CN117345530A - 风力发电机组变桨系统双制动抗台安全收桨装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风力发电机组变桨系统双制动抗台安全收桨装置，包括驱动器、超级电容、熔断器和辅助制动器，还包括：DC/DC开关电源、高选模块和电流监测模块；DC/DC开关电源分别与熔断器、驱动器、高选模块和辅助制动器电连接；高选模块分别与DC/DC开关电源、驱动器和电流监测模块电连接；高选模块的输入配置为开关电源T的输出24VDC，或配置为驱动器的24VDC；电流监测模块分别与高选模块、驱动器和辅助制动器电连接。在抗台收桨时，监测辅助制动器的供电回路电流大小；当辅助制动器的供电回路电流增大时，切换辅助制动器的供电回路，通过驱动器向辅助制动器供电。本发明可以改善海上风电机组在抗台风时、双制动装置失效导致桨叶无法收桨的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域技术领域，具体涉及一种风力发电机组变桨系统双制动抗台安全收桨装置及方法。
背景技术
目前，海上风电机组在抗台风时，变桨系统通常使用双制动装置进行刹车，保证台风来临时有足够的制动扭矩。但是按照现有技术的方案，当台风风力过大，浆叶收桨时载荷可能会超过设计值从而导致制动扭矩失效，在此种情况下爱风电机组的桨叶不能及时收桨，会使整机有被台风破坏的风险。
为了解决海上风电机组在抗台风时，双制动装置失效导致桨叶无法收桨的问题，需要冗余考虑在抗台风时如何进行安全收桨，故亟需一种风力发电机组变桨系统双制动抗台安全收桨的控制方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种风力发电机组变桨系统双制动抗台安全收桨装置及方法，以改善现有技术中存在的海上风电机组在抗台风时、双制动装置失效导致桨叶无法收桨的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
第一方案，提供了一种风力发电机组变桨系统双制动抗台安全收桨装置，包括驱动器、超级电容、熔断器和辅助制动器，还包括：
DC/DC开关电源、高选模块和电流监测模块；
DC/DC开关电源分别与熔断器、驱动器、高选模块和辅助制动器电连接；
高选模块分别与DC/DC开关电源、驱动器和电流监测模块电连接；高选模块的输入配置为开关电源T的输出24VDC，或配置为驱动器的24VDC；
电流监测模块分别与高选模块、驱动器和辅助制动器电连接。
进一步的，当辅助制动器未产生供电失效时，由DC/DC开关电源向辅助制动器供电；
当辅助制动器产生供电失效时，由驱动器向辅助制动器供电。
进一步的，驱动器向辅助制动器供电，包括：
将驱动器的24VDC输出通过高选模块传输到电流监测模块，吸合继电器将电流监测模块与辅助制动器导通，向辅助制动器供电。
进一步的，还包括能量吸收模块，所述能量吸收模块和继电器电连接，继电器串联接入电流监测模块和辅助制动器之间；能量吸收模块用于吸收继电器断开或吸合时瞬间冲击的能量。
进一步的，通过电流监测模块监测辅助制动器的供电回路电流大小，判断辅助制动器是否产生供电失效。
第二方面，提供了一种风力发电机组变桨系统双制动抗台安全收桨方法，通过第一方面所述的安全收桨装置来实施，包括以下步骤：
监测辅助制动器的供电回路电流大小；
当辅助制动器的供电回路电流增大时，切换辅助制动器的供电回路，通过驱动器向辅助制动器供电。
进一步的，通过电流监测模块监测辅助制动器的供电回路电流大小；
当电流增大时，电流监测模块经触发，输出信号至驱动器；
驱动器向变桨系统控制单元报出辅助制动器出现供电故障；
控制单元切换高选模块的供电回路，将驱动器的24VDC输出通过高选模块传输到电流监测模块，吸合继电器将电流监测模块与辅助制动器导通，向辅助制动器供电。
进一步的，当DC/DC开关电源发生故障时，触发开关电源内部接点，输出信号至驱动器；
驱动器向变桨系统控制单元报出开关电源失效故障；
控制单元控制继电器吸合，将电流监测模块与辅助制动器导通，向辅助制动器供电。
第三方面，提供了一种风力发电机组的变桨系统，使用第一方面所述的装置，进行抗台安全收桨。
第四方面，提供了一种风力发电机组的变桨系统，使用第二方面所述的方法，进行抗台安全收桨。
由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：
1、对于风电机组在抗台风模式下，叶片收桨时出现的因制动器供电失效造成的刹车抱闸状态工况，可通过切换供电回路恢复对制动器的供电，完成安全收桨。
2、实时监控制动器的供电电源，当风电机组在抗台风模式下进行收桨时，如果供电电源出现异常时，即使还未完全停止对制动器的供电，也会切换供电回路保持对制动器的稳定供电，进一步提升安全收桨的完成效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为现有的变桨系统其制动部分架构示意图；
图2为本发明一实施例的风电机组的变桨系统双制动抗台安全收桨电原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例
现有的变桨系统其制动部分的架构示意如图1，制动齿轮箱1上安装有辅助制动器，制动齿轮箱2上安装有变桨电机和主制动器，控制单元分别与主制动器、辅助制动器电连接。控制单元能够控制主制动器、辅助制动器的独立吸合与断开；控制单元能够同时采集主制动器、辅助制动器的电流与温度信号，并能实时记录，输出电流-时间曲线与温度-时间曲线；控制单元还可调节电流大小与频率，可根据载荷要求实时控制变桨电机转动。
对于桨叶收桨时载荷过大最容易造成的问题是制动器供电失效，鉴于此，在现有变桨系统的基础上，本实施例提供了一种风力发电机组变桨系统双制动抗台安全收桨方法，为实现该控制方法，在现有的变桨系统内部新增以下部件：
DC/DC开关电源、高选模块、电流监测模块和能量吸收模块。在具体的实施方式中，DC/DC开关电源、高选模块、电流监测模块和能量吸收模块安装在变桨系统的原有电源模组旁侧。对于上述新增的部件，其选型和实现方式不作限定，以现有技术中任一可实现的方式实施。其连接关系如图2所示。图2中的超级电容U和熔断器F、驱动器D，以及辅助制动器B，均为目前的变桨控制系统中已有的。
DC/DC开关电源T分别与熔断器F、驱动器D、高选模块A和辅助制动器B电连接；
高选模块A分别与DC/DC开关电源T、驱动器D和电流监测模块P电连接；高选模块A的输入，在开关电源T的输出24VDC或驱动器的24VDC之间二选一。
电流监测模块P分别与高选模块A、驱动器D和辅助制动器B电连接；
能量吸收模块R和继电器K4电连接，继电器K4串联接入电流监测模块P和辅助制动器B之间。
对于上述新增的部件，当变桨系统在桨叶收桨过程中，运行正常、制动器未产生供电失效时：
驱动器D的24VDC输出，分别控制继电器K1、K2吸合，此时超级电容U通过K2触点和熔断器F给DC/DC开关电源T供电；
DC/DC开关电源T给辅助制动器B供电；
变桨系统控制单元调整开关电源T，使开关电源T输出高于驱动器24VDC，通过开关电源T给高选模块A供电。
电流监测模块P输入来源于高选模块A的输出，对辅助制动器B的供电电流进行实时监测。
当台风过境、风力发电机组切换到抗台模式时，因桨叶收桨载荷过大，辅助制动器B的供电失效，此时会导致辅助制动器B的供电回路电流增大，增大的电流信号会触发电流监测模块P；电流监测模块P经触发输出信号至驱动器D的I2端口，驱动器D向变桨系统控制单元报出辅助制动器B出现供电故障。
辅助制动器B出现供电故障时，控制单元切换高选模块A的供电回路，将驱动器D的24VDC输出通过高选模块A传输到电流监测模块P，吸合继电器K4将电流监测模块P的端口5与辅助制动器B导通，保证有24VDC给辅助制动器B供电，起到安全冗余保护作用。
在一些实施例中，增加能量吸收模块R，可以吸收继电器K4断开或吸合时瞬间冲击的能量。
对于辅助制动器B未接收到DC/DC开关电源T供电的情况，其原因可能是DC/DC开关电源T、超级电容U和熔断器F这三者中任一个、两个出现故障，或者三个都出现故障，但通过工程实际中的故障分析，最大的可能性是DC/DC开关电源T因载荷过大自身出现了故障，这个故障从出现到影响对辅助制动器B的供电失效，有一个过程。而在风电机组抗台风收桨时是分秒必争的，收桨动作多延迟一小会儿在台风风力过大时都可能会对风电机组造成不可逆的影响。为了降低DC/DC开关电源T自身失效对安全收桨造成的影响，在一些实施例中，当DC/DC开关电源T发生故障时会触发开关电源T内部接点，输出信号至驱动器D的I1端口，向变桨系统控制单元报出开关电源T失效的故障；在此种情况下，控制单元控制继电器K4吸合，将电流监测模块P的端口5与辅助制动器B导通，同样使用驱动器D的24VDC输出通过高选模块A传输到电流监测模块P，再传输给辅助制动器B。
通过本实施例提供的技术方案，对于风电机组在抗台风模式下，叶片收桨时出现的因制动器供电失效造成的刹车抱闸状态工况，可通过切换供电回路恢复对制动器的供电，完成安全收桨；还可以实时监控制动器的供电电源，当风电机组在抗台风模式下进行收桨时，如果供电电源出现异常时，即使还未完全停止对制动器的供电，也会切换供电回路保持对制动器的稳定供电，进一步提升安全收桨的完成效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种风力发电机组变桨系统双制动抗台安全收桨装置，包括驱动器、超级电容、熔断器和辅助制动器，其特征在于，还包括：
DC/DC开关电源、高选模块和电流监测模块；
所述DC/DC开关电源分别与熔断器、驱动器、高选模块和辅助制动器电连接；
所述高选模块分别与DC/DC开关电源、驱动器和电流监测模块电连接；高选模块的输入配置为开关电源T的输出24VDC，或配置为驱动器的24VDC；
所述电流监测模块分别与高选模块、驱动器和辅助制动器电连接。
2.根据权利要求1所述的安全收桨装置，其特征在于，当辅助制动器未产生供电失效时，由DC/DC开关电源向辅助制动器供电；
当辅助制动器产生供电失效时，由驱动器向辅助制动器供电。
3.根据权利要求2所述的安全收桨装置，其特征在于，所述驱动器向辅助制动器供电，包括：
将驱动器的24VDC输出通过高选模块传输到电流监测模块，吸合继电器将电流监测模块与辅助制动器导通，向辅助制动器供电。
4.根据权利要求3所述的安全收桨装置，其特征在于，还包括能量吸收模块，所述能量吸收模块和继电器电连接，继电器串联接入电流监测模块和辅助制动器之间；能量吸收模块用于吸收继电器断开或吸合时瞬间冲击的能量。
5.根据权利要求2所述的安全收桨装置，其特征在于，通过电流监测模块监测辅助制动器的供电回路电流大小，判断辅助制动器是否产生供电失效。
6.一种风力发电机组变桨系统双制动抗台安全收桨方法，通过权利要求1-5中任一所述的安全收桨装置来实施，其特征在于，包括以下步骤：
监测辅助制动器的供电回路电流大小；
当辅助制动器的供电回路电流增大时，切换辅助制动器的供电回路，通过驱动器向辅助制动器供电。
7.根据权利要求6所述的安全收桨方法，通过电流监测模块监测辅助制动器的供电回路电流大小；
当电流增大时，电流监测模块经触发，输出信号至驱动器；
驱动器向变桨系统控制单元报出辅助制动器出现供电故障；
控制单元切换高选模块的供电回路，将驱动器的24VDC输出通过高选模块传输到电流监测模块，吸合继电器将电流监测模块与辅助制动器导通，向辅助制动器供电。
8.根据权利要求6所述的安全收桨方法，其特征在于，当DC/DC开关电源发生故障时，触发开关电源内部接点，输出信号至驱动器；
驱动器向变桨系统控制单元报出开关电源失效故障；
控制单元控制继电器吸合，将电流监测模块与辅助制动器导通，向辅助制动器供电。
9.一种风力发电机组的变桨系统，其特征在于，使用如权利要求1-5任一所述的装置进行抗台安全收桨。
10.一种风力发电机组的变桨系统，其特征在于，使用如权利要求6-8任一所述的方法进行抗台安全收桨。
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