CN205243723U - 风力发电机组的变桨控制装置及变桨系统 - Google Patents

风力发电机组的变桨控制装置及变桨系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种风力发电机组的变桨控制装置及变桨系统。所述装置包括：线路切换电路、顺桨信号生成电路及变桨控制器，顺桨信号生成电路及变桨控制器分别与线路切换电路连接；线路切换电路用于在检测到变桨控制器发生故障时，切断变桨控制器与变桨驱动器之间的第一信号通路，并接通顺桨信号生成电路与变桨驱动器之间的第二信号通路，在检测到未发生故障时，接通第一信号通路，并切断第二信号通路。通过本实用新型的风力发电机组的变桨控制装置及变桨系统，实现了基于线路切换方式在变桨控制器发生故障或未发生故障时，接通相应的信号通路为变桨驱动器提供顺桨信号以执行变桨操作，从而提高了风力发电机组的安全性能。

Description

风力发电机组的变桨控制装置及变桨系统
技术领域
本实用新型涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的变桨控制装置及变桨系统。
背景技术
变桨系统是风力发电机组(以下简称机组)控制系统的重要组成部分，变桨系统的正常工作对机组的安全起着至关重要的作用。变桨系统自身的可靠性非常关键，如果变桨系统出现故障，风力发电机则无法在大风满发的情况下进行顺桨操作，从而引发超速的危险。
通常，拖动叶片需要变桨驱动器驱动电动机带动齿轮箱，从而带动叶片实现变桨。图1为现有技术中变桨系统的结构示意图，参照图1，一般来说，变桨驱动器依据变桨控制器发出的变桨信号(如使能信号和速度信号)进行变桨。然而，一旦变桨控制器电源故障，或者变桨控制器出现死机而导致失效时，变桨驱动器将不再受控制，风力发电机面临飞车的危险，使得风力发电机组的安全性能降低。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于，提供一种风力发电机组的变桨控制装置及变桨系统，以实现基于线路切换方式在变桨控制器发生故障或未发生故障时，接通相应的信号通路为变桨驱动器提供顺桨信号以执行变桨操作，从而提高风力发电机组的安全性能。
为实现上述实用新型目的，本实用新型的实施例提供了一种风力发电机组的变桨控制装置，所述装置包括线路切换电路、顺桨信号生成电路及变桨控制器，所述顺桨信号生成电路及变桨控制器分别与所述线路切换电路连接；所述线路切换电路用于在检测到所述变桨控制器发生故障时，切断所述变桨控制器与变桨驱动器之间的第一信号通路，并接通所述顺桨信号生成电路与所述变桨驱动器之间的第二信号通路，在检测到所述变桨控制器未发生故障时，接通所述第一信号通路，并切断所述第二信号通路。
优选地，所述线路切换电路包括依次连接的控制器故障检测电路和控制开关；
所述控制器故障检测电路用于实时检测所述变桨控制器输出的心跳脉冲信号，当未检测到所述心跳脉冲信号或确定所述心跳脉冲信号异常时，生成第一控制信号，当检测到所述心跳脉冲信号正常时，生成第二控制信号，并将所述第一控制信号及第二控制信号发送给所述控制开关；
所述控制开关，用于根据所述第一控制信号切断所述第一信号通路，并接通所述第二信号通路；根据第二控制信号接通所述第一信号通路，并切断所述第二信号通路。
优选地，所述控制器故障检测电路包括计数器、数模转换器、以及比较器；
所述计数器的输入端与所述变桨控制器的心跳脉冲信号输出端相连接，所述计数器的输出端与所述数模转换器的输入端相连接，所述数模转换器的输出端与所述比较器的反相输入端相连接，所述比较器的正相输入端连接阈值电压，所述比较器的输出端输出所述第一控制信号或所述第二控制信号。
优选地，所述控制开关为继电器，所述继电器的电磁控制部与所述比较器的输出端相连接；所述继电器的第一开关部的第一端连接所述变桨驱动器的速度给定端，第二端及第三端分别连接所述变桨控制器的速度给定端与所述顺桨信号生成电路的速度给定端；所述继电器的第二开关部的第一端连接所述变桨驱动器的使能给定端，第二端及第三端分别连接所述变桨控制器的使能给定端与所述顺桨信号生成电路的使能给定端；
所述继电器的电磁控制部在收到所述第一控制信号时，控制所述第一开关部的第一端与第二端断开且与第三端连通，并控制所述第二开关部的第一端与第二端断开且与第三端连通；所述继电器的电磁控制部在收到所述第二控制信号时，控制所述第一开关部的第一端与第三端断开且与第二端连通，并控制所述第二开关部的第一端与第三端断开且与第二端连通。
优选地，所述顺桨信号生成电路的使能给定端用于输出使能信号；所述顺桨信号生成电路的速度给定端用于输出速度信号；
所述顺桨信号生成电路包括：
DC/DC电源模块，外接变桨系统的充电器或备用电源，用于输出所述使能信号；以及
降压电路，与所述DC/DC电源模块相连接，用于将所述使能信号降压处理得到所述速度信号。
优选地，所述变桨控制器为PLC。
本实用新型的实施例还提供了一种风力发电机组的变桨系统，所述系统包括：变桨驱动器以及如前述实施例所述的风力发电机组的变桨控制装置。
本实用新型实施例提供的风力发电机组的变桨控制装置及变桨系统，在检测到变桨控制器发生故障时，通过线路切换电路接通顺桨信号生成电路与变桨驱动器之间的信号通路，使得顺桨信号生成电路成为可替代的顺桨信号来源，提供顺桨信号给变桨驱动器以执行变桨控制，从而提高了风力发电机组的安全性能，避免了风力发电机飞车事故。同时，在未检测到发生故障时，接通变桨控制器与变桨驱动器之间的信号通路，仍由变桨控制器为变桨驱动器提供顺桨信号来源，不会影响整体的运行。
附图说明
图1为现有技术中变桨系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例一的风力发电机组的变桨控制装置的结构示意图；为方便理解，图中示出了变桨驱动器；
图3为本实用新型实施例二的风力发电机组的变桨控制装置的另一结构示意图；为方便理解，图中示出了变桨驱动器；
图4为本实用新型实施例二的控制器故障检测电路的电路示意图；
图5为本实用新型实施例四的风力发电机组的变桨控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例风力发电机组的变桨控制装置及变桨系统进行详细描述。
实施例一
图2为本实用新型实施例一的风力发电机组的变桨控制装置的结构示意图，参照图2，风力发电机组的变桨控制装置包括线路切换电路210、顺桨信号生成电路220及变桨控制器230，顺桨信号生成电路220及变桨控制器230分别与线路切换电路210连接。
线路切换电路210用于在检测到变桨控制器230发生故障时，切断变桨控制器230与变桨驱动器之间的第一信号通路，并接通顺桨信号生成电路220与变桨驱动器之间的第二信号通路，在检测到变桨控制器230未发生故障时，接通第一信号通路，并切断第二信号通路。这里需要强调的是，“第一”、“第二”只是一种用于区别不同信号通路的指代，并不用以限定具体的信号通路。
本实用新型实施例的风力发电机组的变桨控制装置，在检测到变桨控制器发生故障时，通过线路切换电路接通顺桨信号生成电路与变桨驱动器之间的信号通路，使得顺桨信号生成电路成为可替代的顺桨信号来源，提供顺桨信号给变桨驱动器以执行变桨控制，从而提高了风力发电机组的安全性能，避免了风力发电机飞车事故。同时，在未检测到发生故障时，接通变桨控制器与变桨驱动器之间的信号通路，仍由变桨控制器为变桨驱动器提供顺桨信号来源，不会影响整体的运行。
实施例二
图3为本实用新型实施例二的风力发电机组的变桨控制装置的另一结构示意图。可视为图2所示装置实施例的一种具体实现方式。参照图3，相比图2所示实施例的装置结构，图3中具体示出了线路切换电路的具体实现方式，以及控制开关的具体实现方式。
如图3所示，线路切换电路210包括依次连接的控制器故障检测电路310和控制开关320，控制器故障检测电路310用于实时检测变桨控制器输出的心跳脉冲信号，当未检测到心跳脉冲信号或确定心跳脉冲信号异常时，生成第一控制信号，当检测到心跳脉冲信号正常时，生成第二控制信号，并将第一控制信号及第二控制信号发送给控制开关320。控制开关320用于根据第一控制信号切断第一信号通路，并接通第二信号通路；根据第二控制信号接通第一信号通路，并切断第二信号通路。优选地，变桨控制器230可为PLC。
首先，以下对线路切换电路210中的控制器故障检测电路310进行详细介绍。
具体地，图4为本实用新型实施例二的控制器故障检测电路的电路示意图，参照图4，控制器故障检测电路310包括计数器410、数模转换器420、以及比较器430；计数器410的输入端与变桨控制器230的心跳脉冲信号输出端相连接，计数器410的输出端与数模转换器420的输入端相连接，数模转换器420的输出端与比较器430的反相输入端相连接，比较器430的正相输入端连接阈值电压，比较器430的输出端输出第一控制信号或第二控制信号。
通过计数器410和数模转换器420将变桨控制器230输出的心跳脉冲信号转换成直流电压信号，其输出电压VA作为比较器430的反相输入端的输入电压，比较器430的正相输入端输入阈值电压VB。当变桨控制器230输出心跳脉冲信号时，VA大于VB，比较器430输出低电平，在实际应用中，还可在比较器430之后连接一个继电器，由该继电器对控制开关320进行控制，此时继电器不得电，其常闭触点保持闭合。当心跳脉冲信号消失时，VA小于VB，比较器430输出高电平，继电器得电，其常闭触点断开。
可替代的是，控制器故障检测电路310也可通过触发器实现，变桨控制器230输出心跳脉冲信号作为触发器输入信号，可在脉冲上升沿触发，触发后输出高电平，输出脉宽应适当大于变桨控制器的心跳脉冲信号的脉冲周期，这样在触发器输出的高电平将跳变成低电平之前，心跳脉冲信号的下一个上升沿又将触发器触发。由此，只要心跳脉冲信号正常，触发器输出就保持高电平。此触发器输出可用来控制一个继电器的常开触点，变桨控制器心跳脉冲信号正常时，继电器线圈得电，该触点处于闭合状态。心跳脉冲信号消失时，继电器线圈失电，触点断开。以上说明的控制器故障检测电路310并非全部的可实施方式，也可通过F/V转换电路或者滤波电路等实现。
可见，控制器故障检测电路310具有将心跳脉冲信号转换为直流电压信号的功能，当输入脉冲频率幅值一定时，可输出持续而稳定的直流电压，当输入心跳脉冲信号消失时，输出应为0V，以控制控制开关动作。在实际应用中，本电路可视为变桨控制器230的硬件看门狗，目的是实时检测变桨控制器230是否异常，需要说明的是，在变桨控制器230正常或异常情况下，上述比较器430相应输出的低电平或者高电平可视为前述控制信号，使得控制开关320根据该控制信号执行相应的动作。
其次，以下对线路切换电路210中的控制开关320进行详细介绍。
具体地，如图3所示，控制开关320可以为继电器，继电器的电磁控制部与控制器故障检测电路310中的比较器430的输出端相连接；继电器的第一开关部的第一端连接变桨驱动器的速度给定端，第二端及第三端分别连接变桨控制器的速度给定端与顺桨信号生成电路的速度给定端；继电器的第二开关部的第一端连接变桨驱动器的使能给定端，第二端及第三端分别连接变桨控制器的使能给定端与顺桨信号生成电路的使能给定端；继电器的电磁控制部在收到第一控制信号时，控制第一开关部的第一端与第二端断开且与第三端连通，并控制第二开关部的第一端与第二端断开且与第三端连通；继电器的电磁控制部在收到第二控制信号时，控制第一开关部的第一端与第三端断开且与第二端连通，并控制第二开关部的第一端与第三端断开且与第二端连通。
在具体的实现方式中，以控制开关320为继电器为例，图3所示的第一开关部的第一端、第二端及第三端组成继电器的一个触点组，一个触点组包括一个动触点如第一端，两个静触点(即静触点1和静触点2)如第二端和第三端。同理，第二开关部的第一端、第二端及第三端也组成继电器的一个触点组。继电器的电磁控制部就是通常所说的线圈，无论线圈是得电还是失电，第一开关部和第二开关部均同时动作。
具体地，继电器的触点类型是转换型触点。线圈失电时，动触点与一个静触点闭合，与另一个静触点断开，线圈得电后，动触点通过移动与原来成闭合状态的静触点断开，与原来成断开状态的静触点闭合。从而实现通过两个触点组达到转换的目的。
控制器故障检测电路310接收变桨控制器230输出的心跳脉冲信号，变桨控制器230的速度给定端和使能给定端分别连接第一开关部的静触点1和第二开关部的静触点1。当检测心跳脉冲信号正常时，控制器故障检测电路310输出低电平，继电器失电，第一开关部的静触点1与第一开关部的动触点保持闭合，第二开关部的静触点1与第二开关部的动触点保持闭合，变桨驱动器的使能信号和速度信号来自于变桨控制器230。
当变桨控制器出现故障时，心跳脉冲信号消失，控制器故障检测电路310输出高电平，继电器得电，两个开关部同时动作，即继电器线圈的带电吸合作用使得第一开关部的动触点移动与第一开关部静触点2成闭合状态，且第二开关部的动触点移动与第二开关部静触点2成闭合状态，而与第一开关部的静触点2和第二开关部的静触点2连接的分别是顺桨信号生成电路220的速度给定端和使能给定端，此时，变桨驱动器的使能给定和速度给定来源转换为顺桨信号生成电路220。从而保证了在变桨控制器失效情况下，仍然可以执行顺桨，保证了风力发电机组安全。
在本实施例中，控制器故障检测电路310所控制也可以是常开触点，不限于此。相应地，控制继电器也可以是得电时动作，引发变桨驱动器的使能和速度给定来源发生转换。因此，只要保证线圈及触点的动作配合能达到控制转换变桨驱动器的使能和速度给定来源即可。
需要说明的是，顺桨信号生成电路220的使能给定端用于输出使能信号；顺桨信号生成电路220的速度给定端用于输出速度信号；，顺桨信号生成电路220可包括：DC/DC电源模块，外接变桨系统的充电器或备用电源，用于输出使能信号，降压电路，与DC/DC电源模块相连接，用于将使能信号降压处理得到速度信号。
在具体的实现方式中，顺桨信号生成电路220可生成两路电压信号，一路是作为变桨驱动器使能给定输入，电压大小需满足变桨驱动器使能给定端的输入要求，另一路作为变桨驱动器速度给定输入，电压大小需满足顺桨时此速度给定端的输入要求。顺桨信号生成电路220可从变桨系统的充电器输出取电，也可从内部备用电源取电，经DC/DC电源模块将电压转换为变桨驱动器使能给定端要求的输入电压，再经降压电路转换为变桨驱动器速度给定端要求的输入电压。这里，直流降压还可采用Buck斩波电路，或者采用基于稳压器件的线性降压方法。
在前述实施例的基础上，本实用新型实施例还具有如下技术效果：
一是，与现有技术相比，增加的控制器故障检测电路，可时刻检测控制器心跳脉冲信号是否正常。
二是，通过控制继电器控制变桨驱动器使能给定和速度给定来源转换，采用顺桨信号生成电路作为备用，使得变桨控制器不再是变桨驱动器可执行顺桨命令的唯一控制源。并且，不对原有变桨控制器和变桨驱动器组成的变桨系统造成影响。
三是，变桨控制器正常工作情况下，变桨驱动器的使能给定和速度给定由变桨控制器控制，控制器失效情况下，控制器故障检测电路引发控制继电器动作，变桨驱动器的使能给定和速度给定来源转换为顺桨信号生成电路，并开始进行顺桨，避免了危险的发生。
实施例三
风力发电机组的变桨系统包括变桨驱动器以及如前述实施例一或实施例二所述的风力发电机组的变桨控制装置。本实用新型实施例的风力发电机组的变桨系统，与现有技术相比，具有以下技术特征：
一方面，变桨系统中相当于存在两个可控制变桨驱动器执行顺桨的控制源，即变桨控制器和变桨控制装置，在变桨控制器故障时，变桨驱动器的控制来源由变桨控制器切换为变桨控制装置，使得变桨驱动器仍能够得到顺桨信号，实现及时、快速地做出相应动作，避免了风力发电机飞车事故，极大地提高了系统安全性能。
另一方面，变桨控制器正常工作下，变桨驱动器仍由变桨控制器控制，加入的风力发电机组的变桨控制装置不会影响系统整体的运行。
实施例四
图5为本实用新型实施例四的风力发电机组的变桨控制方法的流程示意图，如图5所示，风力发电机组的变桨控制方法基于前述实施例一或实施例二所述的风力发电机组的变桨控制装置实现，该变桨控制方法包括：
步骤510：检测变桨控制器是否发生故障；
具体地，变桨控制器在正常工作时会输出心跳脉冲信号，因此，根据本实用新型示例性的实施例，步骤510可包括：实时检测变桨控制器是否输出心跳脉冲信号；当未检测到心跳脉冲信号或确定心跳脉冲信号异常时，确定变桨控制器发生故障；当检测到心跳脉冲信号正常时，确定变桨控制器未发生故障。
步骤520：在检测到变桨控制器发生故障时，切断变桨控制器与变桨驱动器之间的第一信号通路，并接通顺桨信号生成电路与变桨驱动器之间的第二信号通路。
具体地，顺桨信号生成电路与变桨驱动器之间第二信号通路被接通，那么，就可通过接通的第二信号通路将顺桨信号传输给变桨驱动器。
需要说明的是，第一信号通路可包括变桨驱动器的速度给定端与顺桨信号生成电路的速度给定端之间的信号通路及变桨驱动器的使能给定端与顺桨信号生成电路的使能给定端之间的信号通路；
第二信号通路可包括变桨驱动器的速度给定端与变桨控制器的速度给定端之间的信号通路及变桨驱动器的使能给定端与变桨控制器的使能给定端之间的信号通路。
步骤530：在检测到变桨控制器未发生故障时，接通第一信号通路，并切断第二信号通路。
在具体的实现方式中，当检测到心跳脉冲信号时，即表明变桨控制器正常工作未发生故障，那么接通变桨控制器与变桨驱动器之间的第一信号通路，并切断顺桨信号生成电路与变桨驱动器之间的第二信号通路，也就是说，仍然由变桨控制器充当变桨驱动器的使能给定和速度给定的来源。
本实用新型提供的风力发电机组的变桨控制方法，在检测到变桨控制器发生故障时，接通顺桨信号生成电路与变桨驱动器之间的信号通路，由顺桨信号生成电路为变桨驱动器提供可替代的顺桨信号来源，使得变桨驱动器执行变桨控制，避免了风力发电机飞车事故，极大地提高了系统安全性能。同时，在未检测到变桨控制器发生故障时，接通变桨控制器与变桨驱动器之间的信号通路，仍由变桨控制器为变桨驱动器提供顺桨信号来源，不会影响整体的运行。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种风力发电机组的变桨控制装置，其特征在于，包括线路切换电路、顺桨信号生成电路及变桨控制器，所述顺桨信号生成电路及变桨控制器分别与所述线路切换电路连接；
所述线路切换电路用于在检测到所述变桨控制器发生故障时，切断所述变桨控制器与变桨驱动器之间的第一信号通路，并接通所述顺桨信号生成电路与所述变桨驱动器之间的第二信号通路；在检测到所述变桨控制器未发生故障时，接通所述第一信号通路，并切断所述第二信号通路。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线路切换电路包括依次连接的控制器故障检测电路和控制开关；
所述控制器故障检测电路用于实时检测所述变桨控制器输出的心跳脉冲信号，当未检测到所述心跳脉冲信号或确定所述心跳脉冲信号异常时，生成第一控制信号，当检测到所述心跳脉冲信号正常时，生成第二控制信号，并将所述第一控制信号及第二控制信号发送给所述控制开关；
所述控制开关，用于根据所述第一控制信号切断所述第一信号通路，并接通所述第二信号通路；根据第二控制信号接通所述第一信号通路，并切断所述第二信号通路。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制器故障检测电路包括计数器、数模转换器、以及比较器；
所述计数器的输入端与所述变桨控制器的心跳脉冲信号输出端相连接，所述计数器的输出端与所述数模转换器的输入端相连接，所述数模转换器的输出端与所述比较器的反相输入端相连接，所述比较器的正相输入端连接阈值电压，所述比较器的输出端输出所述第一控制信号或所述第二控制信号。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制开关为继电器，所述继电器的电磁控制部与所述比较器的输出端相连接；所述继电器的第一开关部的第一端连接所述变桨驱动器的速度给定端，第二端及第三端分别连接所述变桨控制器的速度给定端与所述顺桨信号生成电路的速度给定端；所述继电器的第二开关部的第一端连接所述变桨驱动器的使能给定端，第二端及第三端分别连接所述变桨控制器的使能给定端与所述顺桨信号生成电路的使能给定端；
所述继电器的电磁控制部在收到所述第一控制信号时，控制所述第一开关部的第一端与第二端断开且与第三端连通，并控制所述第二开关部的第一端与第二端断开且与第三端连通；所述继电器的电磁控制部在收到所述第二控制信号时，控制所述第一开关部的第一端与第三端断开且与第二端连通，并控制所述第二开关部的第一端与第三端断开且与第二端连通。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述顺桨信号生成电路的使能给定端用于输出使能信号；所述顺桨信号生成电路的速度给定端用于输出速度信号；
所述顺桨信号生成电路包括：
DC/DC电源模块，外接变桨系统的充电器或备用电源，用于输出所述使能信号；以及
降压电路，与所述DC/DC电源模块相连接，用于将所述使能信号降压处理得到所述速度信号。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的装置，其特征在于，所述变桨控制器为PLC。
7.一种风力发电机组的变桨系统，其特征在于，包括变桨驱动器以及如权利要求1～6中任一项所述的风力发电机组的变桨控制装置。
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