CN209354296U - 一种保证风电机组安全的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种保证风电机组安全的控制系统，包括风轮机、主控制器、变桨距系统、风轮转速监测器、偏航系统、刹车继电器、机械刹车机构；所述风轮转速监测器用于监测风轮机的转速，风轮转速监测器设置在风轮机的转轴上，风轮转速监测器预设安全转速值；所述风轮转速监测器与主控制器、偏航系统之间分别用信号电缆连接；所述偏航系统用于进行90度侧风偏航以及正常运行对风；本实用新型可以在风电机组发生故障并且三个叶片顺桨全部故障的这种极端情况下，防止风力发电机组风轮发生飞车，极大保护风电机组各个设备，增加风电机组的安全性，同时避免了因飞车导致发电机组倒塌带来的损失。

Description

一种保证风电机组安全的控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种保证风电机组安全的控制系统，属于风力发电机设备技术领域。

背景技术

目前的大功率风力发电机组在运行过程中，都是运行在无人值守状态下，风力发电机组本地控制系统对各种运行工况自动控制，根据风速大小自动调整发电功率、风轮转速，自动对风，自动控制并网、脱网等，并且可以远程监控风力发电机组，远程监控采集风力发电机组的各种数据、人工操作风力发电机组。

风力发电机组具有完善的保护功能，如有故障自动报警停机，通常风力发电机组的保护功能有超速、发电机过载和故障、过振动、电网或负载丢失、脱网时停机失败、变桨故障等。保护环节为多级安全链互锁，在控制过程中具有“逻辑与”的功能，而在达到控制目标方面可实现“逻辑或”的结果。保护环节以失效保护为原则进行设计，即当控制失败，风电机组内部或外部故障引起机组不能正常运行时，系统安全保护系统动作。

现在的大功率风力发电机组的变桨一般采用三个叶片分别独立变桨，风力发电机组出现故障后，三个叶片自动顺桨到停机状态。当一个或者两个叶片的变桨出现故障时，不能有效返回停机位置，有一个叶片的变桨能够返回到停机位置，风力发电机组即可安全停机。

但是有一个概率极低的故障状态，即风力发电机组出现故障，三个叶片全部出现故障，都不能返回停机位置，这时风力发电机组的负载甩掉，叶片又在运行位置，风轮会越转越快，形成飞车，当转速超过一定数值后，振动加强，超越了叶片的强度、各个部件的强度，叶片、各个部件的连接出现断裂，如果其中一个叶片断裂，叶片旋转振动会更加强烈，最后导致风力发电机组倒塌，产生巨大损失。这种情况下，国内发生了多起风力发电机组倒塌的恶性事件。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种保证风电机组安全的控制系统，可以在风电机组发生故障并且三个叶片顺桨全部故障的这种极端情况下，防止风力发电机组风轮发生飞车，极大保护风电机组各个设备，增加风电机组的安全性，同时避免了因飞车导致发电机组倒塌带来的损失；

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种保证风电机组安全的控制系统，包括风轮机、主控制器、变桨距系统、风轮转速监测器、偏航系统、刹车继电器、机械刹车机构；

所述风轮转速监测器用于监测风轮机的转速，风轮转速监测器设置在风轮机的转轴上，风轮转速监测器预设安全转速值；所述风轮机转速低于风轮转速监测器预设安全转速值，风轮机不会发生飞车现象；所述风轮机转速高于风轮转速监测器预设安全转速值，风轮机存在发生飞车的危险；所述风轮转速监测器与主控制器、偏航系统之间分别用信号电缆连接；所述偏航系统用于进行90度侧风偏航以及正常运行对风；

进一步的，所述偏航系统包括偏航控制器、偏航电机、偏航执行机构、偏航制动器、偏航计数器；所述偏航控制器与偏航电机和偏航计数器分别电连接；

进一步的，所述偏航电机设置在机舱内，偏航电机数量优选为2的倍数，所述偏航电机接收偏航控制器发出指令开启或者关闭；所述偏航电机开启时驱动偏航执行机构进行偏航动作；所述偏航执行机构上设置偏航制动器；所述偏航制动器用于停止偏航时机舱刹车；

进一步的，所述偏航计数器用于记录偏航角度，偏航计数器发出信号给偏航控制器，偏航控制器分析信号，当偏航角度与风向为90度时，发出停止偏航指令；所述刹车继电器与风轮转速监测器之间通过信号线缆连接；所述刹车继电器为机械刹车机构的启动开关；

进一步的，所述主控制器对整个系统有监督控制功能；所述主控制器优选西门子S7-1200PLC，所述主控制器的人机交换界面为触摸屏，主控制器与触摸屏之间用Profi-bus-DP通讯；所述主控制器与变桨距系统电连接；所述变桨距系统设置在风轮机上，变桨距系统控制风轮机的叶片进行变桨；所述风轮机出现变桨故障时，所述变桨距系统将故障信息传递到主控制器；

本实用新型采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

本实用新型在风电机组发生故障并且三个叶片顺桨全部故障的这种极端情况下，如果风轮机的转速高于风轮转速监测器预设安全值，启动90度侧风偏航使风力发电机组的叶轮迎风方向变为与风向垂直，即叶片的旋转平面与风向平行，使风从侧面吹到叶片上，三个叶片产生大小相同方向相反的两个力矩，这两个力矩互相抵消，使风电机组的叶轮转速会逐渐降低，直至停机，防止发生飞车，极大保护风电机组各个设备，增加风电机组的安全性。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图中，

1-风轮机，2-主控制器，3-变桨距系统，4-风轮转速监测器，5-偏航系统，51-偏航控制器，52-偏航电机，53-偏航执行机构，54-偏航制动器，55-偏航计数器，6-刹车继电器，7-机械刹车机构。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

实施例1一种保证风电机组安全的偏航控制装置

如图1所示，本实用新型提供一种保证风电机组安全的控制系统，包括风轮机1、主控制器2、变桨距系统3、风轮转速监测器4、偏航系统5、刹车继电器6、机械刹车机构7；

所述主控制器2对整个系统有监督控制功能；所述主控制器2优选西门子S7-1200PLC，所述主控制器2的人机交换界面为触摸屏，主控制器2与触摸屏之间用Profi-bus-DP通讯；所述主控制器2与变桨距系统3电连接；

所述变桨距系统3设置在风轮机1上，变桨距系统3控制风轮机1的叶片进行变桨；所述风轮机1出现变桨故障时，所述变桨距系统3将故障信息传递到主控制器2；

所述风轮转速监测器4用于监测风轮机1的转速，风轮转速监测器4设置在风轮机1的转轴上，风轮转速监测器4预设安全转速值；所述风轮机1转速低于风轮转速监测器4预设安全转速值，风轮机1不会发生飞车现象；所述风轮机1转速高于风轮转速监测器4预设安全转速值，风轮机1存在发生飞车的危险；所述风轮转速监测器4与主控制器2、偏航系统5分别用信号电缆连接；

所述偏航系统5用于进行90度侧风偏航以及正常运行对风；所述偏航系统5包括偏航控制器51、偏航电机52、偏航执行机构53、偏航制动器54、偏航计数器55；

所述偏航控制器51与偏航电机52和偏航计数器55分别电连接；

所述偏航电机52设置在机舱内，偏航电机52数量优选为2的倍数，所述偏航电机52接收偏航控制器51发出指令开启或者关闭；所述偏航电机52开启时驱动偏航执行机构53进行偏航动作；

所述偏航执行机构53上设置偏航制动器54；所述偏航制动器54用于停止偏航时机舱刹车；

所述偏航计数器55用于记录偏航角度，偏航计数器55发出信号给偏航控制器51，偏航控制器51分析信号，当偏航角度与风向为90度时，发出停止偏航指令；

所述刹车继电器6与风轮转速监测器4之间通过信号线缆连接；所述刹车继电器6为机械刹车机构7的启动开关；

本实用新型所述一种保证风电机组安全的控制系统的工作步骤：

步骤一：当风电机组发生故障时，所述主控制器2发送顺桨指令到变桨距系统3，如果风轮机1的三个叶片全部发生变桨故障，所述变桨距系统3将三个叶片全部变桨故障信号传递给主控制器2；

步骤二：所述主控制器2接收处理变桨故障信号后，发送信号指令到风轮转速监测器4，风轮转速监测器4接收主控制器2发送的指令监测分析风轮机1的转速是否超过预设安全值，若风轮机1的转速低于预设安全值，则风轮机1不存在飞车危险，此时风轮转速监测器4将信号传递回主控制器2，主控制器2发送信号指令到刹车继电器6，刹车继电器6闭合，启动机械刹车机构7，风轮机1机械刹车；

步骤三：若风轮机1的转速高于预设安全值，则风轮机1存在飞车危险，此时风轮转速监测器4将信号传递到偏航控制器51；

步骤四：所述偏航控制器51接收处理风轮转速监测器4的信号后自动屏蔽主动偏航对风系统，并发出90度侧风偏航指令到偏航电机52；

步骤五：所述偏航电机52接收偏航控制器51发来的90度侧风偏航指令后，启动并驱动偏航执行机构53进行偏航动作；这时偏航计时器55开始记录偏航角度，当偏航角度达到90度时停止偏航，同时偏航制动器54抱闸刹车；此时风力发电机组的叶轮迎风方向变为与风向垂直，即叶片的旋转平面与风向平行，使风从侧面吹到叶片上，三个叶片产生大小相同方向相反的两个力矩，这两个力矩互相抵消，使风电机组的叶轮转速会逐渐降低，直至停机，防止发生飞车；

本实施例，在风电机组发生故障并且三个叶片顺桨全部故障的这种极端情况下，如果风轮机1的转速高于风轮转速监测器4预设安全值，启动90度侧风偏航使风力发电机组的叶轮迎风方向变为与风向垂直，即叶片的旋转平面与风向平行，使风从侧面吹到叶片上，三个叶片产生大小相同方向相反的两个力矩，这两个力矩互相抵消，使风电机组的叶轮转速会逐渐降低，直至停机，防止发生飞车，极大保护风电机组各个设备，增加风电机组的安全性。

以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种保证风电机组安全的控制系统，其特征在于：包括风轮机（1）、主控制器（2）、变桨距系统（3）、风轮转速监测器（4）、偏航系统（5）、刹车继电器（6）、机械刹车机构（7）；所述风轮转速监测器（4）用于监测风轮机（1）的转速，风轮转速监测器（4）设置在风轮机（1）的转轴上，风轮转速监测器（4）预设安全转速值；所述风轮机（1）转速低于风轮转速监测器（4）预设安全转速值，风轮机（1）不会发生飞车现象；所述风轮机（1）转速高于风轮转速监测器（4）预设安全转速值，风轮机（1）存在发生飞车的危险；所述风轮转速监测器（4）与主控制器（2）、偏航系统（5）之间分别用信号电缆连接；所述偏航系统（5）用于进行90度侧风偏航以及正常运行对风。

2.如权利要求1所述的一种保证风电机组安全的控制系统，其特征在于：所述偏航系统（5）包括偏航控制器（51）、偏航电机（52）、偏航执行机构（53）、偏航制动器（54）、偏航计数器（55）；所述偏航控制器（51）与偏航电机（52）和偏航计数器（55）分别电连接。

3.如权利要求1所述的一种保证风电机组安全的控制系统，其特征在于：所述偏航电机（52）设置在机舱内，偏航电机（52）数量为2的倍数，所述偏航电机（52）接收偏航控制器（51）发出指令开启或者关闭；所述偏航电机（52）开启时驱动偏航执行机构（53）进行偏航动作；所述偏航执行机构（53）上设置偏航制动器（54）；所述偏航制动器（54）用于停止偏航时机舱刹车。

4.如权利要求2所述的一种保证风电机组安全的控制系统，其特征在于：所述偏航计数器（55）用于记录偏航角度，偏航计数器（55）发出信号给偏航控制器（51），偏航控制器（51）分析信号，当偏航角度与风向为90度时，发出停止偏航指令；所述刹车继电器（6）与风轮转速监测器（4）之间通过信号线缆连接；所述刹车继电器（6）为机械刹车机构（7）的启动开关。

5.如权利要求1所述的一种保证风电机组安全的控制系统，其特征在于：所述主控制器（2）对整个系统有监督控制功能；所述主控制器（2）为西门子S7-1200PLC，所述主控制器（2）的人机交换界面为触摸屏，主控制器（2）与触摸屏之间用Profi-bus-DP通讯；所述主控制器（2）与变桨距系统（3）电连接；所述变桨距系统（3）设置在风轮机（1）上，变桨距系统（3）控制风轮机（1）的叶片进行变桨；所述风轮机（1）出现变桨故障时，所述变桨距系统（3）将故障信息传递到主控制器（2）。