CN214660613U - 风力发电机组的供电控制系统及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

公开了一种风力发电机组的供电控制系统及风力发电机组，该供电控制系统包括：安装在风力发电机组机舱内的通信终端和安装在风力发电机组塔架底部上的供电控制单元，其中，通信终端通过卫星通信向控制中心发送风力发电机组的实时状态信息和接收控制中心发送的控制指令；供电控制单元接收通信终端发送的控制指令，并获取实时状态信息和/或对风力发电机组进行偏航控制。通过本公开，能够在风力发电机组未上电且无网络的情况下实现对风力发电机组的控制，以预防台风对风力发电机组的冲击。

Description

风力发电机组的供电控制系统及风力发电机组

技术领域

本公开总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及风力发电机组的供电控制系统及风力发电机组。

背景技术

伴随着风力发电技术的迅速发展，海上风力发电技术也得到了快速发展和技术的日趋成熟，不同型号的大功率8MW、10MW新机型在不断推出，对风力发电机组的稳定性及功能性要求越来越高。目前，海上风力发电机组吊装完成后，风电场的海缆和电力系统并不能第一时间连接到单台风力发电机组，风力发电机组需要一段时间才能通电，此段时间风力发电机组会处于断电且离岸较远无法与控制中心进行通信的状态。如果台风在这段时间来袭，风力发电机组无法受远程的控制中心控制及监控，将面临受损风险。因此，研究海上风力发电机组在未上电窗口期的通信、控制以及防台风技术是未来必然趋势。

目前，海上风力发电机组的防台风技术都是针对风电场已经完全建好且海缆及通讯系统完善的状态下实施的策略，对于在建期间遭受台风的问题并未关注，如果台风在风力发电机组的在建期间(如，风力发电机组刚安装完，风电场的海缆和电力系统未完善)来袭，此时风力发电机组就会面临受损风险。

实用新型内容

本公开的实施例提供一种风力发电机组及其供电控制系统，能够在风力发电机组未上电且无网络的情况下实现对风力发电机组的控制，以预防台风对风力发电机组的冲击。

在一个总的方面，提供风力发电机组的供电控制系统，该供电控制系统包括：安装在风力发电机组机舱内的通信终端和安装在风力发电机组塔架底部上的供电控制单元，其中通信终端通过卫星通信向控制中心发送风力发电机组的实时状态信息和接收控制中心发送的控制指令；供电控制单元接收通信终端发送的控制指令，并获取实时状态信息和/或对风力发电机组进行偏航控制。

可选地，供电控制单元包括：控制器、备用电源和柴油发电机，其中，备用电源为控制器提供持续电源；控制器监测备用电源的电量低于第一预定值时，控制柴油发电机为备用电源充电；控制器还接收通信终端发送的控制指令并对风力发电机组进行偏航控制。

可选地，上述供电控制系统还包括：设置在风力发电机组中的传感器和偏航电机，其中，传感器检测实时状态信息并向控制器发送实时状态信息；控制器接收实时状态信息并向通信终端发送实时状态信息；控制器还接收通信终端发送的控制指令并控制柴油发电机为偏航电机提供电源，以便对风力发电机组进行偏航控制。

可选地，控制器监测柴油发电机的油量低于第二预定值时，向通信终端发送柴油发电机的油量低于第二预定值的油量信息；通信终端通过卫星通信向控制中心反馈油量信息。

可选地，供电控制单元包括：柴油发电机、第一控制器和第二控制器，其中，第一控制器安装在柴油发电机的机舱内，柴油发电机为第一控制器充电；第一控制器接收控制中心发送的启动指令并控制柴油发电机为第二控制器充电；第二控制器接收通信终端发送的控制指令并获取实时状态信息。

可选地，上述供电控制系统还包括：设置在风力发电机组中的传感器和偏航电机，其中，传感器检测实时状态信息并向第二控制器发送实时状态信息；第二控制器基于控制指令向通信终端发送实时状态信息；第二控制器还接收通信终端发送的偏航控制指令并控制柴油发电机为偏航电机提供电源，以便对风力发电机组进行偏航控制。

可选地，第一控制器监测柴油发电机的油量低于第三预定值时，向通信终端发送柴油发电机的油量低于第三预定值的油量信息；通信终端通过卫星通信向控制中心反馈油量信息。

可选地，风力发电机组为海上风力发电机组。

在另一总的方面，提供了一种风力发电机组，包括如上任一供电控制系统。

根据本公开的风力发电机组的供电控制系统，通过设置可以经由卫星与控制中心传输数据的通信终端，使得可以在风力发电机组未上电且无网络的情况下，通过卫星进行通信来控制供电系统给风力发电机组进行供电，使风力发电机组可以实时反馈当前状态信息给控制中心并从控制中心接收基于当前状态信息反馈的控制命令，以便对风力发电机组进行控制，从而在风力发电机组未上电且无网络的情况下实现对风力发电机组的控制，以预防台风对风力发电机组的冲击。

将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示出实施例的附图进行的描述，本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本公开的实施例的风力发电机组的供电控制系统的示意图；

图2示出根据本公开的实施例的风力发电机组的防台风系统的示意图；

图3示出根据本公开的实施例的风力发电机组的防台风系统的控制逻辑框图；

图4示出根据本公开的实施例的一种供电控制单元的示意图。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。

在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本申请的公开之后将是清楚的。

如在此使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。

尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应被这些术语所限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。

在说明书中，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件上、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件上、直接“连接到”或“结合到”另一元件，或者可存在介于其间的一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件上、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于其间的其他元件。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。

此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本公开的模糊解释时，将省略这样的详细描述。

图1示出根据本公开的实施例的风力发电机组的供电控制系统的示意图。

参照图1，该供电控制系统包括安装在风力发电机组机舱内的通信终端10和安装在风力发电机组塔架底部上的供电控制单元20。通信终端10可通过卫星30与控制中心通信，如通信终端10可通过卫星通信向控制中心40发送风力发电机组的实时状态信息和接收控制中心40发送的控制指令。供电控制单元20可接收通信终端10发送的控制指令(例如，通信终端10接收的控制中心40发送的控制指令)，并获取实时状态信息和/或对风力发电机组进行偏航控制。上述风力发电机组可以为海上风力发电机组，也可以为其他任何可以应用本供电控制系统的风力发电机组。上述卫星可以是北斗通讯卫星，还可以是任何可以实现卫星通信的其他卫星，如宽带通讯卫星(如中星16)。通过本公开的实施例，风力发电机组可以实时反馈当前状态信息给控制中心，并接收控制中心基于当前状态信息反馈的控制命令，以便对风力发电机组进行控制，从而在风力发电机组未上电且无网络的情况下实现对风力发电机组的控制，以预防台风对风力发电机组的冲击。需要说明的是，采用卫星进行通讯是一种可选的方式，本公开并不对通讯方式进行限定，例如，还可以采用工业电台的通讯方式，可以在每台风力发电机组上设置工业电台发送接收数据终端，陆地上设置工业电台陆地集控中心的方式，此种方式适用于靠近陆地型风电场，风力发电机组离陆地距离最好小于15km。

根据本公开的实施例，供电控制单元20可以采用但不限于如下两种方式。

在第一种方式中，供电控制单元20可以包括：控制器、备用电源和柴油发电机。备用电源为控制器提供持续电源；控制器监测备用电源的电量低于第一预定值时，控制柴油发电机为备用电源充电；控制器还接收通信终端10发送的控制指令并对风力发电机组进行偏航控制。根据本实施例，可以通过备用电源持续为控制器充电，以便控制器可以基于控制指令实时进行偏航控制。上述控制器可以是可编程逻辑控制器(简称PLC控制器)，备用电源可以是UPS后备电源系统，上述PLC控制器可以设置在风力发电机组的机舱里，也可以设置在风力发电机组的塔筒中，本公开并不对此进行限定。根据本公开的实施例，上述供电控制系统还可以包括设置在风力发电机组中的传感器和偏航电机。传感器检测风力发电机组的实时状态信息并向控制器发送实时状态信息。在这种情况下，控制器可接收实时状态信息并向通信终端10发送实时状态信息；控制器还可接收通信终端10发送的控制指令并控制柴油发电机为偏航电机提供电源，以便对风力发电机组进行偏航控制。根据本实施例，控制器可以实时为控制中心提供实时状态信息，以便接收控制中心基于实时状态信息反馈的控制指令进行偏航控制。

根据本公开的实施例，控制器监测柴油发电机的油量低于第二预定值时，向通信终端10发送柴油发电机的油量低于第二预定值的油量信息；通信终端10通过卫星通信向控制中心反馈油量信息。上述第二预定值可以根据实际需要确定。通过本实施例，可以实时监控柴油发电机油量，防止油量过低无法启动柴油发电机。

例如，以控制器为PLC控制器、备用电源为UPS后备电源系统为例，系统地说明基于本公开的防台风系统。图2示出根据本公开的实施例的风力发电机组的防台风系统的示意图。如图2所示，该防台风系统包括：通讯子系统、供电控制单元和偏航控制子系统。通讯子系统负责陆地集控中心与风力发电机组的通讯以及传输陆地集控中心对风力发电机组的控制指令；供电控制单元设置在风力发电机组的塔架底部，可以为风力发电机组提供主动力电源；偏航控制子系统可以控制机舱的偏航动作。以下将结合图3对通讯子系统、供电控制单元和偏航控制子系统进行具体说明。

图3示出根据本公开的实施例的风力发电机组的防台风系统的控制逻辑框图。

参照图3，通讯子系统主要由设置在陆地集控中心的北斗指挥机、北斗通讯卫星、安装在风力发电机组的机舱上的北斗卫星数据传输终端(即上述实施例的通信终端)构成。北斗指挥机安装在陆地集控中心控制室内，负责发送和接收风力发电机组的实时状态信息，如，接收各个风力发电机组所处位置的风速、风向信息，并基于接收到的实时状态信息发送偏航控制命令。北斗卫星数据传输终端安装在风力发电机组的机舱内，北斗卫星数据传输终端一边通过光纤与塔架底部的PLC控制器进行数据交换，一边通过无线方式与北斗通讯卫星进行通讯信息交换。北斗通讯卫星作为信息交换的桥梁装置在北斗指挥机与北斗卫星数据传输终端之间进行数据交换。通过此种通讯方式可以解决风力发电机组在海缆未安装时(未上电时)的通讯问题。

供电控制单元设置于塔架底部，主要功能是为风力发电机组的偏航控制子系统的偏航电机提供动力电源以及为UPS后备电源系统中的电池进行充电。供电控制单元可以包括：PLC控制器、UPS后备电源系统、柴油发电机。PLC控制器是整个防台风系统的控制单元，可以通过光纤与偏航控制子系统通信，如向偏航控制子系统发送控制命令，以控制偏航控制子系统读取以及处理当前风力发电机组的风速风向传感器信息、偏航角度传感器信息。PLC控制器还可以控制偏航电机的正反转。PLC控制器也可以通过RS485通讯电缆与柴油发电机通讯并监测柴油发电机的油量和启停等状态，在柴油发电机的油量低于一定值(如上述第二预定值)时，发送提示信息给陆地集控中心。再有，PLC控制器还监测UPS后备电源系统的电池电量，每当UPS后备电源系统的电池电量低于第一预定值，如30％时，PLC控制器控制柴油发电机启动给UPS后备电源系统的电池充电，以保证偏航控制子系统可以有持续不间断的电源供应。UPS后备电源系统为PLC控制器及机舱的偏航控制子系统提供持续不间断的24V DC电源。柴油发电机可以提供交流400V电源，主要为偏航控制子系统内的偏航电机提供电源以及为UPS后备电源系统提供充电电源。

偏航控制子系统包括偏航电机、偏航PLC控制器、IO模块(图中未示出)、风速风向传感器、机舱偏航角度传感器、偏航液压刹车系统。偏航电机的启动停止可带动机舱旋转；偏航PLC控制器通过IO模块接收控制偏航电机动作的命令，并执行控制偏航电机动作的命令，同时还可以通过RS485通讯电缆向北斗卫星数据传输终端传输风速风向传感器信息、机舱偏航角度传感器信息；风速风向传感器可以检测当前风力发电机组所处位置的风速和风向信息；机舱偏航角度传感器可以检测机舱的旋转角度，以避免机舱的旋转角度过大，超过动力线缆最大的扭缆限制值；偏航液压刹车系统可以在当机舱不偏航时将机舱固定。

为了方便理解上述实施例，下面对上述实施例中的部分术语进行解释。柴油发电机安装在塔架底部，为风力发电机组提供主动力电源。UPS后备电源系统是持续不间断的后备电池组，可以在柴油发电机不工作时为防台风系统持续提供24V的控制电源。PLC控制器是程序逻辑及传感器信号接收处理控制器，可以控制液压系统动作；北斗通讯卫星是负责传递、交换北斗通讯卫星数据传输终端(即通信终端10)与陆地集控中心(即控制中心40)之间的数据的卫星设备；北斗卫星数据传输终端(即通信终端10)是设置在风力发电机组的机舱上，用于无线传输数据的设备；陆地集控中心(即控制中心40)是设置在陆地上监视及控制风力发电机组动作的数据交换设备，它可将数据发送给北斗通讯卫星，同时接收北斗通讯卫星传回的风力发电机组的状态信息；风速风向传感器(也称为风速风向仪)是安装在风力发电机组上的测量风速及风向的设备；偏航系统是可使机舱的迎风角度进行调整的系统；如图2中所示的动力电缆400V是从风力发电机组塔筒底部连接至机舱的400V电源电缆；通讯电缆是由多根互相绝缘的导线或导体构成缆芯，外部具有密封护套的通信线路；海缆是从陆地集控中心通过海底连接到海上风力发电机组的动力和通讯传输电缆；IO模块可以是输入/输入接口，也可以是输入/输入设备，还可以是输入/输入接口和输入/输入设备，本公开对此并不进行限定。

在第二种方式中，供电控制单元20可以包括：柴油发电机、第一控制器和第二控制器。第一控制器安装在柴油发电机舱内，柴油发电机为第一控制器充电。第一控制器接收控制中心40发送的启动指令并控制柴油发电机为第二控制器充电。第二控制器接收通信终端10发送的控制指令并获取风力发电机组的实时状态信息。上述第二控制器可以设置在风力发电机组的机舱里，也可以设置在风力发电机组的塔筒中，本公开并不对此进行限定。柴油发电机为第一控制器充电可以是周期性的，例如，可以预先设定充电周期，按设定的充电周期，定期为第一控制器充电。上述启动指令可以基于天气信息确定，例如，控制中心40可以获取当地天气信息，基于天气信息确定有台风将要来袭的情况下，向通信终端10发送该启动信息或者向第一控制器发送该启动信息，提前控制柴油发电机对风力发电机组进行供电。根据本实施例，通过定期启动柴油发电机为柴油发电机对应的控制器(第一控制器)充电，从而在情况需要时，第一控制器可以基于启动指令控制柴油发电机为第二控制器充电，以便第二控制器可以获取实时状态信息。

根据本公开的实施例，上述供电控制系统还可以包括设置在风力发电机组中的传感器和偏航电机。传感器可检测风力发电机组的实时状态信息并向第二控制器发送实时状态信息。第二控制器可基于控制指令向通信终端10发送实时状态信息。第二控制器还可接收通信终端10发送的偏航控制指令并控制柴油发电机为偏航电机提供电源，以便对风力发电机组进行偏航控制。根据本实施例，在情况需要时第二控制器可以为控制中心40提供实时状态信息，以便接收控制中心40基于实时状态信息反馈的控制指令，对风力发电机组进行偏航控制。

根据本公开的实施例，第一控制器监测柴油发电机的油量低于第三预定值时，向通信终端10发送柴油发电机的油量低于第三预定值的油量信息；通信终端10通过卫星通信向控制中心40反馈油量信息。上述第三预定值可以根据实际需要确定。根据本公开实施例，可以实时监控柴油发电机的油量，防止油量过低无法启动柴油发电机。

例如，如图2所示的供电控制单元可以替换为柴油发电机、风力发电机组的PLC控制器(上述第二控制器)和安装在柴油发电机机舱内的柴油发电机的PLC控制器(上述第一控制器)，具体如图4所示，具体地，柴油发电机中的蓄电池定期给柴油发电机的PLC控制器供电，以便柴油发电机的PLC控制器可以通过卫星与陆地集控中心通信，如，直接接收陆地集控中心的发过来的启动指令或者通过通信终端接收陆地集控中心的发过来的启动指令，然后柴油发电机的PLC控制器启动柴油发电机给风力发电机组的PLC控制器充电，以便风力发电机组的PLC控制器可以接收通信终端10发送的控制指令并获取风力发电机组的实时状态信息。

此外，根据本公开的实施例，风力发电机组可以包括如上任一供电控制系统。

综上，根据本公开的实施例，通过采用卫星通信系统在供电控制系统和控制中心之间传输数据，供电控制系统可以基于接收到的数据(如，指令)给风力发电机组进行供电，使风力发电机组可以实时反馈当前环境信号给陆地集控中心，继而实现对风力发电机组的偏航控制，并预防台风对风力发电机组的冲击，这样可以满足海上风电场在建期间海上风力发电机组与岸上控制监控系统的通讯要求，起到台风期间控制风力发电机组动作以防台风的功能。

虽然已表示和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (9)

1.一种风力发电机组的供电控制系统，其特征在于，包括：安装在所述风力发电机组机舱内的通信终端和安装在所述风力发电机组塔架底部上的供电控制单元，其中，

所述通信终端通过卫星通信向控制中心发送所述风力发电机组的实时状态信息和接收所述控制中心发送的控制指令；

所述供电控制单元接收所述通信终端发送的所述控制指令，并获取所述实时状态信息和/或对所述风力发电机组进行偏航控制。

2.如权利要求1所述的供电控制系统，其特征在于，所述供电控制单元包括：控制器、备用电源和柴油发电机，其中，

所述备用电源为所述控制器提供持续电源；

所述控制器监测所述备用电源的电量低于第一预定值时，控制所述柴油发电机为所述备用电源充电；

所述控制器还接收所述通信终端发送的所述控制指令并对所述风力发电机组进行偏航控制。

3.如权利要求2所述的供电控制系统，其特征在于，还包括：设置在所述风力发电机组中的传感器和偏航电机，其中，

所述传感器检测所述实时状态信息并向所述控制器发送所述实时状态信息；

所述控制器接收所述实时状态信息并向所述通信终端发送所述实时状态信息；

所述控制器还接收所述通信终端发送的所述控制指令并控制所述柴油发电机为所述偏航电机提供电源，以便对所述风力发电机组进行偏航控制。

4.如权利要求2所述的供电控制系统，其特征在于，

所述控制器监测所述柴油发电机的油量低于第二预定值时，向所述通信终端发送所述柴油发电机的油量低于第二预定值的油量信息；

所述通信终端通过卫星通信向所述控制中心反馈所述油量信息。

5.如权利要求1所述的供电控制系统，其特征在于，所述供电控制单元包括：柴油发电机、第一控制器和第二控制器，其中，所述第一控制器安装在所述柴油发电机的机舱内，

所述柴油发电机为所述第一控制器充电；

所述第一控制器接收所述控制中心发送的启动指令并控制所述柴油发电机为所述第二控制器充电；

所述第二控制器接收所述通信终端发送的所述控制指令并获取所述实时状态信息。

6.如权利要求5所述的供电控制系统，其特征在于，还包括：设置在所述风力发电机组中的传感器和偏航电机，其中，

所述传感器检测所述实时状态信息并向所述第二控制器发送所述实时状态信息；

所述第二控制器基于所述控制指令向所述通信终端发送所述实时状态信息；

所述第二控制器还接收所述通信终端发送的偏航控制指令并控制所述柴油发电机为所述偏航电机提供电源，以便对所述风力发电机组进行偏航控制。

7.如权利要求5所述的供电控制系统，其特征在于，

所述第一控制器监测所述柴油发电机的油量低于第三预定值时，向所述通信终端发送所述柴油发电机的油量低于第三预定值的油量信息；

所述通信终端通过卫星通信向所述控制中心反馈所述油量信息。

8.如权利要求1至7中任一项所述的供电控制系统，其特征在于，所述风力发电机组为海上风力发电机组。

9.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项权利要求所述的供电控制系统。

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