CN201972849U - 直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置，由三套紧急顺桨单元组成，所述三套紧急顺桨单元分别是第一紧急顺桨单元、第二紧急顺桨单元和第三紧急顺桨单元；每个单元包括输出端连接有继电器的驱动器、流电机、继电器和与继电器连接的后备电池，三个驱动器分别连接至同一个三相交流电源；以及三个直流电机分别通过各自连接的继电器连接至各自的驱动器。本实用新型能保证在电网断电或者风机出现故障，或者同时出现电网断电和驱动器故障的意外情况下，叶片可靠顺桨，并且顺桨后利用整个叶片的气动刹车的功能，使风机停机，保证风电的安全。

Description

直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，特别涉及一种直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置。

背景技术

变桨系统是保障风力发电机整体安全性的关键环节，风力发电机在工作过程中通过调节变桨系统的桨叶角度来进行功率调节。为了保障风力发电机的整体安全，必须在出现任何故障的情况下都要保证桨叶能够可靠顺桨和刹车制动。顺桨就是调节桨叶向 90 度角的方向转动，使得风机转速下降。若顺桨失败，将会发生事故，甚至出现塔架倒塌等灾难性后果。另外，若当风力发电机出现电网断电或者驱动器出现故障时，或者同时出现电网断电和驱动器故障时，容易发生飞车等安全事故。

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述的技术问题，提供一种直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置，所述装置能保证在电网断电或者风机出现故障，或者同时出现电网断电和驱动器故障的意外情况下，叶片可靠顺桨，并且顺桨后利用整个叶片的气动刹车的功能，使风机停机，保证风电的安全。

本实用新型的技术方案是：

直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置，由三套紧急顺桨单元组成，所述三套紧急顺桨单元分别是第一紧急顺桨单元、第二紧急顺桨单元和第三紧急顺桨单元；

其中：第一紧急顺桨单元包括输出端连接有第七继电器的第一驱动器、第一直流电机、第一继电器和与第二继电器连接的第一后备电池；

第二紧急顺桨单元包括输出端连接有第八继电器的第二驱动器、第二直流电机、第三继电器和与第四继电器连接的第二后备电池；

第三紧急顺桨单元包括输出端连接有第九继电器的第三驱动器、第三直流电机、第五继电器和与第六继电器连接的第三后备电池；

所述第一驱动器、所述第二驱动器和所述第三驱动器分别连接至同一个三相交流电源；以及

所述第一直流电机、所述第二直流电机和所述第三直流电机分别通过所述第一继电器、所述第三继电器和所述第五继电器连接至第一驱动器、所述第二驱动器和所述第三驱动器。

紧急顺桨单元包括：三相交流电源、驱动器、后备电池和直流电机，所述三相交流电源的输出端连接至所述驱动器的输入端；

所述驱动器的输出端通过第一继电器分别连接至直流电机的两个信号输入端；

以及所述后备电池的正负极通过第二继电器与直流电机连接，其中后备电池的正极连接直流电机的信号第一输入端，负极连接直流电机的第二输入端；

所述驱动器一个输出端与继电器连接。

所述继电器包括线圈和触点。

本实用新型提供的直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置，当电网断电的情况下，由直流电源直接为直流电机供电保证顺桨的完成；当驱动器出现故障的情况下，将与此驱动单元连接的直流电机直接连接到后备电池以进行顺桨，同时其他单元，同样由电池为直流电机提供电源使桨叶以最大速度控制桨叶进行顺桨，从而本实用新型的变桨控制系统能够解决直流电机在驱动器故障、电网断电时可能发生飞车等事故，此方案可以确保风机的安全顺桨。

本实用新型的有益效果是：用直流电机作为变桨电机，直流电机精度高，响应快，可以确保风机在电网断电或者风机出现故障等意外情况下的安全顺桨，甚至在电网断电并且同时驱动器故障、机舱安全链断开时都可以安全顺桨，防止飞车等事故的发生，最大限度的保证风机的安全。所述装置能保证在电网断电或者风机出现故障的意外情况下叶片可靠顺桨，给变桨系统提供可靠的后背电源，在系统断电情况下给变桨距机构提供足够的能量，使桨叶顺桨。并且顺桨后利用整个叶片的气动刹车的功能，使风机停机，保证风电的安全。

下面结合附图对本实用新型技术方案进一步说明。

附图说明

图1为一个紧急顺桨单元的结构框图，示出一个直流变桨距控制系统的紧急顺桨单元；其中标记，1为驱动器，2为直流电机，3为后备电池，K1为第一继电器开关，K2为第二继电器开关，K7为第七继电器开关；

图2为直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置，其中该装置包括三个紧急顺桨单元；其中标记，14为第一驱动器，15为第二驱动器，16为第三驱动器，4为第一直流电机，5为第二直流电机，6为第三直流电机，7为第一后备电池，8为第二后备电池，9为第三后备电池，10为三相电源线及通讯总线，K1为第一继电器，K2为第二继电器；K3为第三继电器，K4为第四继电器，K5为第五继电器，K6为第六继电器；

图3为1号桨叶电器控制示意图；其中图3a为1号桨叶为90°的电器控制示意图，图3b为桨叶为0°的电器控制示意图，标记，11、17、13为K10第一组的三个触点，K1为第一继电器的触点，K2为第二继电器的触点，K7为第七继电器的触点，K8为第八继电器开关，K9为第九继电器的触点，K10为第十继电器的触点，图3a中的1#为1号桨叶的90°极限开关，图3b中1#、2#、3#分别为1号、2号、3号桨叶的0°极限开关；

图4为2号桨叶电器控制示意图；其中图4a为2号桨叶为90°的电器控制示意图，图4b为桨叶为0°的电器控制示意图，标记，111、117、113为K10的第二组的三个触点，K3为第三继电器的触点，K4为第四继电器的触点，K7为第七继电器的触点，K8为第八继电器开关，K9为第九继电器的触点，K10为第十继电器的触点，图4a中的1#为1号桨叶的90°极限开关，图4b中1#、2#、3#分别为1号、2号、3号桨叶的0°极限开关；

图5为3号桨叶电器控制示意图； 其中图5a为3号桨叶为90°的电器控制示意图，图5b为桨叶为0°的电器控制示意图，标记，211、217、213为K10的第三组的三个触点，K5为第五继电器的触点，K6为第六继电器的触点，K7为第七继电器的触点，K8为第八继电器开关，K9为第九继电器的触点，K10为第十继电器的触点，图5a中的1#为1号桨叶的90°极限开关，图5b中1#、2#、3#分别为1号、2号、3号桨叶的0°极限开关。

具体实施方式

参见图2，直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置，由三套紧急顺桨单元组成，所述三套紧急顺桨单元分别是第一紧急顺桨单元、第二紧急顺桨单元和第三紧急顺桨单元，其中：第一紧急顺桨单元包括输出端12连接有第七继电器K7的第一驱动器14、第一直流电机4、第一继电器K1和与第二继电器K2连接的第一后备电池7；第二紧急顺桨单元包括输出端12连接有第八继电器K8的第二驱动器15、第二直流电机5、第三继电器K3和与第四继电器K4连接的第二后备电池8；第三紧急顺桨单元包括输出端12连接有第九继电器K9的第三驱动器16、第三直流电机6、第五继电器K5和与第六继电器K6连接的第三后备电池9；所述第一驱动器14、所述第二驱动器15和所述第三驱动器16分别连接至同一个三相交流电源；所述第一直流电机4、所述第二直流电机5和所述第三直流电机6分别通过所述第一继电器K1、所述第三继电器K3和所述第五继电器K5连接至所述第一驱动器14、所述第二驱动器15和所述第三驱动器16。所述继电器均包括线圈和触点。

参见图1，上述紧急顺桨单元包括：三相交流电源、驱动器1、后备电池3和直流电机2，所述三相交流电源的输出端U、V、W连接至所述驱动器1的输入端L1、L2、L3；电网作为常用的三相交流电源，为驱动器提供具有恒定频率和恒定电压的交流电；而驱动器是根据来自三相电源线及通讯总线10传输的主控系统传送来的变桨信息（包括位置、速度、加速度等参数）为直流电机提供具电压和方向不断变化的直流电源，以满足需要输出的位置、速度、加速度等需要。所述驱动器1的输出端C1、B2通过第一继电器K1分别连接至直流电机2的两个信号输入端C2和B3。后备电池3的正负极通过第二继电器K2与直流电机连接，其中后备电池3的正极连接直流电机2的信号输入端C2，负极连接直流电机2的输入端B3。在风力发电的正常变桨过程中，需要根据实际的风速不断地进行电机的正转、反转、加速、角度定位等控制和调整，电网作为三相交流电源可以满足桨叶的顺桨要求，但是当驱动器故障时，三相交流电源不能满足桨叶顺桨到90度位置的要求，需要用后备电池为直流电机供电即电池的正极通过第二继电器K2连接到直流电机的信号输入端C2,电池组的负极通过第二继电器K2连接到直流电机的信号输入端B3，来满足变桨及紧急顺桨的需要。所述驱动器1的一个输出端12与继电器K7连接。通过上述器件及其连接关系，能够实现直流变桨距控制系统的紧急顺桨单元对顺桨的常规操作。

所述驱动器连接主控制器，负责或传递接收主控信息。

所述继电器包括线圈和触点。

当风力发电工作正常，驱动器正常，则由驱动器的12脚输出+24V高电平，第七继电器k7的线圈通电。若第一单元中的驱动器14故障，则第一继电器k1，第三继电器k3，第五继电器K5断开，第二继电器k2，第四继电器K4，第六继电器K6闭合，则电机4，5，6直接连接到后备电池顺桨；同理若第二、三单元中的驱动器故障第一继电器k1，第三继电器k3，第五继电器K5断开，第二继电器k2，第四继电器K4，第六继电器K6闭合，则电机直接连接后备电池顺桨，执行不可控顺桨，不可控顺桨过程中屏蔽叶片故障。

下面以1#桨叶为例，说明紧急顺浆的工作情况。

参见图3，在电网正常并且驱动器正常工作时，驱动器14带动桨叶在88°与2°之间来回转动，驱动器14的12脚输出+24VDC高电平，第七继电器K7、第八继电器K8、第九继电器K9的线圈通电，触点闭合，此时1#，2#，3#桨叶0°极限开关处于闭合状态，这样由机舱传送安全链传到轮毂的+24VDC给继电器K10的线圈供电，则第十继电器K10的开关动作（即继电器K10的触点由11,17连接变为11,13连接），同时1#，（2#，3#）桨叶90°极限开关也处于闭合状态，这样+24VDC可以为第一继电器K1的线圈供电，继电器K1的触点闭合则由驱动器输出电流驱动桨叶旋转以获得最大的风能（参见图3a）。若电网断电或驱动器14故障，则驱动器14的12脚输出低电平，继电器K7线圈不通电，继电器K7的触点断开，继电器K8、K9的触点闭合，则继电器K10线包不通电，继电器k10的触点11,17接通，则继电器K2的线圈通电，继电器K2的触点闭合，由后备电池7为直流电机4供电顺桨，当1#桨叶触动90°极限开关，继电器K2的线圈不通电，继电器K2断开达到安全顺桨的功能。若在工作过程中由于不知原因导致0°极限开关动作，则继电器K10线圈不通电，继电器k10的触点11,17接通，则继电器K2的线圈通电，继电器K2的触点闭合，由后备电池7为直流电机4供电顺桨，当1#桨叶触动90°极限开关，继电器K2的线圈不通电，继电器K2断开，达到安全顺桨的功能。若由于机舱安全链断开则机舱传送的+24VDC为0，继电器K10线圈不通电，继电器k10的触动11,17接通，则继电器K2的线包通电，继电器K2的触点闭合，由后备电池7为直流电机4供电顺桨，当1#桨叶出动90°极限开关，继电器K2的线圈不通电，继电器K2断开，达到安全顺桨的功能（参见图3b）。

参见图4和图5，在电网正常并且驱动器正常工作时，2#、3#桨叶的紧急顺浆工作情况与1#桨叶紧急顺浆的工作情况相同（参见图4a和图5a）。不同的是，若电网断电，驱动器14或15故障，则驱动器14或15的12脚输出低电平，继电器K7线圈不通电，继电器K7的触点断开，继电器K8、K9的触点闭合，则继电器K10线包不通电， 2#或3#桨叶的继电器k10的触点111,117或触点211, 217接通，则继电器K4或K6的线圈通电，继电器K4或K6的触点闭合，由后备电池8或9为直流电机5或6供电顺桨，当2#或3#桨叶触动90°极限开关，继电器K4或K6的线圈不通电，继电器K4或K6断开达到安全顺桨的功能。若在工作过程中由于不知原因导致0°极限开关动作，则继电器K10线圈不通电，2#或3#继电器k10的触点111,117或211， 217接通，则继电器K4或K6的线圈通电，继电器K4或K6的触点闭合，由后备电池8或9为直流电机5或6供电顺桨，当2#或3#桨叶触动90°极限开关，继电器K4或K6的线圈不通电，继电器K4或K6断开，达到安全顺桨的功能。若由于机舱安全链断开则机舱传送的+24VDC为0，则继电器K10线圈不通电，2#或3#继电器k10的触点111,117或211, 217接通，则继电器K或，K6的线包通电，继电器K4或K6的触点闭合，由后备电池8或9为直流电机5或6供电顺桨，当2#或3#桨叶出动90°极限开关，继电器K4或K6的线圈不通电，继电器K4或K6断开，达到安全顺桨的功能（参见图4b或图5b）。

采用本实用新型装置，风电机在正常情况下，风电机的三个桨叶在2°到88°之间旋转。当电网断电时，直流电机直接连接到后备电池进行紧急顺桨，若某个驱动器出现故障，则直流电机直接连接到后备电池，后备电池为直流电机供电，桨叶紧急顺桨；若轮毂到机舱安全链出现故障，则24VDC断电为0，则后备电池连接到直流电机，为直流电机供电，桨叶顺桨，若由于某种原因导致某个桨叶的0°极限开关故障，则后备电池连接到直流电机，为直流电机供电，桨叶顺桨到90°位置，当桨叶顺桨到90°位置后，90°极限开关动作，则后备电池停止为直流电机供电，以达到顺桨的目的，防止飞车等事故的发生。

Claims (3)

1.一种直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置，其特征在于：由三套紧急顺桨单元组成，所述三套紧急顺桨单元分别是第一紧急顺桨单元、第二紧急顺桨单元和第三紧急顺桨单元；

其中：第一紧急顺桨单元包括输出端（12）连接有第七继电器（K7）的第一驱动器（14）、第一直流电机（4）、第一继电器（K1）和与第二继电器（K2）连接的第一后备电池（7）；

第二紧急顺桨单元包括输出端（12）连接有第八继电器（K8）的第二驱动器（15）、第二直流电机（5）、第三继电器（K3）和与第四继电器（K4）连接的第二后备电池（8）；

第三紧急顺桨单元包括输出端（12）连接有第九继电器（K9）的第三驱动器（16）、第三直流电机（6）、第五继电器（K5）和与第六继电器（K6）连接的第三后备电池（9）；

所述第一驱动器（14）、所述第二驱动器（15）和所述第三驱动器（16）分别连接至同一个三相交流电源；以及

所述第一直流电机（4）、所述第二直流电机（5）和所述第三直流电机（6）分别通过所述第一继电器（K1）、所述第三继电器（K3）和所述第五继电器（K5）连接至第一驱动器（14）、所述第二驱动器（15）和所述第三驱动器（16）。

2.根据权利要求1所述的直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置，其特征在于：紧急顺桨单元包括：三相交流电源、驱动器（1）、后备电池（3）和直流电机（2），所述三相交流电源的输出端（U、V、W）连接至所述驱动器（1）的输入端（L1、L2、L3）；

所述驱动器（1）的输出端（C1、B2）通过第一继电器（K1）分别连接至直流电机（2）的两个信号输入端（C2、B3）；

以及所述后备电池（3）的正负极通过第二继电器（K2）与直流电机连接，其中后备电池（3）的正极连接直流电机（2）的信号第一输入端（C2），负极连接直流电机（2）的第二输入端（B3）； 

所述驱动器（1）一个输出端（12）与继电器（K7）连接。

3.根据权利要求1所述的直流变桨距控制系统的紧急顺桨装置，其特征在于：所述继电器包括线圈和触点。

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