CN216278260U - 一种大功率海上风力发电机组控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率海上风力发电机组控制系统，包括塔基控制柜、机舱控制柜、齿轮箱发电机辅助控制柜、辅助变压器柜、UPS柜，机舱控制柜由配电箱和控制箱组成，塔基控制柜安装在在塔筒内，机舱控制柜、齿轮箱发电机辅助控制柜、辅助变压器柜、UPS柜安装在机舱内；齿轮箱发电机辅助控制柜获取发电机和齿轮箱的检测信号和状态参数送给机舱控制柜的控制箱；海上风机的相关检测信号和状态参数送给机舱控制柜的控制箱，塔基控制柜获取塔筒部分的检测信号和状态参数送给机舱控制柜的控制箱，由机舱控制柜的控制箱集中处理与控制，并依据各种风况和控制策略，控制海上风机获取最大的风能。本实用新型有效保证风机智能化管理与运维。

Description

一种大功率海上风力发电机组控制系统

技术领域

本实用新型涉及新能源中的风力发电领域，尤其涉及一种大功率海上风力发电机组控制系统。

背景技术

近年来，风力发电作为一种新能源发展迅速，随着陆地风场资源趋于饱和，海上风电强势发展，为提高装机容量，海上单台机组的功率不断增长，与之配套的大功率海上风力发电机组控制系统也遇到新的挑战，需要有效解决控制系统的控制方式、结构布局、环境适应性和系统控制方面的问题，以适应机组大功率和海洋气候的要求。

因此，各大主控系统厂商投入大量资金研发海上风机控制系统，从而在海上风机市场中占有重要的份额。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种大功率海上风力发电机组控制系统，以实现海上风机控制系统的研制。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种大功率海上风力发电机组控制系统，包括塔基控制柜、机舱控制柜、齿轮箱发电机辅助控制柜、辅助变压器柜、UPS柜，机舱控制柜由配电箱和控制箱组成，其特征在于：塔基控制柜安装在在塔筒内，机舱控制柜、齿轮箱发电机辅助控制柜、辅助变压器柜、UPS柜安装在机舱内；塔基控制柜、机舱控制柜、齿轮箱发电机组辅助控制柜和UPS柜的输入供电均由机舱控制柜的配电箱分配，机舱控制柜的配电箱的电源供给来源于辅助变压器柜；UPS柜(5)为塔基控制柜、机舱控制柜、齿轮箱发电机辅助控制柜在系统市电缺失的情况提供电源，齿轮箱发电机辅助控制柜获取发电机和齿轮箱的检测信号和状态参数送给机舱控制柜的控制箱；海上风机的变桨控制系统、变流器系统、偏航系统、BMS系统和CMS系统的检测信号和状态参数送给机舱控制柜的控制箱，塔基控制柜获取塔筒部分的检测信号和状态参数送给机舱控制柜的控制箱，由机舱控制柜的控制箱集中处理与控制，并依据各种风况和控制策略，控制海上风机获取最大的风能。

塔基控制柜为塔筒内各电气设备的供电、控制、通讯和照明提供连接的外部接口。塔基控制柜内安装有I/O模块、继电器、24V开关电源、断路器、接触器、继电器、塑壳断路器、隔离开关、风扇、加热器、交换机、接线端子和触摸屏，结构均为现有的，直接购买。塔基控制柜通过外部接口连接的设备有塔基除湿机、电梯、塔筒照明回路、维护插座、预留维护接口、盐雾过滤器、航海灯、SF6导流系统、消防系统、环网柜、雷电计数器、环网交换机、视频监控系统(含供电和交换机)、CMS系统、塔基环境温度监控等安装于塔筒底部的电气设备。塔基控制柜(1)的柜门面板上设置有：维护网口(RJ45)、紧急停机按钮启机按钮、复位按钮、维护开关、本地/远程开关、警告指示灯、故障指示灯、运行指示灯、维护状态指示灯等指示灯塔基触摸屏。通过塔基控制柜(1)面板上的按钮可以完成对机组的启动、复位、手动紧急停机、维护状态切换、本地和远程状态切换等操作，并指示其工作状态。在塔基控制柜(1)触摸屏上维护人员可以查看风机实时运行的各种运行数据，了解风机运行情况。

机舱控制柜的配电箱及控制箱为两个独立的箱体组成；

配电箱用于供电分配，接收辅助变压器柜的二次侧的400V输出，并将电能送往需要配电的其它柜体。配电箱内安装有塑壳断路器、24V开关电源、断路器、接触器、接线铜排、接线端子、继电器、风扇和加热器，结构均为现有的直接购买得到，配电箱主要的外部供电设备有塔基柜的供电、轮毂的供电、齿轮箱发电机辅助控制柜供电、机舱辅助控制柜供电、维护供电、变流器供电、偏航柜、机舱起重机、机舱照明、航空灯、机舱空空冷等供电，以及配置机舱至塔基辅助供电的防雷器。以及柜体内的加热、通风、照明等。

控制箱用于机舱辅助设备的供电、控制，提供若干个连接的外部接口。控制箱内安装有CPU、I/O模块、安全控制器、交换机、断路器、接触器、 24V开关电源、接线端子、温度控制器、温度传感器、风扇和加热器，结构均为现有的直接购买得到。控制箱通过外部接口连接的设备有变流器、主变压器、消防系统、雷电监测系统、滑环弱电、弧光保护系统、视频监控系统、CMS以及一些机舱小件、偏航柜信号。该柜体中放置主控制器PLC。机舱控制柜的控制箱的柜门面板上设置有：维护网口(RJ45)、紧急停机开关、启机按钮、复位按钮、维护开关、本地/远程开关、警告指示灯、故障指示灯、运行指示灯、维护状态指示灯。通过塔基面板上的按钮可以完成对机组的启动、复位、手动紧急停机、维护状态切换、本地和远程状态切换等操作，并指示其工作状态。

齿轮箱发电机辅助控制柜用于机舱前端设备的供电、控制，提供若干个连接的外部接口，齿轮箱发电机辅助控制柜内安装有I/O模块、断路器、接触器、热继电器、风扇、加热器、24V开关电源、塑壳断路器、隔离开关、继电器、温度控制器、温度传感器、接线端子，结构均为现有的直接购买得到。齿轮箱发电机辅助控制柜通过外部接口连接的设备有齿轮箱、发电机、发电机的外部冷却系统、液压站、润滑、气象站设备、空气密度采集设备、偏航控制柜弱电、主轴温度传感器等机舱前端设备。齿轮箱发电机辅助控制柜的柜门面板上设置有：紧急停机开关。

辅助变压器柜内变压器采用隔离变压器(也就是干式变压器)，为△/Y 结构，副边Y接法，中性点N接地(辅助变压器内部完成N-PE连接，机组采用TN系统)。柜体内部设计冷却风扇及其它辅助器件，辅助变压器的内部辅助供电从变压器二次侧引取，并设置开关保护。辅助变压器柜为机舱控制柜提供电源。

UPS柜内安装有UPS控制单元和蓄电池组，结构均为现有的，直接购买。UPS柜为塔基控制柜、机舱控制柜、齿轮箱发电机辅助控制柜提供不间断电源，在系统市电缺失的情况，保障海上风机控制系统控制器、维护和照明等供电。

本实用新型的适用于三叶片、上风向、主动偏航和自动变桨的中速海上风力发电机组的智能控制，满足海洋环境的防护和防腐要求。本实用新型中的控制系统采用分布式控制方案，海上风力发电机组发电功率大于或等于10MW。本实用新型有效保证风机的可靠运行和实现风机的智能化管理与运维，作为风力发电机组的核心零部件，具有重要的推广价值。

附图说明

为了更清楚说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的网络拓扑机构示意图。

图2为本实用新型的柜体布局示意图。

图3为本实用新型的塔基控制柜外部接口示意图。

图4为本实用新型的齿轮箱发电机辅助控制柜外部接口示意图。

图5为本实用新型的机舱控制柜配电箱外部接口示意图。

图6为本实用新型的机舱控制柜控制箱外部接口示意图。

图7为本实用新型的运行示意图。

具体实施方式

参照附图对本实用新型做进一步详细说明。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施列中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施列仅是本实用新型一部分实施列，而不是全部的实施列。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7对本实用新型做进一步详细说明。

如图1、图2所示，本实用新型实施例中提供的一种大功率海上风力发电机组控制系统，包括塔基控制柜1、机舱控制柜2、齿轮箱发电机辅助控制柜3、辅助变压器柜4、UPS柜5，机舱控制柜2由配电箱和控制箱组成，其特征在于：塔基控制柜1安装在在塔筒内，机舱控制柜2、齿轮箱发电机辅助控制柜3、辅助变压器柜4、UPS柜5安装在机舱内；塔基控制柜1、机舱控制柜2、齿轮箱发电机组辅助控制柜3和UPS柜5的输入供电均由机舱控制柜2的配电箱分配，机舱控制柜2的配电箱的电源供给来源于辅助变压器柜4；UPS柜5为塔基控制柜1、机舱控制柜2、齿轮箱发电机辅助控制柜3在系统市电缺失的情况提供电源，齿轮箱发电机辅助控制柜3获取发电机和齿轮箱的检测信号和状态参数送给机舱控制柜2的控制箱；海上风机的变桨控制系统、变流器系统、偏航系统、BMS系统和CMS 系统的检测信号和状态参数送给机舱控制柜2的控制箱，塔基控制柜1获取塔筒部分的检测信号和状态参数送给机舱控制柜2的控制箱，由机舱控制柜2的控制箱集中处理与控制，并依据各种风况和控制策略，控制海上风机获取最大的风能。

如图3所示，塔基控制柜1为塔筒内各电气设备的供电、控制、通讯和照明提供连接的外部接口。塔基控制柜内安装有I/O模块、继电器、24V 开关电源、断路器、接触器、继电器、塑壳断路器、隔离开关、风扇、加热器、交换机、接线端子和触摸屏，结构均为现有的，直接购买。塔基控制柜通过外部接口连接的设备有塔基除湿机、电梯、塔筒照明回路、维护插座、预留维护接口、盐雾过滤器、航海灯、SF6导流系统、消防系统、环网柜、雷电计数器、环网交换机、视频监控系统含供电和交换机、CMS系统、塔基环境温度监控等安装于塔筒底部的电气设备。塔基控制柜1的柜门面板上设置有：维护网口RJ45、紧急停机按钮启机按钮、复位按钮、维护开关、本地/远程开关、警告指示灯、故障指示灯、运行指示灯、维护状态指示灯等指示灯塔基触摸屏。通过塔基控制柜1面板上的按钮可以完成对机组的启动、复位、手动紧急停机、维护状态切换、本地和远程状态切换等操作，并指示其工作状态。在塔基控制柜1触摸屏上维护人员可以查看风机实时运行的各种运行数据，了解风机运行情况。

如图4所示，齿轮箱发电机辅助控制柜用于机舱前端设备的供电、控制，提供若干个连接的外部接口齿轮箱发电机辅助控制柜内安装有I/O模块、断路器、接触器、热继电器、风扇、加热器、24V开关电源、塑壳断路器、隔离开关、继电器、温度控制器、温度传感器、接线端子，结构均为现有的直接购买得到。齿轮箱发电机辅助控制柜包含的外部接口设备有齿轮箱、发电机、发电机的外部冷却系统、液压站、润滑、气象站设备、空气密度采集设备、偏航控制柜弱电、主轴温度传感器等机舱前端设备。齿轮箱发电机辅助控制柜的柜门面板上设置有：紧急停机开关。

机舱控制柜2的配电箱及控制箱为两个独立的箱体组成；如图5所示，机舱控制柜配电箱用于供电分配，接收辅助变压器柜的二次侧的400V输出，并将电能送往需要配电的其它柜体。配电箱内安装有塑壳断路器、24V 开关电源、断路器、接触器、接线铜排、接线端子、继电器、风扇和加热器，结构均为现有的直接购买得到，配电箱主要的外部供电设备有塔基柜的供电、轮毂的供电、齿轮箱发电机辅助控制柜供电、机舱辅助控制柜供电、维护供电、变流器供电、偏航柜、机舱起重机、机舱照明、航空灯、机舱空空冷等供电，以及配置机舱至塔基辅助供电的防雷器。以及柜体内的加热、通风、照明等。如图6所示，控制箱用于机舱辅助设备的供电、控制，提供若干个连接的外部接口。机舱控制柜控制箱内安装有CPU、I/O模块、安全控制器、交换机、断路器、接触器、24V开关电源、接线端子、温度控制器、温度传感器、风扇和加热器，结构均为现有的直接购买得到。控制箱通过外部接口连接的设备有变流器、主变压器、消防系统、雷电监测系统、滑环弱电、弧光保护系统、视频监控系统、CMS以及一些机舱小件、偏航柜信号。该柜体中放置主控制器PLC。机舱控制柜2的控制箱的柜门面板上设置有：维护网口RJ45、紧急停机开关、启机按钮、复位按钮、维护开关、本地/远程开关、警告指示灯、故障指示灯、运行指示灯、维护状态指示灯。通过塔基面板上的按钮可以完成对机组的启动、复位、手动紧急停机、维护状态切换、本地和远程状态切换等操作，并指示其工作状态。机舱控制柜2的配电柜为机舱控制柜2控制柜、齿轮箱发电机组辅助控制柜3、辅助变压器柜4、UPS柜5分配输入电源。

辅助变压器柜内变压器采用隔离变压器也就是干式变压器，为△/Y结构，副边Y接法，中性点N接地辅助变压器内部完成N-PE连接，机组采用 TN系统。柜体内部设计冷却风扇及其它辅助器件，辅助变压器的内部辅助供电从变压器二次侧引取，并设置开关保护。辅助变压器柜为机舱控制柜提供电源。

UPS柜内安装有UPS控制单元和蓄电池组，UPS控制单元和蓄电池组结构均为现有的，直接购买，UPS柜为塔基控制柜、机舱控制柜、齿轮箱发电机辅助控制柜提供不间断电源，在系统市电缺失的情况，保障海上风机控制系统控制器、维护和照明等供电。

本实用新型实施例中机舱控制柜2内的安全和运行控制器为IPC，各模块根据IPC指令发送或接受信号，通过千兆以太网与人机界面进行通讯。

本实用新型为海上风机运行如图1-3所示，一种大功率海上风力发电机组控制系统上电自检后执行初始化程序，读取初始化数据，并设置初始化控制参数，进入待机模式；满足自动启动条件，则进入启动模式；如果转子转速大于设定转速，风向偏移小于设定值，而且没有风暴，则进入加速运行模式；如果发电机转速达到发电转速，则进入发电运行模式。以上启动阶段、加速阶段和发电阶段，一旦遇到故障，都将进入停机模式，特别值得一提的是，待机模式和停机模式是可逆的，其他模式之间是不可逆的。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

对所公开的实施列的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这种实施例的多种修改对本专业的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种大功率海上风力发电机组控制系统，包括塔基控制柜(1)、机舱控制柜(2)、齿轮箱发电机辅助控制柜(3)、辅助变压器柜(4)、UPS柜(5)，机舱控制柜(2)由配电箱和控制箱组成，其特征在于：塔基控制柜(1)安装在在塔筒内，机舱控制柜(2)、齿轮箱发电机辅助控制柜(3)、辅助变压器柜(4)、UPS柜(5)安装在机舱内；塔基控制柜(1)、机舱控制柜(2)、齿轮箱发电机组辅助控制柜(3)和UPS柜(5)的输入供电均由机舱控制柜(2)的配电箱分配，机舱控制柜(2)的配电箱的电源供给来源于辅助变压器柜(4)；UPS柜(5)为塔基控制柜(1)、机舱控制柜(2)、齿轮箱发电机辅助控制柜(3)在系统市电缺失的情况提供电源，齿轮箱发电机辅助控制柜(3)获取发电机和齿轮箱的检测信号和状态参数送给机舱控制柜(2)的控制箱；海上风机的变桨控制系统、变流器系统、偏航系统、BMS系统和CMS系统的检测信号和状态参数送给机舱控制柜(2)的控制箱，塔基控制柜(1)获取塔筒部分的检测信号和状态参数送给机舱控制柜(2)的控制箱，由机舱控制柜(2)的控制箱集中处理与控制，并依据各种风况和控制策略，控制海上风机获取最大的风能。

2.根据权利要求1所述的一种大功率海上风力发电机组控制系统，其特征在于：塔基控制柜(1)为塔筒内各电气设备的供电、控制、通讯和照明提供连接的外部接口。

3.根据权利要求1所述的一种大功率海上风力发电机组控制系统，其特征在于：机舱控制柜(2)的配电箱及控制箱为两个独立的箱体组成；配电箱用于供电分配，接收辅助变压器柜的二次侧的400V输出，并将电能送往需要配电的其它柜体；控制箱用于机舱辅助设备的供电和控制。

4.根据权利要求1所述的一种大功率海上风力发电机组控制系统，其特征在于：齿轮箱发电机辅助控制柜(3)用于机舱前端设备的供电和控制。

5.根据权利要求1所述的一种大功率海上风力发电机组控制系统，其特征在于：辅助变压器柜(4)内变压器采用隔离变压器，为△/Y结构，副边Y接法，中性点N接地。

6.根据权利要求1所述的一种大功率海上风力发电机组控制系统，其特征在于：UPS柜内安装有UPS控制单元和蓄电池组。

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