一种直流变桨控制系统安全控制装置的制作方法

本实用新型属于风力发电机组控制领域，尤其涉及一种直流变桨控制系统安全控制方案。

背景技术：

随着风力发电机组安装容量以及运行时间不断增加，机组安全稳定运行的重要性受到越来越多的关注，甚至已经是业主以及整机厂商首要考虑的问题。桨叶在作为风力发电机组捕获风能主要装置的同时，也是风力发电机组最大的启动刹车装置。在大风情况下，若桨叶不能顺桨收回，很有可能会导致风力发电机组超速运行，使发电机、齿轮箱等主要部件损坏，严重的可能导致机组火灾，甚至机组倒塔，因此桨叶能否顺桨回到安全位置直接关系到机组的安全。变桨控制系统作为控制桨叶转动的直接装置，能够在风力发电机组需要停机时，控制桨叶顺桨回到安全位置，从而保证机组安全，是其重要的功能。

直流变桨控制系统作为早期大批量应用的产品，其安全回路的设计只依赖单纯的一路硬接线信号EFC(Emergency Feather Command) 控制回路切换进行电机直接顺桨。当变桨控制系统检测到自身内部故障时，将故障信息以通讯的方式传给主控等待相应的处理指令，主控判断故障后断开变桨控制系统的EFC回路并下发安全位置命令给变桨控制系统。变桨控制系统检测到EFC信号由高电平变为低电平，通过接触器切换电机顺桨回路，由驱动器变频供电直接切换至后备电源蓄电池供电顺桨。这种早期的设计思路，相对于目前机组的控制策略以及安全要求，暴露出一些弊端。由于现场滑环侧EFC信号线短路、接错或者短接时，唯一的硬件EFC信号将不能断开，变桨侧EFC信号一直为高电平，若主控与变桨之间的通讯失效，变桨将执行不了主控指令而无法顺桨。导致机组超速运行影响机组安全。

技术实现要素：

为了克服已有直流变桨控制系统的在控制器死机、滑环EFC信号短接不能断开与通讯故障同时发生这两种极端情况下无法保证变桨电机控制桨叶回到安全位置、安全性较低的不足，本实用新型提供了一种直流变桨控制系统安全控制装置，可以使变桨控制系统在控制器死机，滑环EFC信号短接不能断开与通讯故障同时发生这两种极端情况下仍然可以保证变桨电机控制桨叶回到安全位置，提高了变桨系统的安全性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种直流变桨控制系统安全控制装置，所述安全控制装置包括速度检测模块、后备电源、输出继电器K1、中间继电器K2和电池顺桨回路继电器K3，所述速度检测模块的检测输入端与变桨控制器的心跳信号数字量输出端连接，所述速度检测模块包括用于判定心跳信号是否正常并选择性地控制受控开关闭合或断开的控制单元，所述手控开关与输出继电器K1的线圈串联后与所述后备电源连接，所述速度检测模块的供电端与所述后备电源连接；所述输出继电器K1的常开触点与所述中间继电器K2线圈依次串接在EFC回路中；所述中间继电器K2的常闭触点与所述电池顺桨回路继电器K3的线圈串联后与所述后备电源连接。

进一步，所述后备电源为阀控式铅酸蓄电池。

本实用新型的技术构思为：对于现有技术中的这种失效模式，核心问题在于主控和变桨之间的通讯是否正常，若能保证通讯失效的模式下也能执行桨叶顺桨的话，这种失效模式的风险也就能彻底克服了。本实用新型提供一种直流变桨控制器失效模式下的安全顺桨保护方案。

变桨系统正常运行时，变桨控制器接受主控系统的通讯命令，控制驱动器驱动变桨电机实现桨叶的旋转。控制器通过软件检测主控通讯的心跳信号，心跳正常时通过数字量输出一定频率的脉冲信号，以表示控制器正常工作。阀控式铅酸蓄电池作为后备电源，在变桨控制系统检测到内部故障或者主控要求变桨控制系统顺桨动作时为变桨电机提供能量。速度检测模块检测控制器输出的脉冲信号，当检测到脉冲信号频率发生变化，低于设定值，控制继电器断开EFC信号回路，使变桨电机带动桨叶回到安全位置。控制器内部根据通讯协议，监控通讯数据中的心跳数据，当检测到心跳丢失一段时间，认为变桨控制系统与主控之间的通讯断开，控制器同样通过继电器断开变桨内部 EFC信号回路，使变桨电机带动桨叶回到安全位置。

本实用新型的有益效果主要表现在：可以使变桨控制系统在控制器死机，滑环EFC信号短接不能断开与通讯故障同时发生这两种极端情况下仍然可以保证变桨电机控制桨叶回到安全位置，提高了变桨系统的安全性。

附图说明

图1是图1是直流变桨控制系统基本组成框图。

图2是变桨控制系统控制器内部通讯检测程序逻辑框图。

图3是安全回路接线电气原理图。

图4是变桨侧的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图4，一种直流变桨控制系统安全控制装置，所述安全控制装置包括速度检测模块、后备电源、输出继电器K1、中间继电器 K2和电池顺桨回路继电器K3，所述速度检测模块的检测输入端与变桨控制器的心跳信号数字量输出端连接，所述速度检测模块包括用于判定心跳信号是否正常并选择性地控制受控开关闭合或断开的控制单元，所述手控开关与输出继电器K1的线圈串联后与所述后备电源连接，所述速度检测模块的供电端与所述后备电源连接；所述输出继电器K1的常开触点与所述中间继电器K2线圈依次串接在EFC回路中；所述中间继电器K2的常闭触点与所述电池顺桨回路继电器K3的线圈串联后与所述后备电源连接。

进一步，所述后备电源为阀控式铅酸蓄电池。

本实施例的直流变桨控制系统基本组成包括变桨控制器，变桨驱动器，变桨电机，后备电源，24V开关电源，速度检测模块以及其他辅助电气回路。变桨控制系统正常工作时，控制器与驱动器由外部三相400V交流电供电，控制器通过I/O点输入输出和通讯，控制变桨驱动器驱动变桨电机动作，从而控制桨叶转动，使其跟随主控位置命令。此时滑环侧EFC信号正常供电，控制器与主控通讯正常，数字量输出端输出脉冲信号，速度检测模块检测到设定的脉冲频率，输出继电器K1线圈得电，常开触点闭合，中间继电器K2线圈得电，断开其常闭触电，电池顺桨回路继电器K3线圈不得电，后备电源未直接加到变桨电机两端。

为详细说明本实用新型的技术内容，构造特征，所达到目的及效果，以下列举实施例并配合附图详予说明：

步骤1：如图1所示，当机组正常运行时，变桨控制系统根据主控下发位置命令控制桨叶跟随，此时控制器通过数字量输出口输出固定频率的脉冲信号，驱动器由滑环侧的三相400V交流电供电，通过内部整流桥控制变桨电机工作，机组出变桨系统以外发生故障时执行步骤2；

步骤2：当变桨控制系统内部没有发生故障，但风力发电机组其他部件发生故障要就机组紧急停机，如图3和图4所示，主控断开滑环侧EFC信号的24V直流供电，执行步骤3；

步骤3：变桨侧EFC信号回路中的K2继电器不得电，常闭触电闭合，K3继电器得电，常开触电闭合，将后备电源直接连接到变桨电机两端，此时驱动器内部整流桥不工作，由后备电源直接控制变桨电机向顺桨方向转动，直至桨叶触发限位开关停止；

步骤:4：当变桨控制系统内部发生故障时，若变桨控制器正常工作，能检测变桨系统内部故障则执行步骤5，若变桨控制器故障，不能检测变桨系统内部故障则执行步骤7；

步骤5：变桨控制器检测到与主控通信故障，具体检测流程如图2 所示，变桨控制器根据通讯协议解析主控通讯数据，检测其中心跳信号是否发生周期性变化，若心跳信号在较长时间内保持不变，则认为通讯丢失。若变桨控制器与主控通讯正常，则执行步骤6，若变桨控制器与主控通讯中断或丢失，则执行步骤7；

步骤6：变桨控制器通过将故障通过通讯传给主控，主控接收到故障信号后，执行步骤3；

步骤7：控制器数字量输出端停止输出脉冲信号，速度检测模块检测到控制器输出的频率小于设定值，其内部常开触电断开，执行步骤3。