CN203161440U - 一种风力发电机组变桨系统的应急顺桨冗余控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风力发电机组变桨系统的应急顺桨冗余控制装置，控制单元，所述控制单元用于接收变桨系统输出的反馈信号，输出反馈处理信号，所述变桨系统的三个备用电源单元相互并联；驱动单元，与所述控制单元和三个备用电源单元相连接，所述驱动单元用于接收备用电源单元输出的备电信号以及控制单元输出的反馈处理信号，通过备电信号提供的电源能量向外输出电机驱动信号；输出切换单元，与所述驱动单元连接，所述输出切换单元用于接收驱动单元输出的电机驱动信号，并向对应需要控制的电机输出驱动控制信号。本实用新型可以将变桨系统中由于故障而不能顺桨到安全位置的叶片重新自动顺桨到安全位置，进一步提高系统的可靠安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电机组变桨系统，具体涉及一种风力发电机组变桨系统的应急顺桨冗余控制装置。
背景技术
风力发电机组是将风的动能转化为电能的系统，它的结构主要包括：风轮（包括叶片和轮毂）、机舱、塔基及塔架。风轮是吸收风能并将其转换成机械能的部件，风以一定速度角度作用在叶片上，使叶片产生旋转力矩而转动，将风能转变成机械能，驱动发电机进行发电。
风电机组可分为定桨距风力发电机组和变桨距风力发电机组。多年来风力发电机的风轮大都采用三桨叶与轮毂刚性连接的结构，即所谓的定桨距风轮。桨叶尖部一部分一般设计成可控制的叶尖扰流器。当风力发电机组需要脱网停机时，叶尖扰流器可按控制指令释放并旋转角度形成阻尼板，使风轮转速迅速下降，这一机构通常称为空气动力刹车机构。
近年来，随着风力发电机组设计水平的不断提高，在大型风力发电机组，特别是兆瓦级机组以上的风力发电机组设计中，开始采用变桨距风轮，桨叶与轮毂不再采用刚性连接，而通过可转动的推力轴承或专门为变距机构设计的联轴器连接。这种风轮可根据风速的变化调整气流对叶片的攻角，当风速超过额定风速后，输出功率可稳定地保持在额定功率上，特别是在大风情况下，风力机处于顺桨状态，使桨叶和整机的受力状况大为改善，即采用变桨系统。
变桨系统实际上通过三个独立的变桨驱动系统控制三个风轮叶片动作改变桨距角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使发电机输出功率保持稳定的控制方式，并且在超高风速下紧急顺桨以保证风机安全运行。变桨系统实际上是一种伺服控制系统，它的控制对象是桨叶的位置，桨距角范围在最佳发电桨叶角度与停机顺桨角度之间，它的控制方式有电动变桨控制系统和液压变桨控制系统。电动变桨系统是利用电动机的转动来实现对桨叶位置的调节，一般包括变桨电动机、驱动器、控制器、传感器及备用电源。备用电源在机组突然故障或电网失电等情况下，为变桨系统供电，使得叶片达到顺桨位置，保证机组安全。
变桨控制是变桨变速型风力发电机组的核心子系统之一，它不仅是风力发电机组功率调节的主要手段，同时也是变桨变速型风力发电机组安全停机的唯一手段，这无疑将对变桨系统的可靠性提出极高的要求。随着现有的风力发电机组逐步走向大型化，海上机型发展，机组具有维护困难和成本高等特点，因此，对机组的安全可靠性应提出更高的要求。
变桨系统由三个变桨控制系统组成，每一个变桨控制系统控制一台变桨电机来控制一个桨叶的角度。主要控制思路是：根据风机启动、变速、变桨、停机、维护等要求，由主控制系统发送相应的桨距角调节命令，将三个叶片的桨距角同步调节到所需位置。系统正常工作时，变桨动作需要的电能主要由三相交流电网提供；当给变桨系统的电网电压掉电时，超级电容组或蓄电池作为备用电源提供能量，直接给变桨系统供电，保证整套变桨系统内部电路正常工作前提下，使得叶片能顺桨到安全位置，以保证机组安全。
然而变桨系统中的驱动器或控制器一旦出现故障，则叶片可能出现回不到安全位置，存在安全隐患。特别是海上机型远离大陆，到达机组进行现场维护较困难，而且需要很长时间，如果长时间叶片不能顺桨到安全位置，会导致机组内部系统和器件损坏，甚至存在机组倒塌危险的状况。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种风力发电机组变桨系统的应急顺桨冗余控制装置，将变桨系统中由于故障而不能顺桨到安全位置的叶片重新自动顺桨到安全位置，进一步提高系统的可靠安全性。
本实用新型提供一种风力发电机组变桨系统的应急顺桨冗余控制装置，包括：
控制单元，所述控制单元用于接收变桨系统输出的反馈信号，并将所述反馈信号进行运算处理，输出反馈处理信号，所述变桨系统的三个备用电源单元相互并联；
驱动单元，与所述控制单元和三个备用电源单元相连接，所述驱动单元用于接收备用电源单元输出的备电信号以及控制单元输出的反馈处理信号，通过备电信号提供的电源能量，将反馈处理信号进行转换，并向外输出电机驱动信号；
输出切换单元，与所述驱动单元连接，所述输出切换单元用于接收驱动单元输出的电机驱动信号，根据所述电机驱动信号，向对应需要控制的变桨电机输出驱动信号。
进一步地，所述的控制单元还与输出切换单元连接，所述控制单元用于对输出切换单元进行切换控制，将输出驱动信号输入到对应需要控制的变桨电机的输入端。
本实用新型具有的优点在于：
本实用新型可以将变桨系统中由于故障而不能顺桨到安全位置的叶片重新自动顺桨到安全位置，进一步提高系统的可靠安全性。
附图说明
图1是一种风力发电机组变桨系统的应急顺桨冗余控制装置的结构连接关系示意图。
图中：1-应急顺桨冗余控制装置；2-控制单元；3-驱动单元；4-输出切换单元；5-变桨控制系统；6-变桨电机；7-备用电源单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
本实用新型提供一种风力发电机组变桨系统的应急顺桨冗余控制装置，如图1所示，在现有技术方案的变桨系统的基础上增加了一个应急顺桨冗余控制装置，该应急顺桨冗余控制装置1由控制单元2、驱动单元3、输出切换单元4组成。控制单元2分别与三个变桨控制系统5连接，分别采集三个变桨控制系统5中因故障而顺桨失败的反馈信号，并根据控制逻辑对原三个变桨控制系统5中未顺桨成功的叶片进行收桨控制，以使其后期达到安全位置，同时输出反馈处理信号。将原三个变桨控制系统5中的备用电源单元7进行并联，然后再将并联后的备用电源单元7连接到驱动单元3，即与所述的驱动单元3的直流输入母线相连接，根据备用电源单元7向驱动单元3提供备用电源能量，驱动单元3将反馈处理信号转换成电机驱动信号并向外输出，对应该电机驱动信号可以得到电机所需的驱动能力，以驱动三个变桨控制系统5中的需要控制的对应变桨电机6执行动作，控制变桨电机6以设定的速度进行安全顺桨。输出切换单元4接收驱动单元3输出的电机驱动信号，并根据电机驱动信号向三个变桨系统5的变桨电机6输出驱动控制信号，对应通过输出切换单元4将驱动单元3的输出电机驱动信号切入控制到需要处理的对应变桨控制系统5的变桨电机6。控制单元2与输出切换单元4之间的信号连接主要作用是通过控制单元2对输出切换单元4进行智能切换控制，将驱动单元3的输出电机驱动信号分别切换控制到需要处理的对应变桨控制系统5的变桨电机6。通过控制单元2智能控制切换单元4，可以使得需要处理的变桨电机分时独自执行动作，而不是同时两个或三个变桨电机执行动作而造成动作错误执行。
本实用新型中控制单元可以主要由PLC或数字模拟控制电路组成；驱动单元可以主要由驱动逆变器或电机驱动电路组成；输出切换单元可以主要由接触器和继电器等其他电路组成。
控制单元1主要接收原变桨控制系统5传递的反馈信号，并控制驱动单元2执行变桨动作；驱动单元2的直流母线输入信号是由原三个变桨控制系统5中的备用电源单元7直接并联接入，输出信号经过输出切换单元4切换输出到变桨电机6。该应急顺桨冗余控制装置的工作原理：三个变桨控制系统5中的控制单元通过组合逻辑判断是否因故障而无法顺桨，如果确定因故障而无法成功顺桨，则响应急顺桨冗余控制装置中的控制单元2反馈顺桨失败逻辑信号即反馈信号。如果三个变桨控制系统5中的控制单元出现死机现象，通过硬件逻辑同样反馈顺桨失败信号也即反馈信号。而应急顺桨冗余控制装置1中的控制单元2通过一定时序循环检测三个变桨控制系统5中反馈的顺桨失败逻辑信号，一旦检测到顺桨失败逻辑信号后，则控制输出切换单元4，将驱动单元3的输出信号切入到需要顺桨的变桨电机6，将叶片全部顺桨到安全位置。当给变桨控制系统5的电网掉电时，超级电容组或蓄电池作为共享的备用电源单元7提供能量，直接给变桨控制系统5的变桨电机6供电，使叶片全部顺桨到安全位置。
本实用新型具有的优点在于：
1. 增加本实用新型的应急顺桨冗余控制装置1，通过检测系统信号，将未顺桨的叶片重新自动顺桨到安全位置，降低机组损伤，进一步提高系统安全性，保证机组更加安全可靠；
2. 充分利用现有系统的资源，将三个变桨控制系统中的备用电源单元7并联在一起，能量共享，提高能量的利用率，在提高系统安全性基础上，同时考虑系统的成本控制。
本实用新型除了上述应急顺桨冗余控制装置外，还可以通过增加一整套冗余变桨控制系统来实现同样目的，但由于整套冗余变桨控制系统，增加了充电器、备用电源单元以及其他控制器件和信号，不仅体积增大，而且成本也大大增加等缺点。
本实用新型中的应急顺桨冗余控制装置1的设计，通过增加少数部分器件，共享系统中的备电方案，可实现机组的叶片全部安全顺桨。它的设计可靠、容易，并进一步提高系统的安全性，特别是在大型海上风机的应用具有更重要的推广意义。
以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
Claims (2)
1.一种风力发电机组变桨系统的应急顺桨冗余控制装置，其特征在于，包括：
控制单元，所述控制单元用于接收变桨系统输出的反馈信号，并将所述反馈信号进行运算处理，输出反馈处理信号，所述变桨系统的三个备用电源单元相互并联；
驱动单元，与所述控制单元和三个备用电源单元相连接，所述驱动单元用于接收备用电源单元输出的备电信号以及控制单元输出的反馈处理信号，通过备电信号提供的电源能量，将反馈处理信号进行转换，并向外输出电机驱动信号；
输出切换单元，与所述驱动单元连接，所述输出切换单元用于接收驱动单元输出的电机驱动信号，根据所述电机驱动信号，向对应需要控制的变桨电机输出驱动信号。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨系统的应急顺桨冗余控制装置，其特征在于，所述的控制单元还与输出切换单元连接，通过控制单元对输出切换单元进行切换控制，将输出驱动信号输入到需要控制的变桨电机的输入端。
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