CN117267050A - 一种风力发电机组防飞车控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机组防飞车控制系统及控制方法，包括发电机和控制系统，所述发电机经转轴与主轴承连接，主轴承经转轴与风轮连接；所述控制系统包括变桨系统、偏航系统和主轴刹车系统；所述发电机与主轴承之间的转轴以及主轴承与风轮之间的转轴上均设有速度传感器和加速度传感器，所述速度传感器连接有速度判定模块，所述加速度传感器连接有加速度判定模块；所述速度判定模块与加速度判定模块串联，并连接有电磁继电器，电磁继电器的前端设有用于控制变桨系统启动的舌簧开关。本发明可以有效避免飞车事故的发生，提高风机安全性。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机组防飞车控制系统。
背景技术
我国海上风电事业正快速发展，但是海上风电场的运行维护困难，工作人员难以及时到达机组位置。目前风机的维护方法风机发生飞车事故的原因主要有当风速超过切出风速时，变桨系统发生故障，三个叶片无法顺桨；信号传递故障，紧急顺桨信号无法发出；偏航系统故障，机舱无法及时偏航至与风向呈90°夹角的方向；主轴刹车系统损坏等。为了防止风机飞车事故发生，目前的防飞车机制主要通过变桨系统、偏航系统和主轴刹车系统协同配合，变桨系统一般带有一套或三套蓄电池，用于风机发生事故时紧急顺桨。
风力发电机防飞车技术是指为了防止风力发电机组在运行过程中发生飞车事故，采取一系列措施，包括机械制动、电子控制、自动调节等，以保证风力发电机组的安全运行。
风力发电机在运行过程中，如果安全回路的部件如果出现老化失效、线路变更或不当维护等问题，将无法发挥保护作用。特别是变桨系统，作为安全保护的执行机构，一旦发生故障，无法执行变桨动作，可能会导致飞车等严重事故，从而对设备造成损坏，甚至危及人员安全。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种风力发电机组防飞车控制系统及控制方法。本发明可以有效避免飞车事故的发生，提高风机安全性。
本发明的技术方案：一种风力发电机组防飞车控制系统，包括发电机和控制系统，所述发电机经转轴与主轴承连接，主轴承经转轴与风轮连接；所述控制系统包括变桨系统、偏航系统和主轴刹车系统；所述发电机与主轴承之间的转轴以及主轴承与风轮之间的转轴上均设有速度传感器和加速度传感器，所述速度传感器连接有速度判定模块，所述加速度传感器连接有加速度判定模块；所述速度判定模块与加速度判定模块串联，并连接有电磁继电器，电磁继电器的前端设有用于控制变桨系统启动的舌簧开关。
上述的风力发电机组防飞车控制系统，所述发电机经转轴与变速箱连接，变速箱经转轴与主轴承连接；所述发电机与变速箱连接的转轴以及变速箱与主轴承连接的转轴上均设有安装有速度传感器和加速度传感器。
前述的风力发电机组防飞车控制系统，所述速度判定模块中设有多个并联的速度脉冲开关。
前述的风力发电机组防飞车控制系统，所述加速度判定模块中设有多个并联的加速度脉冲开关。
前述的风力发电机组防飞车控制系统的控制方法，通过速度传感器检测转轴转速，当风力发电机组传动系统中的发电机、变速箱和主轴中的转速超过该部件的额定转速时，速度判定模块向与之相连接的速度脉冲开关发送脉冲信号，该速度脉冲开关闭合；通过加速度传感器检测任一部件中的角加速度，当加速度大于加速度额度阈值时，该部件的加速度判定模块向与之相连接的加速度脉冲开关发送脉冲信号，该加速度脉冲开关闭合；
当任意一个速度脉冲开关和任意一个加速度脉冲开关闭合，电路闭合，电磁继电器吸引舌簧开关闭合，变桨系统启动开始变桨，从而降低风力捕获风能的能力，使转速降低至额定转速以下。
前述的风力发电机组防飞车控制系统的控制方法，所述的加速度额度阈值为0。
前述的风力发电机组防飞车控制系统的控制方法，当变桨系统启动后，任一部位的转速信号不超过额定转速的5％，加速度信号小于等于0，则说明变桨措施有效，无需启动偏航系统；当任一速度信号超过额定转速的5％且其中任一个加速度信号大于零时，控制系统控制偏航系统启动，机舱转动方向为远离当前风向的方向，直至机舱位置与风向呈90°，关闭偏航系统中的偏航电机，并启动偏航系统中的偏航刹车系统和控制系统中的主轴刹车系统，当变桨系统完成顺桨时，风机停机。
与现有技术相比，本发明通过在相应部件的转轴上设置速度传感器和加速度传感器，然后将速度传感器和加速度传感器与相应的速度判定模块和加速度判定模块连接，由此当监控到转速和加速度信号大于相应的额度转速以及加速度阈值后，进而启动变桨系统来调整叶片方向，从而降低风力捕获风能的能力，使转速降低至额定转速以下。进一步的，本发明在变桨系统启动的同时，会监测转速以及加速度，当转速未超出额定转速5％，且加速度信号小于0时，则保持当前变将角度，直至转速小于额定转速，而当转速超出额定转速5％，且加速度信号大于0时，则启动偏航系统，直至机舱位置与风向呈90°夹角，再启动偏航刹车和主轴刹车系统，风机停机。由此本发明能够及时监测到风机超速，通过控制叶片角度和偏航位置的方法有效降低风轮转速，在最大化实现风机发电效率的同时有效避免飞车事故的发生，提高风机安全性。进一步地，本发明可以在风机某一位置或某一传感器发生故障时，仍能采集到准确的信号。再进一步的，本发明全程可以自动实现，无需人员参与，保证了人员的安全。
附图说明
图1为本发明的传感器安装位置示意图；
图2为本发明的加速度判定模块与速度判定模块的控制电路图；
图3为本发明方法流程示意图；
图4是偏航方向示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1：一种风力发电机组防飞车控制系统，包括发电机和控制系统，如图1所示，所述发电机经转轴与变速箱连接，变速箱经转轴与主轴承连接；主轴承经转轴与风轮连接；所述控制系统包括变桨系统、偏航系统和主轴刹车系统；所述发电机与变速箱连接的转轴、变速箱与主轴承连接的转轴以及主轴承与风轮之间的转轴上均设有速度传感器和加速度传感器(如果是直驱风力机组，发电机与主轴承之间的转轴以及主轴承与风轮之间的转轴上安装即可)，安装位置参见图1中的1处、2处和3处，该安装方式可以在风机某一位置或某一传感器发生故障时，仍能采集到准确的信号；所述速度传感器连接有速度判定模块，所述速度判定模块中设有多个并联的速度脉冲开关，所述加速度传感器连接有加速度判定模块，所述加速度判定模块中设有多个并联的加速度脉冲开关；所述速度判定模块与加速度判定模块串联，并连接有电磁继电器，电磁继电器的前端设有用于控制变桨系统启动的舌簧开关。本实施例中，三个脉冲继电器开关并联，用于接收转速判定模块信号，另三个脉冲继电器开关并联，用于接收加速度判定模块的脉冲信号，速度脉冲开关与加速度脉冲开关串联。速度判定模块的准则是：当速度信号大于该传感器所处部件的额定转速时，速度判定模块发出一个脉冲信号，脉冲继电器开关闭合。加速度判定模块的准则是：当加速度信号大于0时，加速度判定模块发出一个脉冲信号，脉冲继电器开关闭合。只要有一个速度脉冲开关和一个加速度脉冲开关闭合，电路闭合，电磁继电器吸引舌簧开关闭合，变桨电机启动，开始变桨。
实施例2：基于实施例1的风力发电机组防飞车控制系统的控制方法，如图3所示，所述方法通过速度传感器检测转轴转速，当风力发电机组传动系统中的发电机、变速箱和主轴中的转速超过该部件的额定转速时，速度判定模块向与之相连接的速度脉冲开关发送脉冲信号，该速度脉冲开关闭合；通过加速度传感器检测任一部件中的角加速度，当加速度大于加速度额度阈值(所述的加速度额度阈值为0)时，该部件的加速度判定模块向与之相连接的加速度脉冲开关发送脉冲信号，该加速度脉冲开关闭合；
当任意一个速度脉冲开关和任意一个加速度脉冲开关闭合，电路闭合，电磁继电器吸引舌簧开关闭合，变桨系统启动开始变桨，从而降低风力捕获风能的能力，使转速降低至额定转速以下。
当变桨系统启动后，任一部位的转速信号不超过额定转速的5％，加速度信号小于等于0，则说明变桨措施有效，无需启动偏航系统；当任一速度信号超过额定转速的5％且其中任一个加速度信号大于零时，控制系统控制偏航系统启动，如图4所示，机舱转动方向为远离当前风向的方向，直至机舱位置与风向呈90°，关闭偏航系统中的偏航电机，并启动偏航系统中的偏航刹车系统和控制系统中的主轴刹车系统，当变桨系统完成顺桨时，风机停机。由此通过上述方法可以避免因短时强风天气造成风机偏航停机，提高风力发电效率，同时也可以避免风机发生飞车故障。
综上所述，本发明能够及时监测到风机超速，通过控制叶片角度和偏航位置的方法有效降低风轮转速，在最大化实现风机发电效率的同时有效避免飞车事故的发生，提高风机安全性。进一步地，本发明可以在风机某一位置或某一传感器发生故障时，仍能采集到准确的信号。再进一步的，本发明全程可以自动实现，无需人员参与，保证了人员的安全。
Claims (7)
1.一种风力发电机组防飞车控制系统，包括发电机和控制系统，所述发电机经转轴与主轴承连接，主轴承经转轴与风轮连接；所述控制系统包括变桨系统、偏航系统和主轴刹车系统；其特征在于：所述发电机与主轴承之间的转轴以及主轴承与风轮之间的转轴上均设有速度传感器和加速度传感器，所述速度传感器连接有速度判定模块，所述加速度传感器连接有加速度判定模块；所述速度判定模块与加速度判定模块串联，并连接有电磁继电器，电磁继电器的前端设有用于控制变桨系统启动的舌簧开关。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组防飞车控制系统，其特征在于：所述发电机经转轴与变速箱连接，变速箱经转轴与主轴承连接；所述发电机与变速箱连接的转轴以及变速箱与主轴承连接的转轴上均设有安装有速度传感器和加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组防飞车控制系统，其特征在于：所述速度判定模块中设有多个并联的速度脉冲开关。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组防飞车控制系统，其特征在于：所述加速度判定模块中设有多个并联的加速度脉冲开关。
5.根据权利要求1-4任一项所述的风力发电机组防飞车控制系统的控制方法，其特征在于：通过速度传感器检测转轴转速，当风力发电机组传动系统中的发电机、变速箱和主轴中的转速超过该部件的额定转速时，速度判定模块向与之相连接的速度脉冲开关发送脉冲信号，该速度脉冲开关闭合；通过加速度传感器检测任一部件中的角加速度，当加速度大于加速度额度阈值时，该部件的加速度判定模块向与之相连接的加速度脉冲开关发送脉冲信号，该加速度脉冲开关闭合；
当任意一个速度脉冲开关和任意一个加速度脉冲开关闭合，电路闭合，电磁继电器吸引舌簧开关闭合，变桨系统启动开始变桨，从而降低风力捕获风能的能力，使转速降低至额定转速以下。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组防飞车控制系统的控制方法，其特征在于：所述的加速度额度阈值为0。
7.根据权利要求5所述的风力发电机组防飞车控制系统的控制方法，其特征在于：当变桨系统启动后，任一部位的转速信号不超过额定转速的5％，加速度信号小于等于0，则说明变桨措施有效，无需启动偏航系统；当任一速度信号超过额定转速的5％且其中任一个加速度信号大于零时，控制系统控制偏航系统启动，机舱转动方向为远离当前风向的方向，直至机舱位置与风向呈90°，关闭偏航系统中的偏航电机，并启动偏航系统中的偏航刹车系统和控制系统中的主轴刹车系统，当变桨系统完成顺桨时，风机停机。
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