CN211975278U - 一种风电机组的偏航系统 - Google Patents
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Abstract
一种风电机组的偏航系统涉及偏航领域，解决了偏航启停对元器件损害大的问题，通过：市电三相电源、电机制动器供电电源空开和电机制动器顺次连接；市电三相电源、电源总开关和软启动器的电机电源输入接口顺次连接；软启动器旁路接触器连接软启动器；软启动器的电机接口、交流接触器、电机开关和电机顺次连接；软启动器的电机一限流保护接口和电机二限流保护接口接入PLC偏航限流保护端，稳压器件输入使能接口接入PLC偏航使能线，稳压器件输出使能接口接入偏航控制接触器，控制信号输入端信号线接口接入PLC偏航控制信号端，PWM输入口接口接入PLC脉冲检测端，本实用新型实现了调节偏航启停速度，减少偏航系统元气件损害，提高机组运行稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及偏航系统技术领域，具体涉及一种风电机组的偏航系统。
背景技术
风力发电场的风力发电机组用于将风能转化为电能，风电机组通常由叶轮、传动系统、发电机、偏航系统与变桨系统等部分组成，其中，偏航系统主要是为了应对风向不确定性造成的影响。目前，大多数风电机组的偏航系统主要采用电机直接启动和直接停止的方式，少部分偏航系统通过软启动器实现软启动但无法实现软停车，偏航直接启动和/或直接停止时对机械结构的载荷冲击大，偏航系统元器件损害大(刹车磨损、电机绕组绝缘易老化等)，机组运行稳定性低，故障频发，维护成本高。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种风电机组的偏航系统。
本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种风电机组的偏航系统，包括市电三相电源、电源总开关、软启动器、软启动器旁路接触器、电机制动器供电电源空开、电机制动器、交流接触器、电机开关、电机；市电三相电源、电机制动器供电电源空开和电机制动器顺次连接；市电三相电源连接电源总开关，电源总开关连接软启动器的电机电源输入接口，软启动器旁路接触器连接软启动器，软启动器的电机接口连接交流接触器，交流接触器、电机开关和电机顺次连接，软启动器的电机一限流保护接口和电机二限流保护接口均接入PLC偏航限流保护端，软启动器的稳压器件输入使能接口接入PLC偏航使能线，软启动器的稳压器件输出使能接口接入偏航控制接触器，软启动器的控制信号输入端信号线接口接入PLC偏航控制信号端，软启动器的PWM输入口接口接入PLC脉冲检测端。
进一步的，所述软启动器包括带散热风扇的电机驱动芯片、隔离光耦、控制信号灯和稳压载板。
进一步的，所述稳压载板采用载板L7805。
进一步的，所述电机制动器供电电源空开的断开时间早于软启动器开始升压的时间，电机制动器供电电源空开的闭合时间晚于软启动器开始降压的时间。
进一步的，所述电机制动器供电电源空开的断开时间比软启动器开始升压的时间提前100ms。
本实用新型的有益效果是：
通过本实用新型能够实现将原有偏航电机启动的同时电机刹车同时释放转变为刹车在电机启动前进行释放，将原有偏航电机停止的同时电机刹车同时闭合转变为刹车在电机停止后进行刹车闭合。本实用新型的一种风电机组的偏航系统减少偏航系统启动和停止时瞬间对元件的损伤，减小偏航启动和停止时对机械结构的载荷冲击，由偏航变频器调节控制偏航系统输出，进而调节偏航启停速度，降低自由起、停车引起的转矩冲击，实现平滑启动，降低启动电流又使电网避免了谐波污染，减少偏航系统元器件损害，延长电气部件和机械部件的使用寿命，降低风机维护成本，提高机组运行稳定性，提高风力发电机的可利用率。软启动器还具备检测偏航电机电流变化情况以及运行脉冲检测，故障报警功能和过流保护功能，提高对偏航系统的保护。
附图说明
图1为本实用新型的一种风电机组的偏航系统的电路连接图。
图2为本实用新型的一种风电机组的偏航系统的软启动器的结构图。
图3为本实用新型的一种风电机组的偏航系统的电机的等效电路图。
图4为本实用新型的一种风电机组的偏航系统的启动时电压图
图5为本实用新型的一种风电机组的偏航系统的停车的电压图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
一种风电机组的偏航系统，如图1，包括市电三相电源2、电源总开关3、软启动器1、软启动器旁路接触器1.1、电机制动器供电电源空开7、电机制动器8、交流接触器4、电机开关5、电机6。
市电三相电源2连接电源总开关3，电源总开关3连接软启动器1，软启动器1连接交流接触器4，交流接触器4、电机开关5和电机6顺次连接。软启动器旁路接触器1.1连接软启动器1，软启动器旁路接触器1.1连接电源总开关3和交流接触器4，即软启动器1和软启动器旁路接触器1.1并联。市电三相电源2连接电机制动器8供电电源空开7，电机制动器8供电电源空开7连接电机制动器8。电机制动器8的通过市电三相电源2和电机制动器8供电电源空开7独立供电，即通过电机制动器8供电电源空开7直接控制市电三相电源2是否为电机制动器8供电。本实施方式中交流接触器4、电机开关5、电机6和电机制动器8均为四个，且一一对应设置。图1中共有4个机组，每个机组包括一个交流接触器4、一个电机开关5、一个电机6和一个电机制动器8。软启动器的电机接口连接多个机组，机组中交流接触器4、电机开关5和电机6顺次连接，所有交流接触器4之间并联。
如图2，软启动器1包括电机电源输入接口101口、电机接口102口、电机一限流保护接口103口、电机二限流保护接口104口、稳压器件(7805)输入使能接口105口、稳压器件(7805)输出使能接口106口、控制信号输入端信号线接口107口、PWM输入口(脉冲端)接口108口、带散热风扇的电机驱动芯片109、隔离光耦110、输入信号指示灯111、稳压载板112。
市电三相电源2连接电源总开关3上口接线端子，电源总开关3下口接线端子连接软启动器1的电机电源输入接口101口，软启动器1的电机接口102口连接交流接触器4(所有交流接触器4连接软启动器1的电机接口102口)，电机一限流保护接口103口和电机二限流保护接口104口均接入PLC偏航限流保护端，稳压器件输入使能接口105口接入PLC偏航使能线，稳压器件输出使能接口106口接入偏航控制接触器，控制信号输入端信号线接口107口接入PLC偏航控制信号端，PWM输入口(脉冲端)接口108口接入PLC脉冲检测端。对于现有技术直接改造，则将电源总开关3下口接线端子三个导线拆除，准备3根400V16A一端分别接入导线接入电源总开关3下口接线端子，另一端分别接入软启动器1的101口，将拆下来原有的电线按原来的顺序分别接入102口。隔离光耦110为L521-4隔离光耦，起到弱电与强电隔离抗干扰作用。稳压载板112采用载板L7805作为三相稳压器。
电机制动器8供电电源空开7的断开时间早于软启动器1开始升压的时间例如提前100ms，电机制动器8供电电源空开7的闭合时间晚于软启动器1开始降压的时间。
软启动器1实际上是个调压器，用于电机6起动时，输出只改变电压并没有改变频率。软启动器1采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源总开关3和电机6定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。软启动器1提供软启动和软停车功能。使用软启动器1启动电机6时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电机6逐渐加速，直到晶闸管全导通，电机6工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机6达到额定转速时，启动过程结束，软启动器1自动用软启动器旁路接触器1.1取代已完成任务的晶闸管，为电机6正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器1的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
实现过程：PLC偏航控制信号端通过控制信号输入端信号线接口输入启动信号，偏航电机刹车释放(电机制动器8供电电源空开7闭合即电机制动器8释放)，刹车释放后软启动器1升压，按递增的方式递增到工频电压(例如30％、70％、100％工频电压，工频电压升压时间为1s)，完成升压动作。软启动器旁路接触器1.1启动直接用100％工频电压驱动电机6，旁路接触器取代内部完成任务的晶闸管，降低晶闸管的损耗，延长软启动器1的寿命。降压停机过程为：软启动器1接收PLC发出偏航停止指令时，软启动器旁路接触器1.1弹开，软启动器1降压(70％、30％、0％工频电压)，偏航电机6停止驱动，电机制动器8供电电源空开7的闭合电机制动器8启动进行偏航电机刹车，即偏航电机刹车延时闭合，偏航动作完成。
偏航电机6属于三相异步笼形转子电机，转子导条短路。电机6启动瞬间电机6转子接近静止状态，转速n≈0、转差率s≈1，旋转磁场以同步转速切割转子，在短路的转子导条中感应出很大的电动势和电流，引起与其平衡的定子电流的负载分量也急剧增加，以至定子电流很大。电机6的等效电路图如图3，图中：
为励磁电流、Rm为励磁电阻、Xm为励磁电抗，
为交流电压、
为电流分量、
为转子电流、R1为静止的转子电阻、X1σ为电抗一，旋转的转子电阻R2'、X2σ'为电抗二，附加电阻R2'(1-s)/s。
从上面等效电路可计算出启动电流为：
式中：Ist为短路电流，ZK为短路阻抗(与电机6本身参数及电流频率有关)σ1为漏磁通，由于启动时转差S≈1，等效电路图中项
忽略不计，而短路阻抗ZK很小，所以启动电流很大。
根据异步电机转矩公式可以计算启动转矩倍数为：
式中：Tst为启动转矩，TN为额定转矩，IN为额定电流。
例如风场中使用的电机6为6级电机，额定转速n为950r/min，定子旋转磁场转速n0为1000r/min，因此可计算出转差率SN：
风机上实测单台电机6全压启动电流Ist为41A，而电机6额定电流IN为6.8A，带入(2)式中可得：
可以看出全压启动时启动转矩为额定的1.82倍，启动时存在冲击。
通过本实用新型能够实现将原有偏航电机6启动的同时电机刹车同时释放转变为刹车在电机6启动前进行释放，将原有偏航电机6停止的同时电机刹车同时闭合转变为刹车在电机6停止后进行刹车闭合。本实用新型偏航的启动停止特性：启动电流大大降低：Ist≦(3～5)IN；启、停车引起的转矩冲击Tst≦(0.85～1.1)TN。采用本实用新型的偏航系统电机6启动过程和停车过程中电压及电流的变化平缓，如图4和图5，偏航减速机与偏航齿圈输出齿轮间的机械冲击力能够降到最低，靠偏航减速机平缓的启动机舱运转，降低偏航减速机内部齿轮及偏航齿圈齿面断裂的故障情况。
本实用新型减少偏航系统启动时瞬间造成启动电压过高、启动电流剧增以及启动转矩过大对电机6绕组的损害以及对机械部件的疲劳损伤，减少偏航系统停止时瞬间对元件的损伤，减小偏航启动和停止时对机械结构的载荷冲击，由偏航变频器调节控制偏航系统输出，进而调节偏航启停速度，降低自由起、停车引起的转矩冲击，实现平滑启动，降低启动电流又使电网避免了谐波污染，减少偏航系统元器件损害，延长电气部件和机械部件的使用寿命，降低风机维护成本，提高机组运行稳定性，提高风力发电机的可利用率。软启动器1还具备检测偏航电机6电流变化情况以及运行脉冲检测，故障报警功能和过流保护功能，提高对偏航系统的保护。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种风电机组的偏航系统，其特征在于，包括市电三相电源、电源总开关、软启动器、软启动器旁路接触器、电机制动器供电电源空开、电机制动器、交流接触器、电机开关、电机；市电三相电源、电机制动器供电电源空开和电机制动器串联；市电三相电源连接电源总开关，电源总开关连接软启动器的电机电源输入接口，软启动器旁路接触器并联软启动器，软启动器的电机接口串联交流接触器，交流接触器、电机开关和电机顺次连接，软启动器的电机一限流保护接口和电机二限流保护接口均接入PLC偏航限流保护端，软启动器的稳压器件输入使能接口接入PLC偏航使能线，软启动器的稳压器件输出使能接口接入偏航控制接触器，软启动器的控制信号输入端信号线接口接入PLC偏航控制信号端，软启动器的PWM输入口接口接入PLC脉冲检测端。
2.如权利要求1所述的一种风电机组的偏航系统，其特征在于，所述软启动器包括带散热风扇的电机驱动芯片、隔离光耦、控制信号灯和稳压载板。
3.如权利要求2所述的一种风电机组的偏航系统，其特征在于，所述稳压载板采用载板L7805。
4.如权利要求1所述的一种风电机组的偏航系统，其特征在于，所述电机制动器供电电源空开的断开时间早于软启动器开始升压的时间，电机制动器供电电源空开的闭合时间晚于软启动器开始降压的时间。
5.如权利要求4所述的一种风电机组的偏航系统，其特征在于，所述电机制动器供电电源空开的断开时间比软启动器开始升压的时间提前100ms。
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| CN113982829A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-01-28 | 华能如东八仙角海上风力发电有限责任公司 | 一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统及方法 |
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2020
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| CN113982829B (zh) * | 2021-11-12 | 2024-06-07 | 华能如东八仙角海上风力发电有限责任公司 | 一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统及方法 |
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