专利名称：风力发电控制系统后备安全链监控保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大型风力发电机控制系统的机组安全控制，具体地说是一种风力
发电控制系统后备安全链监控保护装置。
背景技术：
目前，对可再生能源特别是对风能的开发利用已受到世界各国的高度重视。风能 是一种清洁能源，它是由太阳辐射造成地球表面大气层受热不均，引起大气压力差造成的， 它的本质是太阳能的一种表现形式。我国风力资源丰富，06 09年国内风电行业发展讯猛， 据风电行业协会统计，08年我国新增加大型风力发电机组为5000多台，目前国内许多整机 厂家引进国外技术，研发风力发电机机组，其中电控技术是风电的核心技术，国内市场该类 产品几乎都为进口系统。 风电控制系统实现整机发电的状态控制，核心控制策略由PLC执行，实现机组的 上电、待机、启动、发电、停机等机组状态的控制，确保机组根据当前的风资源情况实现最佳 效率发电。由于风电机组都在野外无人值守运行，机组设计的自动化程度很高，尤其是停机 方式设计需根据检测到的报警条件不同，触发不同的报警程序，一般可分为包括正常停机、 快速停机、安全链停机三类。目前大型风力机组安全保护方面存在不足，在风力机组控制系 统失灵的情况，不能实现安全停机。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力发电控制系统后备安全链监控保护装置，该装置采 用主动安全设计，独立于风电主控PLC系统，实时监测相关信号，当发生危及机组安全的情 况时，主动控制变桨系统顺桨，实现机组安全停机。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的 —种风力发电控制系统后备安全链监控保护装置，其特征在于该装置包括包括 电源、扭揽开关、机舱振动保护开关、电网保护开关、变流器保护开关、机舱和塔座危急停按 钮、分布式心跳信号监控开关、转速保护开关和安全链继电器，电源产生电源信号，分别串 接扭揽开关、机舱振动保护开关、电网保护开关、变流器保护开关、机舱和塔座危急停按钮、 分布式心跳信号监控开关、转速保护开关和安全链继电器；扭揽开关扭揽到位后常闭触点 断开，机舱振动保护开关振动信号大越限后常闭触点断开，电网保护开关检测到电网的电 压、电流、频率信号异常后常闭触点断开，变流器保护开关发生故障时常闭触点断开，机舱 和塔座危急停按钮在按钮按下后常闭触点断开，分布式心跳信号监控开关在心跳信号异常 后常闭触点断开，转速保护开关在转速超速异常后常闭触点断开；安全链继电器在任意一 个常闭触点断开后分离，执行安全停机。 本发明中，分布式心跳信号监控开关与主控制器采用CAN总线通讯，并在与主控 制器通讯不正常时，触发安全链信号，实现机组的后备停机保护。转速保护开关包括风轮转 速超速保护、风轮转速和发电机转速不匹配监控保护，在转速不正常时，触发安全链信号，实现机组的后备停机保护。 本发明采用主动安全设计，独立于PLC系统运行，实现包括扭揽位置监控、机舱振 动监控、电网保护装置动作、变流器故障、机舱和塔座危急停按钮、分布式心跳信号监控、风 轮转速超速保护、风轮、发电机转速不匹配保护等信号的监控，一旦检测到危急条件发生， 立即出发顺桨命令，由变桨系统驱动伺服电机，通过后备电池回路实现机组叶片的顺桨操作。
本发明具有如下优点 1)、采用主动安全的设计，任一触发条件正常时都为继电器吸合的常开触点，一旦 不正常将释放继电器，实现最佳的保护效果。 2)、本发明的保护功能独立于PLC系统，虽然心跳模件、转速保护模件需与PLC控
制器通讯，但一旦检测到通讯不正常，将通过独立的通道实现后备保护。 3)、本发明减少了延时继电器等分立元件，通过通讯方式传输信号，节省电缆连
接，减少了系统易出问题的故障点。 本发明可确保风力机组在控制系统失灵的情况，实现安全停机。
图1是本发明的结构示意图。 图2大型风力机组的主控系统构架图。 图3是本发明中分布式心跳信号监控开关框图。 图4是本发明中转速保护开关框图。
具体实施例方式
—种风力发电控制系统后备安全链监控保护装置，见图l，该装置包括包括电源 1、扭揽开关2、机舱振动保护开关3、电网保护开关4、变流器保护开关5、机舱和塔座危急停 按钮6、分布式心跳信号监控开关7、转速保护开关8和安全链继电器9。电源1与各开关依 次串联。电源1设置在机柜内，采用明伟公司24V(10A)开关电源，产生24V电源信号。扭 揽开关2扭揽到位后常闭触点断开，机舱振动保护开关3振动信号大越限后常闭触点断开， 电网保护开关4检测到电网的电压、电流、频率信号异常后常闭触点断开，变流器保护开关 5发生故障时常闭触点断开，机舱和塔座危急停按钮6在按钮按下后常闭触点断开，分布式 心跳信号监控开关7在心跳信号异常后常闭触点断开，转速保护开关8在转速超速异常后 常闭触点断开；安全链继电器9在任意一个常闭触点断开后分离，执行安全停机。
大型风力机组的主控系统包括塔底控制柜和机舱控制柜两部分，见图2，主PLC控 制器布置在塔底控制柜内，通过CAN总线和塔底控制柜的10模件通讯，另外通过以太网扩 展和机舱柜内的IO模件通讯，常规风力机组的看门狗监控方法是采用PLC控制器固定时间 间隔输出DO信号至延时继电器，如果延时继电器在一定的时间间隔内接受不到主PLC发来 的DO信号，则触发安全链实现心跳监控，本发明采用分布在通讯总线上的看门狗模件，直 接实现系统的心跳监控，该模件的设计框图见附图3，模件分别布置在塔座IO机架和机舱 IO机架上，通过CAN通讯总线接受PLC控制器来的脉冲心跳信号，主PLC以100MS的间隔向 心跳模件发送心跳信号，模件收到心跳信号后向PLC返回确认信号，如模件连续间隔500MS
4为收到主PLC的心跳信号，则触发安全链信号。系统采用主动安全的设计，模件上电初始化 后，接受到主PLC的心跳信号正常时即吸合输出继电器，一旦心跳不正常，立即发信号释放 继电器触发安全链动作。 风轮超速保护、风轮和发电机不匹配保护功能如下图4是本发明中转速保护开 关框图。在机舱柜内布置专用模件KP208，用于测量风力机组的风轮轴上的转速传感器信 号，实时检测风轮转速与设定的最大转速信号比较，如超速则触发安全链信号；同时该模 件接受主PLC通讯来的实时风机发电机转速信号，将风轮转速乘以增速比后与发电机转速 相比较，一旦转速偏差信号大于2%，则触发安全链信号。模件采用安全设计，但风轮转速 正常、和主PLC通讯发电机转速信号正常、风轮和发电机转速匹配正常时，吸合安全链继电 器，一旦上述三个条件中任一不正常，立即发信号释放继电器触发安全链动作。
后备安全链的各传感器分别布置在机组的塔底、机舱、轮毂内，其中变频器布置在 塔底、电网保护继电器布置在塔底控制柜、振动开关和扭揽开关布置在机舱柜内，变桨系统 控制柜包括中间控制柜和三个叶片驱动控制柜，在中间柜布置主PLC和明伟24V电源、安全 继电器，安全链系统的24V电源由变桨中间柜提供，如上述技术方案中所述，运行时风机相 关参数都正常，串接TER扭揽开关的CW、 CCW扭揽到位信号(常闭触点，当扭揽到位后触点 断开)、机舱振动余越限信号(常闭点，当振动信号大越限后触点断开)、电网保护触点输 出信号(常闭点，当检测到电网的电压、电流、频率信号异常后触点断开)、变流器故障信号 (常闭点，当变流器发生故障时触点断开)、机舱和塔座危急停按钮(常闭点，当按钮按下后 触点断开)、塔底IO模件心跳监控模件输出信号(常闭点，当心跳信号异常后触点断开)、 机舱10模件心跳监控模件输出信号(常闭点，当心跳信号异常后触点断开)、风轮转速超 速保护输出触点(常闭点，当转速超速异常后触点断开)、风轮、发电机转速不匹配保护触 点(常闭点，当转速不匹配后触点断开)，所有串接的触点都闭合，驱动变桨中间柜内的安 全继电器闭合，一旦上述中任一条件不正常，将断开安全链回路，使安全继电器失电释放， 驱动三个叶片变桨柜电机执行紧急顺桨动作，实现机组的安全停机。
权利要求
一种风力发电控制系统后备安全链监控保护装置，其特征在于该装置包括包括电源(1)、扭揽开关(2)、机舱振动保护开关(3)、电网保护开关(4)、变流器保护开关(5)、机舱和塔座危急停按钮(6)、分布式心跳信号监控开关(7)、转速保护开关(8)和安全链继电器(9)，电源(1)产生电源信号，分别串接扭揽开关(2)、机舱振动保护开关(3)、电网保护开关(4)、变流器保护开关(5)、机舱和塔座危急停按钮(6)、分布式心跳信号监控开关(7)、转速保护开关(8)和安全链继电器(9)；扭揽开关(2)扭揽到位后常闭触点断开，机舱振动保护开关(3)振动信号大越限后常闭触点断开，电网保护开关(4)检测到电网的电压、电流、频率信号异常后常闭触点断开，变流器保护开关(5)发生故障时常闭触点断开，机舱和塔座危急停按钮(6)在按钮按下后常闭触点断开，分布式心跳信号监控开关(7)在心跳信号异常后常闭触点断开，转速保护开关(8)在转速超速异常后常闭触点断开；安全链继电器(9)在任意一个常闭触点断开后分离，执行安全停机。
2. 根据权利要求1所述的风力发电控制系统后备安全链监控保护装置，其特征在于 分布式心跳信号监控开关(7)与主控制器采用CAN总线通讯，并在与主控制器通讯不正常 时，触发安全链信号，实现机组的后备停机保护。
3. 根据权利要求1所述的风力发电控制系统后备安全链监控保护装置，其特征在于 转速保护开关(8)包括风轮转速超速保护、风轮转速和发电机转速不匹配监控保护，在转 速不正常时，触发安全链信号，实现机组的后备停机保护。
全文摘要
本发明公开了一种风力发电控制系统后备安全链监控保护装置，包括电源、扭揽开关、机舱振动保护开关、电网保护开关、变流器保护开关、机舱和塔座危急停按钮、分布式心跳信号监控开关、转速保护开关和安全链继电器，电源产生电源信号，分别串接扭揽开关、机舱振动保护开关、电网保护开关、变流器保护开关、机舱和塔座危急停按钮、分布式心跳信号监控开关、转速保护开关和安全链继电器；本发明采用主动安全设计，独立于PLC系统运行，实时监测相关信号，当发生危及机组安全的情况时，主动控制变桨系统顺桨，实现机组安全停机。
文档编号F03D7/00GK101776042SQ201010017128
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者刘国耀, 刘进波, 沈德明 申请人:南京科远自动化集团股份有限公司