CN211737377U

CN211737377U - 一种风电机组变桨监测控制系统

Info

Publication number: CN211737377U
Application number: CN201922224442.5U
Authority: CN
Inventors: 陈兆圣; 辛理夫; 田月葆; 高俊亮; 张亮; 张爵
Original assignee: Ruidian Technology Co ltd
Current assignee: Ruidian Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2029-12-12

Abstract

一种风电机组变桨监测控制系统，包括竖直设置在地面上的塔筒，塔筒的顶端设置有机舱，机舱上设置有风轮；所述风轮包括：叶片；轮毂，用于安装叶片并与机舱转动连接；变桨电机，设置在叶片与轮毂之间，用于使叶片变桨；导流罩，设置在轮毂外部；变桨监测装置，安装在导流罩内用于对叶片变桨进行检测；所述机舱内包括：控制单元以及报警单元，控制单元与变桨电机、变桨监测装置、报警单元电连接，当控制单元控制变桨电机对叶片进行变桨时，控制变桨监测装置对叶片变桨进行监测。采用如上结构，通过变桨监测装置对叶片的变桨过程进行监测，当检测到出现卡顿或卡浆的情况时，控制单元控制报警单元发出故障警报，保障风电机组的正常运行。

Description

一种风电机组变桨监测控制系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是指一种风电机组变桨监测控制系统。

背景技术

风力发电机组的控制系统中，变桨系统的安全、稳定、高效是机组控制部分的核心之一。变桨系统是控制叶片相对于旋转平面的位置角度的执行机构。风机在低风速时通过变桨系统将叶片旋转到最优工作位置，确保机组吸收更多的风能，提升机组在低风速段的发电能力。风机在高风速(额定风速以上)时，通过变桨系统实时调整叶片的角度，确保机组的转速持续稳定在额定转速附近运行。

变桨系统在风机安全稳定运行中，起到最重要的作用。风机受大阵风的突发事件，由于风机系统机械机构存在大惯性，机组的响应滞后，风机存在超速风险。当机组存在超速情况下，变桨系统迅速响应，触发变桨系统安全链故障，快速使机组的叶片向停机位置旋转，降低机组的旋转速度，避免出现叶片断裂、飞车、倒塌的等严重事故。

现有风机已在役运行多年，风机变桨系统部件老化且变桨系统关键信息监控不完善，极易出现变桨系统中的变桨驱动器过载现象，由于叶片轴承的老化，容易出现叶片卡桨现象，而机组的主控系统无法识别卡桨问题。当前现有技术中变桨系统只检测变桨电机温度，变桨电机温度过高，机组开始报警及停机，监控软件无叶片卡桨问题警告提醒。

变桨系统中的变桨力矩过大容易引起变桨电机严重过载、变桨驱动器过流，变桨电机严重过载时变桨驱动器将启动本地保护逻辑，进入自保护状态(变桨驱动器无法复位)，不受风机的主控控制，只有当过流产生的热量消除之后，变桨变频器才能重新受控，进行顺桨。所以，当三个叶片同时发生严重过载，极易引起机组超速，威胁机组安全。

有鉴于此，亟需一种风电机组变桨监测控制系统，可对叶片的角度以及变桨的运行过程进行监控，使系统可以更为有效、快速获得叶片变桨的数据，从而保障风电机组的正常运行。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种风电机组变桨监测控制系统，以能对叶片的变桨过程进行监测，保障风电机组的正常运行。

本发明提供的风电机组变桨监测控制系统，包括竖直设置在地面上的塔筒，塔筒的顶端设置有机舱，机舱上设置有风轮；所述风轮包括：叶片；轮毂，用于安装叶片并与机舱转动连接；变桨电机，设置在叶片与轮毂之间，用于使叶片变桨；导流罩，设置在轮毂外部；变桨监测装置，安装在导流罩内用于对叶片变桨进行检测；所述机舱内包括：控制单元以及报警单元，控制单元与变桨电机、变桨监测装置、报警单元电连接，当控制单元控制变桨电机对叶片进行变桨时，控制变桨监测装置对叶片变桨进行监测。

采用如上结构，通过变桨监测装置可以对叶片的变桨过程进行监测，当检测到出现卡顿或者卡浆的情况时，控制单元控制报警单元发出警报，及时提醒对风电机组进行维修，保障风电机组的正常运行。

进一步地，所述变桨监测装置包括：设置在导流罩内叶片根部可供辨识的图案；以及设置在整流罩内用于拍摄图案的摄像头，通过拍摄图案的变化确定叶片的角度。

采用如上结构，当叶片变桨时，摄像头拍摄到的图案会相应的发生变化，通过摄像头拍摄的图案变化，可以确定叶片的角度变化，从而确定叶片在变桨过程中是否发生了卡顿或者卡浆的情况。

进一步地，所述图案为每隔一角度间隔多种颜色依次设置的色条。

采用如上结构，通过对摄像头拍摄图像中色条颜色的变化确认叶片的角度，可以使识别过程更加清晰准确，进而提高对叶片的角度判断的准确性。

进一步地，所述图案由反光漆涂覆。

采用如上结构，可以使图案更加容易被摄像头识别，进而提高对叶片的角度判断的准确性。

进一步地，所述摄像头为广角摄像头。

采用如上结构，可以增大摄像头拍摄的范围，从而使用一个摄像头即可对多个叶片的变桨过程进行监测。

进一步地，所述导流罩内还设置有与控制单元电连接的LED灯。

采用如上结构，可以对摄像头的拍摄提供照明，可以使拍摄的图像更加清晰准确，进而提高对叶片的角度判断的准确性。

进一步地，所述变桨监测装置包括：设置在导流罩内叶片根部沿叶片根部周向设置的电阻丝；设置在轮毂上与电阻丝滑动连接的滑片；与滑片电连接的电流表或电压表；通过电流表或电压表检测电阻丝的电流或电压确定叶片的角度。

采用如上结构，当叶片变桨时，滑片会相应的在电阻丝上滑动，通过与滑片电连接的电流表、电压表变化，可以确定叶片的角度变化，从而确定叶片在变桨过程中是否发生了卡顿或者卡浆的情况。

进一步地，还包括设置在机舱内检测风轮转速与控制单元电连接的转速传感器。

采用如上结构，可以对风轮的转速进行检测，当检测到风轮转速较低时，可以控制叶片变桨以吸收更多风能提高风轮转速；当检测到风轮转速超过安全阈值时，可以控制叶片变桨降低风轮转速，保证风电机组安全运行。

进一步地，还包括设置在机舱顶部的风速传感器及风向传感器；设置在塔筒与机舱连接位置调节机舱方向的偏航电机；其中，风速传感器、风向传感器及偏航电机与控制单元电连接。

采用如上结构，通过风速传感器、风向传感器检测到的风速及风向数据，控制单元控制偏航电机及变桨电机对风电机组风轮的方向及叶片的角度进行调整，以在保证风电机组安全的基础上获得最大风能。

附图说明

图1为第一实施方式中风电机组的结构示意图；

图2为图1中机舱及风轮部分剖开后的结构示意图；

图3为第一实施方式的电连接关系图；

图4为第二实施方式轮毂与叶片连接部分的结构示意图；

图5为第二实施方式中一种变桨监测装置的电路关系图；

图6为第二实施方式中另一种变桨监测装置的电路关系图。

附图标记说明

塔筒1；机舱2；风向传感器21；风速传感器22；偏航电机23；控制柜24；控制单元241；报警单元242；转速传感器25；风轮3；轮毂31；叶片32；变桨电机33；导流罩34；变桨监测装置35；广角摄像头351；图案352；电阻丝353；滑片354；电源355；电流表356；电压表357；上位机4。

具体实施方式

第一实施方式

下面参照附图，对本实用新型的第一实施方式进行说明。

如图1为第一实施方式中风电机组的结构示意图。如图1所示，风电机组包括：竖直固定在地面上的圆柱形塔筒1，水平设置在塔筒 1顶部的圆柱形机舱2，以及设置在机舱2一端的风轮3。其中风轮3 可在机舱2上转动，机舱2可在塔筒1上转动。

如图2示出了图1中机舱2及风轮3部分剖开后的结构示意图。如图2所示，机舱2后端(指定风轮3安装端为前端)顶部设置有风向传感器21及风速传感器22，可以分别检测风向及风速。机舱2内设置有偏航电机23以及控制柜24，偏航电机23可以调节机舱2在塔筒1上的方向角，进而可以调节风轮3的方向；机舱2内的前端安装风轮3位置设置有转速传感器25，用于检测风轮3的转速。风轮3 包括与机舱2转动连接的轮毂31，以及安装在轮毂31上的三个叶片 32，三个叶片32安装后，叶片32之间呈120°角。叶片32与轮毂 31的连接位置设置有变桨电机33，可以调节叶片32的角度。轮毂31 外设置有导流罩34，可以对空气进行导流，同时可以保护内部零件。

另外，如图2所示还具有监测叶片32角度的变桨监测装置35。具体包括设置在导流罩34内部顶端的广角摄像头351，设置在导流罩 34内部靠近叶片32位置的一圈LED灯条，以及设置在叶片32根部位于导流罩34内部的环绕叶片32涂覆的可供辨识的图案352，例如是每隔一角度间隔多种颜色依次设置的色条，色条采用反光漆涂覆。通过广角摄像头351拍摄叶片32上露出的图案352可以确定叶片32 的角度。

图3为第一实施方式的电路关系图。如图3所示，还包括控制单元241，以及与控制单元241电连接的风向传感器21、风速传感器22、转速传感器25、偏航电机23、变桨电机33、广角摄像头351、LED 灯条、上位机4、报警单元242。其中控制单元241、报警单元242 设置在控制柜24内，转速传感器25设置在机舱2内风轮3安装位置。

工作时，风向传感器21将风向数据传递给控制单元241，控制单元241控制偏航电机23转动调节风轮3的方向，使风轮3的正面朝向风吹来的方向；风速传感器22、转速传感器25将风速及风轮3的转速数据传递给控制单元241，当风速较低、风轮3转速不足时，控制单元241可以控制变桨电机33转动，调节叶片32旋转到最优工作位置，确保机组吸收更多的风能，提升机组在低风速段的发电能力。风机在高风速(额定风速以上)时，控制单元241控制变桨电机33 调整叶片32的角度，确保机组的转速持续稳定在额定转速附近运行。当叶片32进行变桨时，控制单元241可以控制LED灯条点亮，将封闭的导流罩34内的空间照亮。同时控制单元241控制广角摄像头351 工作拍摄叶片32变桨过程，通过广角摄像头351识别图案352，可以确认叶片32的角度以及叶片32变桨过程是否顺利，是否有卡顿及卡浆(叶片32未转到预定位置即无法转动)的现象发生。当叶片32发生卡顿或者卡浆情况，控制单元241控制报警单元242发出警报，提醒工作人员维修或更换零部件。通过上位机4可以访问控制单元241，查看上述各项参数，并进行相应的参数调整。

第二实施方式

另外，本申请还提供了第二实施方式。

图4为第二实施方式轮毂31与叶片32连接部分的结构示意图。图5为第二实施方式中一种变桨监测装置的电路关系图。如图4所示，第二实施方式与第一实施方式相比，将变桨监测装置35中的广角摄像头351、LED灯条及图案352替换为：设置在导流罩34内叶片32根部的围绕叶片32根部周向设置的一圈开环的具有两个端部的电阻丝353，设置在轮毂31上与电阻丝353滑动连接的滑片354，以及设置在轮毂31上的电源355、电流表356，其中，电流表356与控制单元241电连接。如图5所示，电源355、电流表356、电阻丝353、滑片354串联。当叶片32变桨时，滑片354在电阻丝353上滑动，可以改变接入电路的电阻丝353的长度，进而改变电阻使通过电流表 356中的电流发生线性变化，通过电流的大小可以确定叶片32角度，同时根据电流的线性变化，也可以确定叶片32在变桨的过程中是否发生卡顿或者卡浆现象。如果发生卡顿或者卡浆情况，控制单元241 控制报警单元242发出警报，提醒工作人员维修或更换零部件。

同样的原理，如图6所示，还可将上述电流表356替换为电压表 357，电阻丝353与电源355串联，电压表357通过滑片354与电阻丝353并联。通过滑片354在电阻丝353上滑动，使电压表357检测到电压产生线性变化，根据电压的大小可以确定叶片32的角度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种风电机组变桨监测控制系统，包括竖直设置在地面上的塔筒，塔筒的顶端设置有机舱，机舱上设置有风轮，其特征在于，所述风轮包括：

叶片；

轮毂，用于安装叶片并与机舱转动连接；

变桨电机，设置在叶片与轮毂之间，用于使叶片变桨；

导流罩，设置在轮毂外部；

变桨监测装置，安装在导流罩内用于对叶片变桨进行检测；

所述机舱内包括：控制单元以及报警单元，控制单元与变桨电机、变桨监测装置、报警单元电连接，当控制单元控制变桨电机对叶片进行变桨时，控制变桨监测装置对叶片变桨进行监测。

2.根据权利要求1所述的风电机组变桨监测控制系统，其特征在于，所述变桨监测装置包括：设置在导流罩内叶片根部可供辨识的图案；以及设置在整流罩内用于拍摄图案的摄像头，通过拍摄图案的变化确定叶片的角度。

3.根据权利要求2所述的风电机组变桨监测控制系统，其特征在于，所述图案为每隔一角度间隔多种颜色依次设置的色条。

4.根据权利要求2所述的风电机组变桨监测控制系统，其特征在于，所述图案由反光漆涂覆。

5.根据权利要求2所述的风电机组变桨监测控制系统，其特征在于，所述摄像头为广角摄像头。

6.根据权利要求2所述的风电机组变桨监测控制系统，其特征在于，所述导流罩内还设置有与控制单元电连接的LED灯。

7.根据权利要求1所述的风电机组变桨监测控制系统，其特征在于，所述变桨监测装置包括：设置在导流罩内叶片根部沿叶片根部周向设置的电阻丝；设置在轮毂上与电阻丝滑动连接的滑片；与滑片电连接的电流表或电压表；通过电流表或电压表检测电阻丝的电流值或电压值确定叶片的角度。

8.根据权利要求1-7任一所述的风电机组变桨监测控制系统，其特征在于，还包括设置在机舱内检测风轮转速与控制单元电连接的转速传感器。

9.根据权利要求8所述的风电机组变桨监测控制系统，其特征在于，还包括设置在机舱顶部的风速传感器及风向传感器；设置在塔筒与机舱连接位置调节机舱方向的偏航电机；其中，风速传感器、风向传感器及偏航电机与控制单元电连接。