一感应电压大于预设值且第二感应电压也大于预设值时，激光引雷启动回路和激光引雷发射回路均为导通状态。

当风力发电机组的所在区域的雷云泄放完成后，整个系统恢复到风力发电机组的所在区域没有雷电时的状态，此时第一继电器JDQ1带电，其常闭接点1、2断开。第二继电器JDQ2不带电，其2组常开接点1、2和3、4均断开。第三继电器JDQ3不带电，其常开接点1、2断开，因此激光引雷启动回路和激光引雷发射回路均断开。仅激光引雷启动控制回路中的第二发光二极管D2点亮并发出绿光。

当风力发电机组的激光引雷启动装置和激光引雷发射装置进行定期检查调试时，可以使第一常开检修用开关GL1闭合来启动激光引雷启动装置并对其进行检修和调试，也可以使第二常开检修用开关GL2闭合，来启动激光引雷发射装置并对其进行检修和调试等，使用两个常开检修用开关，可以更加便捷的进行检查调试。

图1提出的激光引雷控制系统中，利用雷电击中风力发电机组之前，雷云在风力发电机组的接闪器和避雷针上产生的感应电压作为启动信号，通过激光引雷启动控制回路和激光引雷发射控制回路控制激光引雷启动装置和激光引雷发射装置的启停，起到主变防雷的效果。通过控制第一电阻R1和第二电阻R2的比值，可以调整激光引雷发射控制回路的启动电压。引入两个光耦器可以实现雷电信号接收回路与激光引雷启动控制回路、激光引雷发射控制回路之间分别形成光电隔离，避免雷电信号对控制回路的影响。引入了司职不同功能和颜色的发光二级管，可以直观的显示3种工作状态，即：(1)激光引雷启动装置和激光引雷发射装置为停止工作状态(此时第二发光二极管D2点亮并发出绿光)；(2)激光引雷启动装置进入热机状态、激光引雷发射装置未启动(此时第一发光二极管D1和第四发光二极管D4点亮)；(3)激光引雷启动装置和激光引雷发射装置都进入工作状态(此时第一发光二极管D1和第三发光二极管D3均点亮)。可理解的是，这三种工作状态与雷云与发电机组的远近的变化过程相对应，符合实际场景。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种风力发电机组的激光引雷控制系统，其特征在于，包括：雷电信号接收回路、激光引雷启动控制回路、激光引雷发射控制回路、激光引雷启动回路和激光引雷发射回路，其中：

所述雷电信号接收回路，连接至所述激光引雷启动控制回路和所述激光引雷发射控制回路，用于根据雷云和风力发电机组的远近程度生成对应的第一感应电压和第二感应电压，所述第二感应电压为所述第一感应电压的分压；

所述激光引雷启动控制回路，至少包括发光颜色不同的第一发光二极管和第二发光二极管，用于在所述第一感应电压小于预设值时控制所述激光引雷启动回路为断开状态，并控制所述第一发光二极管为熄灭状态且所述第二发光二极管为点亮状态；在所述第一感应电压大于等于预设值时控制所述第一发光二极管为点亮状态且所述第二发光二极管为熄灭状态，并控制所述激光引雷启动回路为导通状态；

所述激光引雷发射控制回路，至少包括发光颜色不同的第三发光二极管和第四发光二极管，用于在所述第一感应电压小于预设值时控制所述激光引雷发射回路为断开状态，并控制所述第三发光二极管和所述第四发光二极管为熄灭状态；在所述第一感应电压大于等于预设值，而所述第二感应电压小于预设值时控制所述第三发光二极管为熄灭状态且所述第四发光二极管为点亮状态，并与所述激光引雷启动控制回路共同控制所述激光引雷发射回路为断开状态；在所述第二感应电压大于等于预设值时控制所述第三发光二极管为点亮状态且所述第四发光二极管为熄灭状态，并与所述激光引雷启动控制回路共同控制所述激光引雷发射回路为导通状态；

所述激光引雷启动回路，至少包括激光引雷启动装置，用于在导通状态时启动所述激光引雷启动装置；

所述激光引雷发射回路，至少包括激光引雷发射装置，用于在导通状态时启动所述激光引雷发射装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雷电信号接收回路包括：设置在风机叶片表面的接闪器、风机机舱顶部的避雷针、所述接闪器和所述避雷针各自的引下线、电压表、保护用避雷器、电容、电阻，其中：所述电压表的一端连接至所述接闪器和所述避雷针各自的引下线，所述电压表的另一端接地；所述保护用避雷器、所述电容、所述电阻和所述电压表均为并联，所述电阻包括串联的第一电阻和第二电阻；所述电压表与所述引下线连接的一端为第一输出端，所述第一输出端输出所述第一感应电压，所述第一电阻和所述第二电阻的连接点为第二输出端，所述第二输出端输出所述第二感应电压。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激光引雷启动控制回路还包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一光耦器、具有一组常闭辅助接点的第一继电器、具有两组常开辅助接点的第二继电器、内置直流电源和第一三极管；其中：

所述第三电阻的一端与所述第一输出端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一光耦器的第一接线柱连接，所述第一光耦器的第二接线柱接地；

所述第四电阻的一端与所述内置直流电源连接，所述第四电阻的另一端与所述第一光耦器的第三接线柱连接，所述第一光耦器的第四接线柱与所述第二继电器的一端连接，所述第二继电器的另一端连接至所述第五电阻的一端和所述第一三极管的基极，所述第五电阻的另一端与所述第一发光二极管的阳极连接，所述第一发光二极管的阴极接地；

所述第六电阻的一端与所述内置直流电源连接，所述第六电阻的另一端连接至所述第一三极管的集电极和所述第一继电器的一端，所述第一三极管的发射极接地，所述第一继电器的另一端与所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与所述第二发光二极管的阳极连接，所述第二发光二极管的阴极接地。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一发光二极管的发光颜色为红色，所述第二发光二极管的发光颜色为绿色。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述激光引雷发射控制回路还包括：第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第二光耦器、具有一组常开辅助接点的第三继电器、第二三极管和内置直流电源，其中：

所述第八电阻的一端与所述第二输出端连接，所述第八电阻的另一端与所述第二光耦器的第一接线柱连接，所述第二光耦器的第二接线柱接地；

所述第九电阻的一端与所述内置直流电源连接，所述第九电阻的另一端与所述第二光耦器的第三接线柱连接，所述第二光耦器的第四接线柱与所述第三继电器的一端连接，所述第三继电器的另一端连接至所述第十电阻的一端和所述第二三极管的基极，所述第十电阻的另一端与所述第三发光二极管的阳极连接，所述第三发光二极管的阴极接地；

所述第十一电阻的一端与所述内置直流电源连接，所述第十一电阻的另一端连接至所述第二三极管的集电极和所述第二继电器中的第二组常开辅助接点中的一个接点，所述第二三极管的发射极接地，所述第二继电器中的第二组常开辅助接点中的另一个接点与所述第十二电阻的一端连接，所述第十二电阻的另一端与所述第四发光二极管的阳极连接，所述第四发光二极管的阴极接地。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第三发光二极管的发光颜色为红色，所述第四发光二极管的发光颜色为绿色。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述激光引雷启动回路还包括第一交流电源和第一常开检修用开关，所述第一常开检修用开关的一端与所述第一交流电源的一端连接，另一端连接至所述激光引雷启动装置的第一输入端；所述交流电源的一端也与所述第一继电器的一组常闭辅助接点中的一个接点连接，所述第一继电器的一组常闭辅助接点中的另一个接点与所述第二继电器中的第一组常开辅助接点中的一个接点连接，所述第二继电器中的第一组常开辅助接点中的另一个接点连接至所述激光引雷启动装置的第一输入端，所述激光引雷启动装置的第二输入端与所述第一交流电源的另一端连接。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述激光引雷发射回路中还包括第二常开检修用开关和第二交流电源，所述第二常开检修用开关的一端与所述第二交流电源的一端连接，所述第二常开检修用开关的另一端与所述激光引雷发射装置的第一输入端连接；所述第二交流电源的一端也与所述第一继电器的一组常闭辅助接点中的一个接点连接，所述第一继电器的一组常闭辅助接点中的另一个接点与所述第二继电器中的第一组常开辅助接点中的一个接点连接，所述第二继电器中的第一组常开辅助接点中的另一个接点与所述第三继电器的一组常开辅助接点的一个接点连接，所述第三继电器的一组常开辅助接点的另一个接点连接至所述激光引雷发射装置的第一输入端，所述激光引雷发射装置的第二输入端与所述第二交流电源的另一端连接。

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