一种电动顺桨控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种电动顺桨控制系统，包括由直流电源和直流顺桨控制开关KM5的串连电路，交流驱动电源和所述变频器以及交流顺桨控制开关KM3的串连电路，共两路电路并连后组成的并连电路，再与直流电机串连，其中，所述交流顺桨控制开关KM3和所述直流顺桨控制开关KM5是互锁设计，由所述紧急顺桨控制继电器K1分别控制所述交流顺桨控制开关KM3和所述直流顺桨控制开关KM5的通断，而由时间继电器组的共同工作，控制紧急顺桨控制继电器K1每隔一段时间导通，再隔一段时间断开的方式实现直流电源与交流电源互为备用的电动顺桨控制系统，只要确保交直流顺桨电路有一路正常，则能够完成风机紧急顺桨，提高风电机组的安全性，减少直流顺桨电路使用频次，保护电池。
【专利说明】一种电动顺桨控制系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于风力发电设备【技术领域】，特别涉及一种电动变桨系统的顺桨控制 系统。
【背景技术】
[0002] 安全链是风机的最后一道保护，由轮毂急停、塔基急停、机舱急停、震动检测、主轴 超速、偏航限位开关串连组成，当这些串连在一起的部分有一个出现问题，整个串连回路都 会断开。一旦风机安全链断开，风机就会报紧急停机，此时就由电源驱动桨叶实现快速顺 桨，利用桨叶的空气动力特性实现气动刹车，使风机叶轮停转，实现安全停机。
[0003] 为了增加对风机的保护，顺桨系统一般都要配备用电池以确保机组发生严重故障 或重大事故的情况下可以安全停机。
[0004] 而直流电机以其无级调速，低速性能好，结构简单、控制精度高，响应快，因而被广 泛应用于风力发电变桨系统中。尤其是串励直流电机起动力矩大，对于转动重达数吨、直 径数十米的叶片非常有好处。
[0005] 但这种方式的缺点是只能依靠电池工作，一旦电池损坏或其它原因导致电池无法 放电，风机就无法正常顺桨，增加了风机非在紧急故障情况下无法停机而导致"飞车"的风 险。 实用新型内容
[0006] 有鉴于现有技术上的缺陷，本实用新型提供了风机在发生安全链故障后，启动紧 急顺桨系统时，即触发安全链EFC信号（Emergency Feathering Control)时，在顺桨电路 中先用直流供电驱动顺桨，再用交流电源作为备用电源驱动顺桨的方式。
[0007] 安全链EFC信号为：安全链故障时触发的紧急顺桨控制信号，由机舱通过滑环轮 毂提供，为24V电压带电常闭回路设计，未发生安全链故障时，该回路闭合，即安全链EFC信 号输出24V高电平；当发生安全链故障时，该回路断开，也即，安全链EFC信号输出0V低电 平，此时执行顺桨动作。
[0008] 本实用新型提供一种电动顺桨控制系统，包括直流电源、直流顺桨控制开关KM5、 交流驱动电源、变频器、交流顺桨控制开关KM3、直流电机和紧急顺桨控制继电器K1，其中， 直流电源和直流顺桨控制开关KM5串连后与由交流驱动电源和变频器以及交流顺桨控制 开关KM3串连后的电路并连，然后连接到直流电机，交流顺桨控制开关KM3和直流顺桨控制 开关KM5为互锁设计，由紧急顺桨控制继电器K1分别控制交流顺桨控制开关KM3和直流顺 桨控制开关KM5的通断。
[0009] 系统还包括主限位开关S1，为桨叶91度限位开关，桨叶位置达到91度，被触发，即 S1断开，此外还需要一个冗余限位开关S2,当桨叶位置达到95度，被触发，即S2断开。限 位开关S2在主限位开关即91度限位开关失效时可以确保变桨电机的安全制动。
[0010] 当限位开关S1、限位开关S2闭合时，也即顺桨未成功时，通过不断控制紧急顺桨 控制继电器K1的通断，来控制直流电源或者交流驱动电源的接通或断开，达到依照先执行 直流电源驱动顺桨，再执行交流电源驱动顺桨的顺序，驱动顺桨，直到顺桨成功。
[0011] 本实用新型与现有技术相比，是在原有直流顺桨电路中增加交流供电以驱动顺桨 的交流电路，该交流顺桨电路由机舱通过轮毂滑环向轮毂内提供电源，当检测到安全链故 障后，该交流电源进入轴控柜经变频器变频输出直流电源，与原有直流顺桨电路并连到顺 桨系统的直流电机，以实现风机的电动顺桨。通过执行直流电源与交流电源互为备用的电 动顺桨控制方法，只要确保直流、交流顺桨电路有一路正常，则能够顺利完成风机紧急顺 桨，提高风电机组的安全性，同时减少直流顺桨电路的使用频次，保护电池。
[0012] 紧急顺桨控制继电器Κ1为24V控制继电器，由两种方式控制：
[0013] (1)由安全链EFC信号控制，未发生安全链故障时，EFC为高电平，紧急顺桨控制继 电器导通；当发生安全链故障时，触发EFC信号（0V低电平），则紧急顺桨控制继电器断开；
[0014] (2)由交流紧急顺桨控制开关Κ2控制，Κ2由延时继电器控制其通断，通过交流紧 急顺桨控制开关Κ2给定紧急顺桨控制继电器Κ1。当发生安全链故障，并且直流顺桨失败 时，延时继电器控制交流紧急顺桨控制开关Κ2导通，然后紧急顺桨控制继电器Κ1导通（为 24V高电平），执行交流紧急顺桨；当交流顺桨也失败时，延时继电器继续工作，控制交流紧 急顺桨控制开关Κ2断开，然后紧急顺桨控制继电器Κ1断开（为0V低电平），执行直流紧急 顺桨。
[0015] 优选的，可以增加延时继电器，用于控制直流电源驱动顺桨的时间和交流驱动电 源驱动顺桨的时间以及系统顺桨总时间。
[0016] 顺桨是否成功的判断是：叶片是否顺桨到91度限位位置。此外还需要一个冗余限 位开关，用于95度限位，在主限位开关即91度限位开关失效时可以确保变桨电机的安全制 动。
[0017] 优选的，在直流电路中可以提供一个直流断路器，为直流主电源开关，提供过流保 护；在交流电路中还可以提供一个断路器，为交流主电源开关，提供过流保护。
[0018] 交流驱动电源为400V(Ll-3、Ν);交流控制电源为230V，由轮毂滑环400V电源提 供，UPS电源（6)为230V交流电，以上电源经过轮毂滑环向轮毂内供电。
[0019] 系统中的直流电源可以由电池组提供，230V交流控制电源可以为电池充电。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 下面结合附图对本实用新型所述的交直流互为备用控制方法进行具体说明。
[0021] 图1是本实用新型的电路图。
【具体实施方式】
[0022] 本实用新型提供的一种电动顺桨控制方法和系统，只适用于故障类型为安全链故 障。
[0023] 安全链EFC信号为：安全链故障时触发的紧急顺桨控制信号，由机舱通过滑环轮 毂提供，为24V电压带电常闭回路设计，未发生安全链故障时，该回路闭合，即安全链EFC信 号输出24V高电平；当发生安全链故障时，该回路断开，也即，安全链EFC信号输出0V低电 平，此时执行顺桨动作。
[0024] 如图1所示，本实用新型提供了一种电动顺桨控制系统，包括直流电源3、直流顺 桨控制开关KM5、交流驱动电源4、变频器7、交流顺桨控制开关KM3、直流电机8和紧急顺桨 控制继电器K1，直流电源3和直流顺桨控制开关KM5串连后与交流驱动电源4和变频器7 以及交流顺桨控制开关KM3串连后的电路并连，然后，连接到直流电机8,其中，交流顺桨控 制开关KM3和直流顺桨控制开关KM5是互锁设计，由紧急顺桨控制继电器K1分别控制。
[0025] 系统还包括主限位开关S1，为桨叶91度限位开关，桨叶位置达到91度，被触发，即 S1断开，此外还需要一个冗余限位开关S2,当桨叶位置达到95度，被触发，即S2断开。限 位开关S2在主限位开关即91度限位开关失效时可以确保变桨电机的安全制动。
[0026] 系统还包括交流顺桨控制开关KM3的控制回路和直流顺桨控制开关KM5的控制回 路。交流顺桨控制开关KM3的控制回路采用交流控制电源5供电；直流顺桨控制开关KM5 的控制回路采用UPS电源6供电。
[0027] 交流顺桨控制开关KM3的控制回路：由紧急顺桨控制继电器K1常开触点、限位开 关S1、限位开关S2和直流顺桨控制开关KM5的常闭触点以及交流顺桨控制开关KM3的线圈 串连；
[0028] 直流顺桨控制开关KM5的控制回路：由紧急顺桨控制继电器K1常闭触点、限位开 关S1、限位开关S2和交流顺桨控制开关KM3的常闭触点以及直流顺桨控制开关KM3的线圈 串连。
[0029] 本实用新型还设置延时继电器KT1、KT2和KT3,其中KT1控制直流电源驱动顺桨 的时间；KT2控制交流电源驱动顺桨的时间；KT3控制直流电源和交流电源互为备用依次驱 动顺桨的总时间。
[0030] 交流紧急顺桨控制开关K2控制回路由：
[0031] 延时继电器KT1的常开触点与交流紧急顺桨控制开关K2线圈的串连电路、
[0032] 延时继电器KT1的常开触点与延时继电器KT2线圈的串连电路、
[0033] 延时继电器KT2的常闭触点与延时继电器KT1线圈的串连电路，
[0034] 共三电路并连组成的并连电路与延时继电器KT3的常闭触点串连后，
[0035] 再与延时继电器KT3线圈并连，
[0036] 最后再与继电器K4常闭触点串连。
[0037] 其中，继电器K4,由安全链信号控制，当发生安全链故障时，EFC24V电源失电，继 电器K4断开。
[0038] 在未发生安全链故障时，紧急顺桨控制继电器K1闭合、直流顺桨控制开关KM5断 开、交流顺桨控制开关KM3闭合、继电器K4闭合、交流紧急顺桨控制开关K2断开，延时继电 器KT1、KT2、KT3不工作。
[0039] 当发生安全链故障时：继电器Κ4断开，令延时继电器ΚΤ3得电。
[0040] (1)先执行直流电源驱动顺桨动作。此时紧急顺桨控制继电器Κ1断开，此时，延时 继电器ΚΤ1、ΚΤ2、ΚΤ3都处于断开状态，因此，延时继电器ΚΤ1的常开触点断开，ΚΤ2的常闭 触点闭合；由于延时继电器ΚΤ2的常闭触点闭合，导致延时继电器ΚΤ1得电。
[0041] 由于紧急顺桨控制继电器Κ1常开触点断开，所以交流顺桨控制开关ΚΜ3控制回路 断开；此时由于紧急顺桨控制继电器Κ1常闭触点闭合、限位开关未触发（闭合）、交流顺桨 控制开关ΚΜ3(已断开）的常闭触点闭合，因此直流顺桨控制开关ΚΜ5的控制回路导通，此 时由直流电源3驱动顺桨。
[0042] 延迟一段时间（即延时KT1的延时时间）后：如果限位开关S1或S2未被触发，则 直流顺桨失败，继续执行下一步；如果限位开关S1或S2被触发，则直流顺桨成功，交流顺桨 控制开关KM3的控制回路和直流顺桨控制开关KM5的控制回路全部断开，本系统执行结束。
[0043] (2)如果直流顺桨失败，执行交流电源驱动顺桨动作，当达到延时继电器KT1的延 时时间后，延时继电器KT1导通，延时继电器KT2、KT3都处于断开状态，此时，延时继电器 KT1的常开触点闭合，延时继电器KT2的常闭触点闭合；由于延时继电器KT2的常闭触点闭 合，导致延时继电器KT1继续得电；由于延时继电器KT1的常开触点闭合，导致，交流紧急顺 桨控制开关K2接通，延时继电器KT2得电。
[0044] 由于交流紧急顺桨控制开关K2接通，紧急顺桨控制继电器K1导通，紧急顺桨控制 继电器K1的常闭触点断开，所以直流紧急顺桨控制开关KM5控制回路断开；此时由于紧急 顺桨控制继电器K1常开触点闭合、限位开关未触发（闭合）、直流顺桨控制开关KM5 (已断 开）的常闭触点闭合，因此交流顺桨控制开关KM3的控制回路导通，系统切换到由交流驱动 电源4驱动的顺桨电路继续执行顺桨，延迟一段时间（即延时继电器KT2的延时时间）后： 如果限位开关S1或S2未被触发，则交流顺桨失败，继续执行下一步；如果限位开关S1或S2 被触发，则交流顺桨成功，交流顺桨控制开关KM3的控制回路和直流顺桨控制开关KM5的控 制回路全部断开，本系统执行结束。
[0045] (3)如果交流顺桨失败，继续执行直流电源驱动顺桨动作
[0046] 当达到延时继电器KT2的延时时间后，延时继电器KT2导通，延时继电器KT2的常 闭触点断开，则延时继电器KT1断开，导致延时继电器KT1的常开触点断开，令延时继电器 KT2和交流紧急顺桨控制开关K2断开。此时，延时继电器KT1、KT2、KT3都处于断开状态。 由于，交流紧急顺桨控制开关K2断开，系统继续执行步骤（1)。
[0047] (4)总延时时间到，系统执行完毕
[0048] 当延迟时间达到延时继电器KT3的延时时间后，延时继电器KT3导通，此时延时继 电器KT3的常闭触点断开，因此，延时继电器KT1、KT2和K2同时断开，交流紧急顺桨控制开 关K2控制回路停止工作，交流紧急顺桨控制开关K2-直处于断开状态，本系统执行结束。
[0049] 由此，当限位开关S1、限位开关S2闭合时，也即顺桨未成功时，通过不断控制紧急 顺桨控制继电器K1的通断，来控制直流电源或者交流驱动电源的接通或断开，达到依照先 执行直流电源驱动顺桨，再执行交流电源驱动顺桨的顺序，驱动顺桨，直到顺桨成功。
[0050] 因此，只要确保直流、交流顺桨电路有一路正常，则能够顺利完成风机紧急顺桨， 提高风电机组的安全性，同时减少直流顺桨电路的使用频次，保护电池。
[0051] 优选的，还包括交流400V控制开关KM4,轴控柜2得电后，接通控制开关KM4,为变 频器提供交流400V电源。
[0052] 优选的，还包括交流断路器Q1，交流驱动电源4、交流断路器Q1与交流400V控制 开关KM4连接。
[0053] 优选的，还包括直流断路器Q2,是直流电源开关，直流电源3、直流主电源开关Q2 和直流电源顺桨控制开关KM5串连。
[0054] 其中，400V主电源开关Q1、交流400V控制开关KM4、变频器7、交流顺桨控制开关 KM3、直流主电源开关Q2和直流顺桨控制开关KM5位于轴控柜2内。
[0055] 如图1所示，图中各器件为：
[0056] Q1 :交流断路器，400V交流电源开关，提供过流保护。
[0057] Q2 :直流断路器，电池组电源开关，提供过流保护。
[0058] K1 :24V控制继电器，紧急顺桨控制继电器，由两路控制信号控制：
[0059] 1)为安全链EFC信号控制，当发生安全链故障时，EFC24V电源失电，即触发EFC信 号（低电平），则紧急顺桨控制继电器K1断开；
[0060] 2)由交流紧急顺桨控制开关K2控制，当发生安全链故障，并且直流顺桨失败时， 交流紧急顺桨控制开关K2导通，控制紧急顺桨控制继电器K1导通（为24V高电平），执行 交流紧急顺桨；当交流顺桨也失败时，交流紧急顺桨控制开关K2断开，控制紧急顺桨控制 继电器K1断开（为0V低电平），执行直流紧急顺桨。
[0061] K2 :控制继电器，交流紧急顺桨控制开关。由继电器K4,及三个延时继电器KT1、 KT2和KT3共同作用，控制K2导通和断开。
[0062] K4 :控制继电器，由安全链信号控制，当发生安全链故障时，EFC24V电源失电，继 电器K4断开。
[0063] KT1 :得电延时型延时继电器，为直流电源驱动顺桨的时间，KT1的延时时间可以 是12秒到20秒之间的任意时间，优选15秒。
[0064] KT2 :得电延时型延时继电器，为交流电源驱动顺桨的时间，KT2的延时时间可以 是12秒到20秒之间的任意时间，优选15秒。
[0065] KT3 :得电延时型延时继电器，为总的顺桨时间，本实用新型中KT3的时间设置为 KT3延时的时间=(KT1延时的时间）X4次+(KT2延时的时间）X3次，也根据直流/交流 电源驱动顺桨的次数和其各自需要的时间设置，ΚΤ3的延时时间可以是94秒到140秒之间 的任意时间，优选105秒。
[0066] ΚΜ3:接触器，交流顺桨控制开关，为直流电机提供直流电源，得电后，接通变频器 直流输出与直流电机，同时使能变频器，输出直流电源，执行交流电源驱动变桨动作。接通 条件：紧急顺桨控制继电器Κ1导通（为高电平），同时，直流顺桨控制开关ΚΜ5为断开状态， 同时，桨叶91度、95度位置限位开关未接通，即桨叶未达到91度、95度位置，S1、S2为闭合 状态。
[0067] KM4 :接触器，400V交流电源4的控制开关，轴控柜2得电后，由交流控制电源5供 电，为变频器提供400V交流电源。
[0068] KM5:接触器，直流顺桨控制开关，为直流电机提供直流电源，得电后，直流电源接 通，直流电源驱动顺桨动作。接通条件：安全链EFC信号被触发，即紧急顺桨控制继电器K1 断开，并且交流顺桨电路开关KM3断开，同时，桨叶91度、95度位置限位开关未接通，即桨叶 未达到91度、95度位置，SI、S2为闭合状态。
[0069] S1 :为桨叶91度限位开关，桨叶位置达到91度，被触发，即S1断开。
[0070] S2 :为桨叶95度限位开关，桨叶位置达到95度，被触发，即S2断开。在限位开关 S1失效时确保变桨电机的安全制动。
[0071] 优选的，交流驱动电源4,400V，由轮毂滑环供电。
[0072] 交流控制电源5, 230V，由400V交流驱动电源提供，为交流顺桨控制开关KM3提供 控制电源。
[0073] UPS电源6,230V由位于机舱控制柜内的UPS装置经过轮毂滑环向轮毂内供电，为 直流顺桨控制开关KM5提供控制电源。
[0074] 直流电源3可以是电池组，由230V交流控制电源5充电。
[0075] 以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的 限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉 本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作 出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容， 依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属 于本实用新型方案的范围内。
【权利要求】
1. 一种电动顺桨控制系统，其特征在于：包括直流电源（3)、直流顺桨控制开关KM5、交 流驱动电源（4)、变频器（7)、交流顺桨控制开关KM3、直流电机（8)、紧急顺桨控制继电器 K1、交流紧急顺桨控制开关K2和安全链EFC信号，其中， 所述安全链EFC信号由机舱通过滑环轮毂提供； 所述交流紧急顺桨控制开关K2的常开触点，与所述安全链EFC信号并连后，再与所述 紧急顺桨控制继电器K1的线圈串连； 所述直流电源（3)和所述直流顺桨控制开关KM5的串连电路，所述交流驱动电源（4) 和所述变频器（7)以及所述交流顺桨控制开关KM3的串连电路，共两路电路并连后组成的 并连电路，与所述直流电机（8)串连，所述交流顺桨控制开关KM3和所述直流顺桨控制开关 KM5是互锁设计，由所述紧急顺桨控制继电器K1分别控制所述交流顺桨控制开关KM3和所 述直流顺桨控制开关KM5的通断。
2. 根据权利要求1所述电动顺桨控制系统，其特征在于，还包括继电器K4,所述继电器 K4与所述安全链EFC信号并连。
3. 根据权利要求2所述电动顺桨控制系统，其特征在于，还包括延时继电器KT1、延时 继电器KT2和延时继电器KT3,其中， 所述延时继电器KT1的常开触点与所述交流紧急顺桨控制开关K2线圈的串连电路、 所述延时继电器KT1的常开触点与所述延时继电器KT2线圈的串连电路、 所述延时继电器KT2的常闭触点与所述延时继电器KT1线圈的串连电路， 共三电路并连组成的并连电路与所述延时继电器KT3的常闭触点串连后， 再与所述延时继电器KT3线圈并连的并连电路， 最后与所述继电器K4的常闭触点串连。
4. 根据权利要求3所述电动顺桨控制系统，其特征在于，所述延时继电器KT1的延时 时间为15秒；所述延时继电器KT2的延时时间为15秒；所述延时继电器KT3的延时时间为 105 秒。
5. 根据权利要求1所述电动顺桨控制系统，其特征在于，还包括91度限位开关S1和 95度限位开关S2,当桨叶桨矩角为91度时，触发限位开关S1，即所述限位开关S1闭合；当 桨叶桨矩角为95度时，触发限位开关S2,即所述限位开关S2闭合。
6. 根据权利要求5所述电动顺桨控制系统，其特征在于，所述紧急顺桨控制继电器K1 的常开触点、所述限位开关S1、所述限位开关S2、所述交流顺桨控制开关KM3的常闭触点和 所述直流顺桨控制开关KM5的线圈串连。
7. 根据权利要求5所述电动顺桨控制系统，其特征在于，所述紧急顺桨控制继电器K1 的常闭触点、所述限位开关S1、所述限位开关S2、所述直流顺桨控制开关KM5的常闭触点和 所述交流顺桨控制开关KM3的线圈串连。
【文档编号】F03D7/00GK203879683SQ201420334671
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】李清义, 袁恩来, 辛克锋, 苗继春, 刘峰, 程学文 申请人:北京普华亿能风电技术有限公司