CN219012765U - 风力发电机组的偏航控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风力发电机组领域，具体提供一种风力发电机组的偏航控制系统，旨在解决现有的偏航控制系统偏航角度不精准、电缆扭缆次数过多，导致风力发电机组出现故障的问题。为此目的，本实用新型的偏航控制系统包括：驱动单元，其用于驱动风力发电机组转动；解缆单元，其用于检测风力发电机组的绕缆位置；保护单元，其用于对风力发电机组进行超限保护；偏航控制器，其分别与驱动单元、解缆单元和保护单元通信连接，用于接收解缆单元和/或保护单元的传送信号并据此控制驱动单元工作；操作室控制器，其与偏航控制器通信连接，用于向偏航控制器下发控制指令，实现主动偏航，提高偏航效率和偏航精确性，降低风力发电机组故障率和运营成本。

Description

风力发电机组的偏航控制系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组领域，具体提供一种风力发电机组的偏航控制系统。

背景技术

能源和环境是当今发展所需解决的紧迫问题，风力发电作为新能源不仅可以减少环境污染，而且具有较好的经济效益和社会效益，越来越受到各国的重视。偏航控制系统是风力发电机组必不可少的组成系统之一，但目前的偏航控制系统运行效果往往不尽如人意，会出现偏航角度不精准、电缆扭缆次数过多等问题，导致风力发电机组出现故障。

因此，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述技术问题，即，解决现有的偏航控制系统偏航角度不精准、电缆扭缆次数过多，导致风力发电机组出现故障的问题。

本实用新型提供一种风力发电机组的偏航控制系统，所述偏航控制系统包括：驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述风力发电机组转动；解缆单元，所述解缆单元用于检测所述风力发电机组的绕缆位置；保护单元，所述保护单元用于对所述风力发电机组进行超限保护；偏航控制器，所述偏航控制器分别与所述驱动单元、所述解缆单元和所述保护单元通信连接，所述偏航控制器用于接收所述解缆单元和/或所述保护单元的传送信号并据此控制所述驱动单元工作；操作室控制器，所述操作室控制器与所述偏航控制器通信连接，用于向所述偏航控制器下发控制指令。

在上述风力发电机组的偏航控制系统的具体实施方式中，所述驱动单元包括驱动变频器和变频电机，所述变频电机与所述驱动变频器连接，所述驱动变频器与所述偏航控制器通信连接，所述变频电机的驱动端与所述风力发电机组连接。

在上述风力发电机组的偏航控制系统的具体实施方式中，所述驱动变频器与所述偏航控制器之间通过Profibus-DP协议通讯连接。

在上述风力发电机组的偏航控制系统的具体实施方式中，所述驱动单元还包括液压制动装置，所述液压制动装置与所述偏航控制器通信连接，所述液压制动装置用于对所述风力发电机组进行制动。

在上述风力发电机组的偏航控制系统的具体实施方式中，所述驱动单元还包括风向传感器和偏航计数器，所述风向传感器和所述偏航计数器与所述偏航控制器通信连接。

在上述风力发电机组的偏航控制系统的具体实施方式中，所述解缆单元包括接近开关和限位开关，所述接近开关和所述限位开关与所述偏航控制器通信连接。

在上述风力发电机组的偏航控制系统的具体实施方式中，所述保护单元包括风速监测器，所述风速监测器与所述偏航控制器通信连接。

在上述风力发电机组的偏航控制系统的具体实施方式中，所述保护单元还包括润滑装置，所述润滑装置与所述偏航控制器通信连接，所述润滑装置用于提供润滑剂并对所述风机发电机组进行润滑。

在上述风力发电机组的偏航控制系统的具体实施方式中，所述偏航控制器包括CPU模块以及与所述CPU模块连接的偏航装置通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和HMI显示屏。

在上述风力发电机组的偏航控制系统的具体实施方式中，所述偏航装置通讯模块与所述操作室控制器之间通过Profibus-DP协议通讯连接。

在采用上述技术方案的情况下，通过设置有驱动单元、解缆单元和保护单元，且驱动单元、解缆单元和保护单元分别与偏航控制器通信连接，偏航控制器与操作室控制器通信连接，实现主动偏航的工作模式，使风力发电机组能够自动进行偏航工作，以使风轮始终处于迎风状态，提高偏航效率。同时，偏航精确性高，当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。而且，降低风力发电机组故障率和运营成本。

综上，本实用新型控制系统结构安全简单，可靠性和实用性高，能够确保风力发电机组的偏航工作安全稳定运行。

附图说明

下面结合附图来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：

图1是本实用新型的风力发电机组的偏航控制系统的整体结构示意图；

图2是本实用新型的风力发电机组的偏航控制系统中偏航控制器的整体结构示意图；

图3是本实用新型的风力发电机组的偏航控制系统中驱动单元与偏航控制器的整体结构示意图；

图4是本实用新型的风力发电机组的偏航控制系统中解缆单元与偏航控制器的整体结构示意图；

图5是本实用新型的风力发电机组的偏航控制系统中保护单元与偏航控制器的整体结构示意图；

附图标记列表：

1、操作室控制器；

2、偏航控制器；21、偏航装置通讯模块；22、CPU模块；23、数字量输入模块；24、模拟量输入模块；25、数字量输出模块；26、模拟量输出模块；27、HMI显示屏；

3、驱动单元；31、驱动变频器；32、变频电机；33、风向传感器；34、液压机构；35、制动机构；36、偏航计数器；

4、解缆单元；41、接近开关；42、限位开关；

5、保护单元；51、风速监测器；52、润滑装置。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非用于限制本实用新型的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先参阅图1，对本实用新型的风力发电机组的偏航控制系统进行描述。其中，该图为本实用新型的风力发电机组的偏航控制系统的整体结构示意图。

如图1所示，本实用新型的偏航控制系统包括：驱动单元3，其用于驱动风力发电机组转动。解缆单元4，其用于检测风力发电机组的绕缆位置。保护单元5，其用于对风力发电机组进行超限保护。偏航控制器2，偏航控制器2分别与驱动单元3、解缆单元4和保护单元5通信连接，偏航控制器2用于接收解缆单元4和/或保护单元5的传送信号并据此控制驱动单元3工作。操作室控制器1，操作室控制器1与偏航控制器2通信连接，用于向偏航控制器2下发控制指令。

如图2所示，偏航控制器2包括CPU模块22以及与CPU模块22连接的通讯模块、数字量输入模块23、数字量输出模块25、模拟量输入模块24和模拟量输出模块26，通讯模块与操作室控制器1之间通过Profibus-DP协议通讯连接。

偏航控制器2通过Profibus-DP协议与操作室控制器1通讯连接，偏航控制器2能够实时接收操作室控制器1下发的控制指令，例如控制风力发电机组的偏航启停、手动偏航等。同时，CPU模块22通过数字量输入模块23、数字量输出模块25、模拟量输入模块24和模拟量输出模块26控制和监测各单元的运行，并实时将数据传送给操作室控制器1。

此外，偏航控制器2还包括HMI显示屏27，HMI显示屏27与CPU模块22通讯连接，操作员可在HMI显示屏27上根据风力发电机组实际偏航情况进行现场设定偏航参数。

如图3所示，驱动单元3包括驱动变频器31和变频电机32，变频电机32与驱动变频器31连接，驱动变频器31与CPU模块22之间通过Profibus-DP协议通讯连接，变频电机32的驱动端与风力发电机组连接，以驱动发电机组偏航转动。

CPU模块22通过Profibus-DP通讯调节驱动变频器31变频器的工作频率，进而控制风力发电机组的偏航方向，同时，驱动变频器31也会通过Profibus-DP通讯向CPU模块22实时上传变频电机32的运行状态、电量监测信息。

继续如图3所示，驱动单元3还包括液压制动装置，液压制动装置与CPU模块22通信连接，液压制动装置包括液压机构34和制动机构35，液压机构34与制动机构35连接，液压机构34用于向制动机构35提供压力或将压力释放，使制动机构35能够实现对风力发电机构的偏航制动或释放，以使风力发电机组进行锁定或偏航转动。

液压机构34分别与数字量输出模块25和模拟量输出模块26通信连接，制动机构35分别与数字量输入模块23和模拟量输入模块24通信连接，CPU模块22根据变频电机32的运行状态控制液压机构34的工作状态，同时，制动机构35也会向CPU模块22实时上传工作状态。

制动机构35可避免振荡的风向变化引起偏航齿圈产生交变负荷，吸收微小自由偏转振荡，防止交变应力引起齿圈过早损伤。液压机构34工作时压力稳定在设定区间内，闸体释放后仍然保持定量的压力，防止风向的突变对偏航系统造成冲击。

继续如图3所示，驱动单元3还包括风向传感器33和偏航计数器36，风向传感器33和偏航计数器36与偏航控制器2通信连接。其中，风向传感器33与模拟量输入模块24通信连接，偏航计数器36与数字量输入模块23通信连接。

具体地，风向传感器33用于检测风向，并将风向信号传送至CPU模块22，当CPU模块22所接收的风向信号与风力发电机组的转动方向之间有偏离时，CPU模块22向驱动单元3发送信号，驱动单元3根据所接收的控制信号驱动风力发电机组对准主风向。

偏航计数器36用于记录风力发电机组偏航所运转的圈数，并将偏航圈数传送至CPU模块22，当CPU模块22所接收的实际偏航圈数达到预设偏航圈数时，则触发自动解缆，即，CPU模块22向驱动单元3发送信号，驱动单元3根据所接收的控制信号驱动风力发电机组进行自动解缆并复位。偏航计数器36的设定条件由风力发电机组悬垂部分电缆的允许扭转角度所决定，其原则是要小于电缆所允许扭转的角度。

如图4所示，解缆单元4包括接近开关41和限位开关42，接近开关41和限位开关42与偏航控制器2通信连接。其中，接近开关41和限位开关42分别与数字量输入模块23通信连接。

具体地，接近开关41和限位开关42设置在被电缆缠绕的管件上，当风力发电机组进行偏转电缆缠绕到达接近开关41处时，接近开关41发送信号至CPU模块22，CPU模块22向驱动单元3发送控制信号，使驱动变频器31控制变频电机32回转相同转数进行电缆解绕，确保电力电缆的安全送电和控制电缆的正常工作。若因故障或其他原因没有自动进行解缆，当电缆缠绕到达限位开关42处时，即达到电缆允许缠绕的极限时，限位开关42发送信号至CPU模块22，以能够触发安全保护连锁，控制风力发电机组紧急强制停机，等待人工处理。

如图5所示，保护单元5包括风速监测器51，风速监测器51与偏航控制器2通信连接。其中，风速监测器51与模拟量输入模块24通信连接。

具体地，风速监测器51用于监测实时、阶段性和周期性风速，并将风速信号传送至CPU模块22，当CPU模块22所接收的风速信号超过预设的最大可承受速度时，以能够触发安全保护连锁，控制风力发电机组停止偏航动作。

继续如图5所示，保护单元5还包括润滑装置52，润滑装置52与偏航控制器2通信连接，润滑装置52用于提供润滑剂并对风机发电机组的润滑点进行润滑。其中，润滑装置52分别与数字量输入模块23和数字量输出模块25通信连接。

具体地，由于偏航齿圈承受较高的机械载荷，偏航控制器2接收操作室控制器1下发的控制指令，通过控制润滑装置52持续对所需润滑点提供适量的润滑剂，可避免偏航系统出现故障。同时，润滑装置52也会向偏航控制器2实时上传工作状态。

本实用新型的偏航控制系统，通过设置有驱动单元3、解缆单元4和保护单元5，且驱动单元3、解缆单元4和保护单元5分别与偏航控制器2通信连接，偏航控制器2与操作室控制器1通信连接，实现主动偏航的工作模式，使风力发电机组能够自动进行偏航工作，以使风轮始终处于迎风状态，提高偏航效率。同时，偏航精确性高，当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。而且，降低风力发电机组故障率和运营成本。

综上，本实用新型控制系统结构安全简单，可靠性和实用性高，能够确保风力发电机组的偏航工作安全稳定运行。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的偏航控制系统，其特征在于，所述偏航控制系统包括：

驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述风力发电机组转动；

解缆单元，所述解缆单元用于检测所述风力发电机组的绕缆位置；

保护单元，所述保护单元用于对所述风力发电机组进行超限保护；

偏航控制器，所述偏航控制器分别与所述驱动单元、所述解缆单元和所述保护单元通信连接，所述偏航控制器用于接收所述解缆单元和/或所述保护单元的传送信号并据此控制所述驱动单元工作；

操作室控制器，所述操作室控制器与所述偏航控制器通信连接，用于向所述偏航控制器下发控制指令。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组的偏航控制系统，其特征在于，所述驱动单元包括驱动变频器和变频电机，所述变频电机与所述驱动变频器连接，所述驱动变频器与所述偏航控制器通信连接，所述变频电机的驱动端与所述风力发电机组连接。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组的偏航控制系统，其特征在于，所述驱动变频器与所述偏航控制器之间通过Profibus-DP协议通讯连接。

4.根据权利要求2所述的风力发电机组的偏航控制系统，其特征在于，所述驱动单元还包括液压制动装置，所述液压制动装置与所述偏航控制器通信连接，所述液压制动装置用于对所述风力发电机组进行制动。

5.根据权利要求2所述的风力发电机组的偏航控制系统，其特征在于，所述驱动单元还包括风向传感器和偏航计数器，所述风向传感器和所述偏航计数器与所述偏航控制器通信连接。

6.根据权利要求1所述的风力发电机组的偏航控制系统，其特征在于，所述解缆单元包括接近开关和限位开关，所述接近开关和所述限位开关与所述偏航控制器通信连接。

7.根据权利要求1所述的风力发电机组的偏航控制系统，其特征在于，所述保护单元包括风速监测器，所述风速监测器与所述偏航控制器通信连接。

8.根据权利要求1或7所述的风力发电机组的偏航控制系统，其特征在于，所述保护单元还包括润滑装置，所述润滑装置与所述偏航控制器通信连接，所述润滑装置用于提供润滑剂并对所述风力发电机组进行润滑。

9.根据权利要求1所述的风力发电机组的偏航控制系统，其特征在于，所述偏航控制器包括CPU模块以及与所述CPU模块连接的偏航装置通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和HMI显示屏。

10.根据权利要求9所述的风力发电机组的偏航控制系统，其特征在于，所述偏航装置通讯模块与所述操作室控制器之间通过Profibus-DP协议通讯连接。

Images