CN216111105U - 一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，包括左右偏指令启停获取模块、偏航电机左偏驱动模块、PLC控制模块、偏航电机右偏驱动模块、偏航电机电磁刹车驱动模块、液压系统刹车驱动模块、人机交互及远传模块和电源模块；通过在原有的风力发电机偏航控制系统改造接入本系统，协调控制偏航电机、电磁刹车和液压系统刹车，实现风力发电机无损偏航控制，当未按照协调次序进行启停时，发出故障预警消息至风电场集控中心，能够降低偏航系统设备损坏概率，提升偏航系统的使用寿命，方便运维人员采取寻检及维护措施。
Description
技术领域
本实用新型属于风力发电机无损偏航技术领域，具体涉及一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统。
背景技术
随着当今社会再电气化的发展，电力已深入至人类生活、工作、生产的方方面面，特别是在信息技术、人工智能技术高度成熟的环境下，电气已成为人类美好幸福生活的重要基础设施，工业和民用领域智能化发展进一步加剧了用电需求。未来将随着碳指标排放限制，越来越多的企业期望能用到绿色电源，降低碳考核，这已经在国外个别地区开始执行。随着风力发电技术的成熟，配套产业逐步完善，风资源得到了很好的利用，单机容量越来越大，风力发电装机位居我国新能源装机第一，并且呈现进一步扩大趋势。在已投运风电场风力发电机偏航问题导致机组故障频发，运维人员频繁更换偏航系统器件，非常不利于风力发电的运维。某风电场，一年内某台风机报出百余次偏航故障，现场运维人员不得不处理缺陷多大几十次，造成的风机停机损失电量更达几十万千瓦，风能资源不能有效利用，造成企业经济效益损失。每次在更换备品备件后，风力可短暂稳定运行一段时间，但仍有故障不断发出。因为风能的连贯性较差，特别是急剧变化的风将会对偏航系统产生巨大的冲击，出现打齿现象，严重可能造成偏航系统断齿。同时因为偏航系统控制不协调，造成机偏航制动盘、偏航电机制动器等关键部位损坏频率较高，风力发电机无损偏航控制和故障预警是目前风电场急需进行解决的棘手问题。
本实用新型属于在现有风力发电机偏航系统中改造接入的无损偏航系统，主要用于解决目前偏航系统存在的偏航电机、电磁刹车和液压系统刹车配合不协同问题，目前市面上并无与本实用新型相关的技术成果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，通过在原有的风力发电机偏航控制系统改造接入本系统，协调控制偏航电机、电磁刹车和液压系统刹车，实现风力发电机无损偏航控制，当未按照协调次序进行启停时，发出故障预警消息至风电场集控中心，能够降低偏航系统设备损坏概率，提升偏航系统的使用寿命。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，包括左右偏指令启停获取模块、偏航电机左偏驱动模块、PLC控制模块、偏航电机右偏驱动模块、偏航电机电磁刹车驱动模块、液压系统刹车驱动模块和人机交互及远传模块；其中，所述左右偏指令启停获取模块的信号输出端与PLC控制模块开关量输入信号相连，所述左右偏指令启停获取模块用于获取风力发电机偏航系统左、右偏启动和停止指令，所述偏航电机左偏驱动模块的信号输入端与PLC控制模块第一开关量输出通道相连，所述偏航电机左偏驱动模块用于控制偏航电机的左偏启动和停止，所述偏航电机右偏驱动模块的信号输入端与PLC控制模块第二开关量输出通道相连，所述偏航电机右偏驱动模块用于控制偏航电机的右偏启动和停止，所述偏航电机电磁刹车驱动模块的信号输入端与PLC控制模块第三开关量输出通道相连，所述偏航电机电磁刹车驱动模块用于打开和吸合偏航电机电磁刹车，所述液压系统刹车驱动模块的信号输入端与PLC控制模块第四开关量输出通道相连，所述液压系统刹车驱动模块用于控制偏航液压系统刹车的建压和泄压，所述人机交互及远传模块的网络通信端口与PLC控制模块的网络端口相连，所述人机交互及远传模块用于就地显示偏航控制状态和建立风力发电机与风电场集控室之间的通信联系，所述PLC控制模块用于检测偏航电机左、右偏启动、停止指令，并根据指令控制偏航电机电磁刹车、液压系统刹车和偏航电机的工作状态，进一步通过人机交互及远传模块将控制状态和故障预警信息传输至风电场集控室。
优选的，所述电源模块直接接入风力发电机偏航电源系统，所述电源模块的输出的24V电源分别与左右偏指令启停获取模块、偏航电机左偏驱动模块、PLC 控制模块、偏航电机右偏驱动模块、偏航电机电磁刹车驱动模块、液压系统刹车驱动模块、人机交互及远传模块的24V电源端口相连，所述电源模块采用开关电源和电池结合供电方式为偏航控制和故障预警系统供电。
优选的，所述左右偏指令启停获取模块接入风力发电机原有偏航控制系统节点，分别获取原有偏航控制系统左偏启动、右偏启动、左偏停止和右偏停止指令，并分别与PLC控制模块第一、第二、第三、第四开关量输入通道相连。
优选的，所述偏航电机左偏驱动模块接收PLC控制模块发出的偏航电机左偏启动和停止指令，启动时控制左偏接触器线包带电，停止时控制左偏接触器线包失电。
优选的，所述偏航电机右偏驱动模块接收PLC控制模块发出的偏航电机右偏启动和停止指令，启动时控制右偏接触器线包带电，停止时控制右偏接触器线包失电。
优选的，所述偏航电机电磁刹车驱动模块节点直接接入偏航电气刹车系统工作电源的接触器线包，所述偏航电机电磁刹车驱动模块节点闭合，偏航电气刹车系统工作电源投入，偏航电气刹车吸合，所述偏航电机电磁刹车驱动模块节点断开，偏航电气刹车系统工作电源退出，偏航电气刹车打开。
优选的，所述液压系统刹车驱动模块包括建压和泄压双节点控制电路，均通过继电器无源节点接入液压系统刹车系统；所述人机交互及远传模块采用一体机形式，与PLC控制模块通信兼容，实现无损偏航系统的状态信息监测、在线修改协调控制时间定值，同时将正常运行信息、出现故障预警信息以无线形式远传至风电场集控室。
优选的，所述PLC控制模块检测到偏航电机的左偏或右偏启动指令时，首先控制液压系统的刹车泄压，同时打开偏航电机电磁刹车，经过1s延时后，协调根据左、右偏启动指令启动左偏或右偏偏航电机，有效避免了偏航系统启动时出现的打齿或断齿现象；所述PLC控制模块检测到偏航电机的左偏或右偏停止指令时，首先控制液压系统的刹车建压，经过1.5s延时后，协调控制左偏或右偏偏航电机停止工作，再经过2.5s延时后，协调控制偏航电机电磁刹车吸合。
进一步的，所述PLC控制模块检测到偏航电机未按照左偏、右偏启动和停止指令协调控制偏航电机左偏驱动模块、PLC控制模块、偏航电机右偏驱动模块、偏航电机电磁刹车驱动模块和液压系统刹车驱动模块的控制次序，发出风力发电机偏航系统故障预警消息。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型PLC控制模块根据左右偏指令启停获取模块提供的偏航电机运行指令，通过控制偏航电机左偏驱动模块、偏航电机右偏驱动模块控制偏航电机的左偏、右偏及停止状态，再利用控制偏航电机电磁刹车驱动模块和液压系统刹车驱动模块协调控制偏航电机的刹车状态和液压系统的工作状态，优化了偏航电机启停与偏航电机电磁刹车和液压系统的工作控制策略，实现了风力发电机无损偏航控制，当PLC控制模块检测出未按照协调控制策略执行时，通过人机交互及远传模块发出故障预警信号至风电场集控中心，提示运维人员采取寻检及维护措施。
进一步的，本实用新型PLC控制模块检测到偏航电机的启动指令时，首先控制液压系统的刹车泄压，同时打开偏航电机电磁刹车，经过1s延时后，协调启动偏航电机，有效避免的偏航系统启动时出现的打齿或断齿现象。
进一步的，本实用新型PLC控制模块检测到偏航电机的停止指令时，首先控制液压系统的刹车建压，经过1.5s延时后，协调控制偏航电机停止工作，再经过2.5s延时后，协调控制偏航电机电磁刹车吸合，有效避免的偏航系统停止时出现的打齿或断齿现象。
进一步的，本实用新型左右偏指令启停获取模块，不仅可以获取偏航电机的左偏和右偏指令，同时还可以获取偏航电机的启动和停止指令，通过单一模块实现偏航指令获取，大大简化了硬件电路，方便现场安装，降低了各个环节成本。
进一步的，本实用新型采用工业级PLC控制模块，既可以进行协调控制，又可以进行故障预警，可长时间连续稳定工作，便于开发人员开发控制策略，相比嵌入式系统，现场使用故障率更低，为风力发电机无损偏航和故障预警提供核心控制，保障了整个系统的连贯性。
进一步的，本实用新型人机交互及远传模块采用一体机形式，可以实现整个系统的信息监测、协调控制定值在线修改，同时将故障预警信息以无线形式远传至风电场集控室。
进一步的，本实用新型偏航电机左偏驱动模块和偏航电机右偏驱动模块直接控制左偏和右偏接触器线包，无中间电气模块，并联接入接触器原左偏、右偏接触器控制触点，简化了控制回路，便于现场改造实施。
进一步的，本实用新型通过偏航电磁刹车驱动模块控制偏航电气刹车系统工作电源的通断，实现电磁刹车的打开与吸合，保障了偏航系统的安全性。
进一步的，本实用新型液压系统刹车驱动模块以双节点信号形式提供至液压系统，控制液压系统给的建压与泄压，双节点更加保障了信号传输的准确性，防止误动。
进一步的，本实用新型电源模块直接接入原偏航系统电源系统，输出连接至本实用新型各个模块，无需额外配置电源电线。
进一步的，本实用新型属于风力发电机偏航系统改造嵌入的设备，不影响原有风机偏航逻辑，能够解决现场风机偏航系统出线的打齿和断齿故障，十分便于现场安装和使用。
附图说明
图1为本实用新型的风力发电机无损偏航控制和故障预警系统原理框图。
图2为本实用新型的风力发电机无损偏航控制和故障预警系统接线图。
图3为本实用新型的左偏启动无损偏航逻辑图。
图4为本实用新型的右偏启动无损偏航逻辑图。
图5为本实用新型的左偏停止无损偏航逻辑图。
图6为本实用新型的右偏停止无损偏航逻辑图。
图中：1—左右偏指令启停获取模块；2—偏航电机左偏驱动模块；3—PLC 控制模块；4—偏航电机右偏驱动模块；5—偏航电机电磁刹车驱动模块；6—液压系统刹车驱动模块；7—人机交互及远传模块；8-电源模块。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型能够解决现有风电场偏航系统出现的打齿和断齿现象，避免风力发电机偏航系统故障，间接为风力发电机保电运行提供保障。
本实用新型一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，如图1所示，包括左右偏指令启停获取模块1、偏航电机左偏驱动模块2、PLC控制模块3、偏航电机右偏驱动模块4、偏航电机电磁刹车驱动模块5、液压系统刹车驱动模块6 和人机交互及远传模块7；其中，所述左右偏指令启停获取模块1的信号输出端与PLC控制模块3开关量输入信号相连，所述左右偏指令启停获取模块1用于获取风力发电机偏航系统左、右偏启动和停止指令，所述偏航电机左偏驱动模块 2的信号输入端与PLC控制模块3第一开关量输出通道相连，所述偏航电机左偏驱动模块2用于控制偏航电机的左偏启动和停止，所述偏航电机右偏驱动模块4 的信号输入端与PLC控制模块3第二开关量输出通道相连，所述偏航电机右偏驱动模块4用于控制偏航电机的右偏启动和停止，所述偏航电机电磁刹车驱动模块5的信号输入端与PLC控制模块3第三开关量输出通道相连，所述偏航电机电磁刹车驱动模块5用于打开和吸合偏航电机电磁刹车，所述液压系统刹车驱动模块6的信号输入端与PLC控制模块3第四开关量输出通道相连，所述液压系统刹车驱动模块6用于控制偏航液压系统刹车的建压和泄压，所述人机交互及远传模块7的网络通信端口与PLC控制模块3的网络端口相连，所述人机交互及远传模块7用于就地显示偏航控制状态和建立风力发电机与风电场集控室之间的通信联系，所述PLC控制模块3用于检测偏航电机左、右偏启动、停止指令，并根据指令控制偏航电机电磁刹车、液压系统刹车和偏航电机的工作状态，进一步通过人机交互及远传模块7将控制状态和故障预警信息传输至风电场集控室。
如图2所示，还包括电源模块8，所述电源模块8直接接入风力发电机偏航电源系统，所述电源模块8的输出的24V电源分别与左右偏指令启停获取模块1、偏航电机左偏驱动模块2、PLC控制模块3、偏航电机右偏驱动模块4、偏航电机电磁刹车驱动模块5、液压系统刹车驱动模块6、人机交互及远传模块7的24V 电源端口相连，所述电源模块8采用开关电源和电池结合供电方式为偏航控制和故障预警系统供电。
本实施例中，所述左右偏指令启停获取模块1接入风力发电机原有偏航控制系统节点，分别获取原有偏航控制系统左偏启动、右偏启动、左偏停止和右偏停止指令，并分别与PLC控制模块3第一、第二、第三、第四开关量输入通道相连。
本实施例中，所述偏航电机左偏驱动模块2接收PLC控制模块3发出的偏航电机左偏启动和停止指令，启动时控制左偏接触器线包带电，停止时控制左偏接触器线包失电。
本实施例中，所述偏航电机右偏驱动模块4接收PLC控制模块3发出的偏航电机右偏启动和停止指令，启动时控制右偏接触器线包带电，停止时控制右偏接触器线包失电。
本实施例中，所述偏航电机电磁刹车驱动模块5节点直接接入偏航电气刹车系统工作电源的接触器线包，所述偏航电机电磁刹车驱动模块5节点闭合，偏航电气刹车系统工作电源投入，偏航电气刹车吸合，所述偏航电机电磁刹车驱动模块5节点断开，偏航电气刹车系统工作电源退出，偏航电气刹车打开。
本实施例中，所述液压系统刹车驱动模块6包括建压和泄压双节点控制电路，均通过继电器无源节点接入液压系统刹车系统；所述人机交互及远传模块7采用一体机形式，与PLC控制模块3通信兼容，实现无损偏航系统的状态信息监测、在线修改协调控制时间定值，同时将正常运行信息、出现故障预警信息以无线形式远传至风电场集控室。
本实施例中，所述PLC控制模块3检测到偏航电机的左偏或右偏启动指令时，首先控制液压系统的刹车泄压，同时打开偏航电机电磁刹车，经过1s延时后，协调根据左、右偏启动指令启动左偏或右偏偏航电机，有效避免了偏航系统启动时出现的打齿或断齿现象；所述PLC控制模块3检测到偏航电机的左偏或右偏停止指令时，首先控制液压系统的刹车建压，经过1.5s延时后，协调控制左偏或右偏偏航电机停止工作，再经过2.5s延时后，协调控制偏航电机电磁刹车吸合。
本实施例中，所述PLC控制模块3检测到偏航电机未按照左偏、右偏启动和停止指令协调控制偏航电机左偏驱动模块2、PLC控制模块3、偏航电机右偏驱动模块4、偏航电机电磁刹车驱动模块5和液压系统刹车驱动模块6的控制次序，发出风力发电机偏航系统故障预警消息。
如图3所示，检测到左偏启动指令时，按照次序启动液压系统刹车系统泄压，打开偏航电机电磁刹车，左偏延时1s，左偏启动偏航电机。
如图4所示，检测到右偏启动指令时，按照次序启动液压系统刹车系统泄压，打开偏航电机电磁刹车，左偏延时1s，右偏启动偏航电机。
如图5所示，检测到左偏停止指令时，按照次序执行液压系统刹车系统建压，延时1.5s，左偏停止偏航电机，延时2.5s，吸合偏航电机电磁刹车。
如图6所示，检测到右偏停止指令时，按照次序执行液压系统刹车系统建压，延时1.5s，右偏停止偏航电机，延时2.5s，吸合偏航电机电磁刹车。
以上所述，仅是本实用新型专利的较佳实施例，并非对本实用新型专利作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，其特征在于，包括左右偏指令启停获取模块(1)、偏航电机左偏驱动模块(2)、PLC控制模块(3)、偏航电机右偏驱动模块(4)、偏航电机电磁刹车驱动模块(5)、液压系统刹车驱动模块(6)和人机交互及远传模块(7)；其中，所述左右偏指令启停获取模块(1)的信号输出端与PLC控制模块(3)开关量输入信号相连，所述左右偏指令启停获取模块(1)用于获取风力发电机偏航系统左、右偏启动和停止指令，所述偏航电机左偏驱动模块(2)的信号输入端与PLC控制模块(3)第一开关量输出通道相连，所述偏航电机左偏驱动模块(2)用于控制偏航电机的左偏启动和停止，所述偏航电机右偏驱动模块(4)的信号输入端与PLC控制模块(3)第二开关量输出通道相连，所述偏航电机右偏驱动模块(4)用于控制偏航电机的右偏启动和停止，所述偏航电机电磁刹车驱动模块(5)的信号输入端与PLC控制模块(3)第三开关量输出通道相连，所述偏航电机电磁刹车驱动模块(5)用于打开和吸合偏航电机电磁刹车，所述液压系统刹车驱动模块(6)的信号输入端与PLC控制模块(3)第四开关量输出通道相连，所述液压系统刹车驱动模块(6)用于控制偏航液压系统刹车的建压和泄压，所述人机交互及远传模块(7)的网络通信端口与PLC控制模块(3)的网络端口相连，所述人机交互及远传模块(7)用于就地显示偏航控制状态和建立风力发电机与风电场集控室之间的通信联系，所述PLC控制模块(3)用于检测偏航电机左、右偏启动、停止指令，并根据指令控制偏航电机电磁刹车、液压系统刹车和偏航电机的工作状态，进一步通过人机交互及远传模块(7)将控制状态和故障预警信息传输至风电场集控室。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，其特征在于，还包括电源模块(8)，所述电源模块(8)直接接入风力发电机偏航电源系统，所述电源模块(8)的输出的24V电源分别与左右偏指令启停获取模块(1)、偏航电机左偏驱动模块(2)、PLC控制模块(3)、偏航电机右偏驱动模块(4)、偏航电机电磁刹车驱动模块(5)、液压系统刹车驱动模块(6)、人机交互及远传模块(7)的24V电源端口相连，所述电源模块(8)采用开关电源和电池结合供电方式为偏航控制和故障预警系统供电。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，其特征在于，所述左右偏指令启停获取模块(1)接入风力发电机原有偏航控制系统节点，分别获取原有偏航控制系统左偏启动、右偏启动、左偏停止和右偏停止指令，并分别与PLC控制模块(3)第一、第二、第三、第四开关量输入通道相连。
4.根据权利要求1所述的一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，其特征在于，所述偏航电机左偏驱动模块(2)接收PLC控制模块(3)发出的偏航电机左偏启动和停止指令，启动时控制左偏接触器线包带电，停止时控制左偏接触器线包失电。
5.根据权利要求1所述的一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，其特征在于，所述偏航电机右偏驱动模块(4)接收PLC控制模块(3)发出的偏航电机右偏启动和停止指令，启动时控制右偏接触器线包带电，停止时控制右偏接触器线包失电。
6.根据权利要求1所述的一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，其特征在于，所述偏航电机电磁刹车驱动模块(5)节点直接接入偏航电气刹车系统工作电源的接触器线包，所述偏航电机电磁刹车驱动模块(5)节点闭合，偏航电气刹车系统工作电源投入，偏航电气刹车吸合，所述偏航电机电磁刹车驱动模块(5)节点断开，偏航电气刹车系统工作电源退出，偏航电气刹车打开。
7.根据权利要求1所述的一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，其特征在于，所述液压系统刹车驱动模块(6)包括建压和泄压双节点控制电路，均通过继电器无源节点接入液压系统刹车系统；所述人机交互及远传模块(7)采用一体机形式，与PLC控制模块(3)通信兼容，实现无损偏航系统的状态信息监测、在线修改协调控制时间定值，同时将正常运行信息、出现故障预警信息以无线形式远传至风电场集控室。
8.根据权利要求1所述的一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，其特征在于，所述PLC控制模块(3)检测到偏航电机的左偏或右偏启动指令时，首先控制液压系统的刹车泄压，同时打开偏航电机电磁刹车，经过1s延时后，协调根据左、右偏启动指令启动左偏或右偏偏航电机，有效避免了偏航系统启动时出现的打齿或断齿现象；所述PLC控制模块(3)检测到偏航电机的左偏或右偏停止指令时，首先控制液压系统的刹车建压，经过1.5s延时后，协调控制左偏或右偏偏航电机停止工作，再经过2.5s延时后，协调控制偏航电机电磁刹车吸合。
9.根据权利要求8所述的一种风力发电机无损偏航控制和故障预警系统，其特征在于，所述PLC控制模块(3)检测到偏航电机未按照左偏、右偏启动和停止指令协调控制偏航电机左偏驱动模块(2)、PLC控制模块(3)、偏航电机右偏驱动模块(4)、偏航电机电磁刹车驱动模块(5)和液压系统刹车驱动模块(6)的控制次序，发出风力发电机偏航系统故障预警消息。
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| CN117989256A (zh) * | 2024-04-07 | 2024-05-07 | 广东省能源集团贵州有限公司江苏分公司 | 一种应用于风电机组偏航系统的电磁刹车控制电路 |
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2021
- 2021-11-12 CN CN202122777901.XU patent/CN216111105U/zh active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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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| GR01 | Patent grant | ||
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