风力发电机组侧风偏航电气控制系统、方法及发电机组与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组侧风偏航电气控制系统、方法及发电机组。


背景技术：

2.风力发电机组的偏航系统也可以称为对风系统。由于风向经常改变，如果风力发电机组的叶轮扫风面和风向不垂直，会导致功率输出减少。偏航系统的功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，尽量获取最大风能。
3.然而，如果风力过大可能导致机组超速，机组发生超速的情况下，将触发急停故障，机组将断开安全链，此时偏航do无输出，机组无法进行侧风偏航，机组超速情况下，风力发电机组的叶轮扫风面仍保持和风向垂直的话，将会造成严重后果。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种风力发电机组侧风偏航电气控制系统、方法及发电机组。
5.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种风力发电机组侧风偏航电气控制系统，包括：转速采集模块、压力采集模块、总控模块、模式控制模块、液压泵控制模块、偏航电机控制模块、液压泵和偏航电机。
6.所述总控模块分别与所述转速采集模块、压力采集模块、模式控制模块、液压泵控制模块和偏航电机控制模块连接，所述模式控制模块与所述液压泵控制模块和偏航电机控制模块连接，所述液压泵控制模块与液压泵连接，所述偏航电机控制模块与偏航电机连接。
7.所述转速采集模块用于实时采集机组转速；所述压力采集模块用于实时采集液压泵压力；所述总控模块用于在根据机组转速触发急停故障时，向模式控制模块输出普通do控制指令，并且向液压泵控制模块发送液压泵do控制指令；所述模式控制模块用于根据所述普通do控制指令导通对应的模式控制支路；所述液压泵控制模块用于根据所述液压泵do控制指令导通对应的控制支路，并驱动液压泵工作；所述总控模块用于在液压泵泄压到预设压力时，向偏航电机控制模块发送偏航电机do控制指令；所述偏航电机控制模块用于根据所述偏航电机do控制指令导通对应的控制支路，并驱动偏航电机工作。
8.本发明的有益效果是：在机组发生超速触发急停故障，安全链断开的情况下，通过输出普通do触发偏航电气回路导通，进而偏航电机可以接收总控模块的控制指令进行侧风偏航动作，从而有效降低风机转速，保证机组转速在安全范围内，确保机组安全。
9.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
10.进一步，所述总控模块还用于在机组转速处于正常范围内时，向模式控制模块输出急停do控制指令，并且向液压泵控制模块发送液压泵do控制指令；所述模式控制模块用于根据所述急停do控制指令导通对应的模式控制支路；所述液压泵控制模块用于根据所述液压泵do控制指令导通对应的控制支路，并驱动液压泵工作；所述总控模块用于当液压泵
泄压到预设压力时，向偏航电机控制模块发送偏航电机do控制指令；所述偏航电机控制模块用于根据所述偏航电机do控制指令导通对应的控制支路，并驱动偏航电机工作。
11.采用上述进一步方案的有益效果是，在机组转速处于正常范围内时，通过输出急停do触发偏航电气回路导通，进而执行正常的偏航动作，实现跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，尽量获取最大风能。
12.进一步，所述模式控制模块包括：急停do控制接触器、普通do控制接触器和级联接触器；所述急停do控制接触器的线圈一端连接总控模块，另一端连接地线，所述普通do控制接触器的线圈一端连接总控模块，另一端连接地线；所述急停do控制接触器的常开触点和普通do控制接触器的常开触点并联，且并联结构的一端连接直流电源，另一端连接级联接触器线圈的第一端，级联接触器线圈的第二端连接地线；所述级联接触器的常开触点的第一端连接交流电源，第二端分别连接液压泵控制模块和偏航电机控制模块。
13.采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置急停do控制接触器和普通do控制接触器，可以分别接受总控模块发出的急停do控制指令和普通do控制指令，通过级联接触器连接液压泵控制模块和偏航电机控制模块，实现模式控制模块与液压泵控制模块和偏航电机控制模块的级联。
14.进一步，所述液压泵控制模块包括液压泵马达保护开关和第一液压泵控制继电器；所述第一液压泵控制继电器的线圈一端连接总控模块，另一端连接地线；所述液压泵马达保护开关的一端连接级联接触器的常开触点的第二端，液压泵马达保护开关的另一端连接第一液压泵控制继电器的常开触点的一端，所述第一液压泵控制继电器的常开触点的另一端连接液压泵。
15.采用上述进一步方案的有益效果是，液压泵马达保护开关处于常闭状态，当发生特殊情况时，液压泵马达保护开关断开，从而保护液压泵马达安全；第一液压泵控制继电器通过线圈接收总控模块的液压泵do控制指令，进而第一液压泵控制继电器的常开触点闭合，即液压泵控制模块的自动控制支路导通，从而驱动液压泵工作。
16.进一步，所述偏航电机控制模块包括偏航电机马达保护开关和第一偏航电机控制继电器；所述第一偏航电机控制继电器的线圈一端连接总控模块，另一端连接地线；所述偏航电机马达保护开关的一端连接级联接触器的常开触点的第二端，偏航电机马达保护开关的另一端连接第一偏航电机控制继电器的常开触点的一端，所述第一偏航电机控制继电器的常开触点的另一端连接偏航电机。
17.采用上述进一步方案的有益效果是，偏航电机马达保护开关处于常闭状态，当发生特殊情况时，偏航电机马达保护开关断开，从而保护偏航电机安全；第一偏航电机控制继电器通过线圈接收总控模块的偏航电机do控制指令，进而第一偏航电机控制继电器的常开触点闭合，即偏航电机控制模块的自动控制支路导通，从而驱动偏航电机工作。
18.进一步，所述模式控制模块还包括手动控制接触器，所述液压泵控制模块还包括第二液压泵控制继电器，所述偏航电机控制模块还包括第二偏航电机控制继电器；所述手动控制接触器与所述急停do控制接触器的常开触点和普通do控制接触器的常开触点并联；所述第二液压泵控制继电器与所述第一液压泵控制继电器的常开触点并联；所述第二偏航电机控制继电器与所述第一控制偏航电机控制继电器的常开触点并联。
19.采用上述进一步方案的有益效果是，通过增加手动控制接触器、第二液压泵控制
继电器和第二偏航电机控制继电器，可在总控模块发生故障而无法发出急停do控制指令或普通do控制指令时，通过手动方式控制偏航电气回路导通，从而实现侧风偏航。
20.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种利用上述技术方案所述的风力发电机组侧风偏航电气控制系统实现侧风偏航控制的方法，包括：
21.总控模块在根据机组转速触发急停故障时，向模式控制模块输出普通do控制指令，并且向液压泵控制模块发送液压泵do控制指令；
22.模式控制模块用于根据所述普通do控制指令导通对应的模式控制支路；
23.液压泵控制模块用于根据所述液压泵do控制指令导通对应的控制支路，并驱动液压泵工作；
24.总控模块用于在液压泵泄压到预设压力时，向偏航电机控制模块发送偏航电机do控制指令；
25.偏航电机控制模块用于根据所述偏航电机do控制指令导通对应的控制支路，并驱动偏航电机工作。
26.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
27.进一步，总控模块在机组转速处于正常范围内时，向模式控制模块输出急停do控制指令，并且向液压泵控制模块发送液压泵do控制指令；
28.模式控制模块用于根据所述急停do控制指令导通对应的模式控制支路；
29.液压泵控制模块用于根据所述液压泵do控制指令导通对应的控制支路，并驱动液压泵工作；
30.总控模块用于当液压泵泄压到预设压力时，向偏航电机控制模块发送偏航电机do控制指令；
31.偏航电机控制模块用于根据所述偏航电机do控制指令导通对应的控制支路，并驱动偏航电机工作。
32.进一步，所述总控模块根据所述机组转速向模式控制模块输出急停do控制指令或普通do控制指令的同时向液压泵控制模块发送液压泵do控制指令；
33.或者，所述总控模块根据所述机组转速向模式控制模块输出急停do控制指令或普通do控制指令后，延时预设时长向液压泵控制模块发送液压泵do控制指令。
34.为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种风力发电机组，包括上述技术方案所述的风力发电机组侧风偏航电气控制系统。
35.本发明附加的方面及其优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
36.图1为本发明实施例提供的风力发电机组侧风偏航电气控制系统框图；
37.图2为本发明实施例提供的风力发电机组侧风偏航电气控制系统的电气连接图；
38.图3为本发明实施例提供的总控模块的超速判断逻辑图；
39.图4为本发明实施例提供的侧风偏航电气控制逻辑图。
具体实施方式
40.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
41.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
42.图1为本发明实施例提供的风力发电机组侧风偏航电气控制系统框图。如图1所示，该系统包括：转速采集模块101、压力采集模块102、总控模块103、模式控制模块104、液压泵控制模块105、偏航电机控制模块106、液压泵107和偏航电机108。
43.总控模块103分别与所述转速采集模块101、压力采集模块102、模式控制模块104、液压泵控制模块105和偏航电机控制模块106连接，模式控制模块104与液压泵控制模块105和偏航电机控制模块106连接，液压泵控制模块105与液压泵107连接，偏航电机控制模块106与偏航电机108连接。
44.转速采集模块101用于实时采集机组转速；压力采集模块102用于实时采集液压泵压力。
45.在一个实施例中，总控模块103用于在根据机组转速触发急停故障时，向模式控制模块104输出普通do控制指令，并且向液压泵控制模块105发送液压泵do控制指令；模式控制模块104用于根据普通do控制指令导通对应的模式控制支路；液压泵控制模块105用于根据液压泵do控制指令导通对应的控制支路，并驱动液压泵工作；总控模块103用于在液压泵泄压到预设压力时，向偏航电机控制模块106发送偏航电机do控制指令；偏航电机控制模块用于根据偏航电机do控制指令导通对应的控制支路，并驱动偏航电机工作。
46.当机组超速后，可能造成严重后果，为减少损失，保证机组安全，行业内要求机组应具备超速后，风机能自动偏离主风向，降低风机转速，以保证机组转速在安全范围内。风机偏离主风向90度时，可以让风机最大限度的减少吸收风能，从而将危害降低。目前一般的风力发电机组都不具备机组超速应急情况下的侧风偏航功能。
47.本发明实施例通过新增do、继电器等电气元件，在机组发生超速触发急停故障，安全链断开的情况下，通过输出普通do触发偏航电气回路导通，进而偏航电机可以接收总控模块的控制指令进行侧风偏航动作，从而有效降低风机转速，保证机组转速在安全范围内，确保机组安全。
48.在一个实施例中，总控模块103用于在机组转速处于正常范围内时，向模式控制模
块104输出急停do控制指令，并且向液压泵控制模块105发送液压泵do控制指令；模式控制模块104用于根据急停do控制指令导通对应的模式控制支路；压泵控制模块105用于根据液压泵do控制指令导通对应的控制支路，并驱动液压泵工作；总控模块103用于当液压泵泄压到预设压力时，向偏航电机控制模块106发送偏航电机do控制指令；偏航电机控制模块用于根据偏航电机do控制指令导通对应的控制支路，并驱动偏航电机工作。
49.上述实施例中，在机组转速处于正常范围内时，通过输出急停do触发偏航电气回路导通，进而执行正常的偏航动作，实现跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，尽量获取最大风能。
50.图2为本发明实施例提供的风力发电机组侧风偏航电气控制系统的电气连接图。其中u1和u2为输入电压，u1为直流，u2为交流(其中u1一般为24v、12v等，u2为400v)；k1为急停do控制接触器；k2为普通do控制接触器；k3为手动控制接触器。k4为级联接触器，线圈输入电压为u1；q1为液压泵马达保护开关,处于闭合状态；m1为液压泵；q2为偏航电机马达保护开关，处于闭合状态；m2为偏航电机；k5为第一压泵控制继电器；k6为第一偏航电机控制继电器；k7为第二液压泵控制继电器；k8为第二偏航电机控制继电器。
51.在一个实施例中，模式控制模块103包括：急停do控制接触器k1、普通do控制接触器k2和级联接触器k4。急停do控制接触器k1的线圈一端连接总控模块103，另一端连接地线，所述普通do控制接触器k2的线圈一端连接总控模块103，另一端连接地线；所述急停do控制接触器k1的常开触点和普通do控制接触器k2的常开触点并联，且并联结构的一端连接直流电源，另一端连接级联接触器k4线圈的第一端，级联接触器k4线圈的第二端连接地线；所述级联接触器k4的常开触点的第一端连接交流电源，第二端分别连接液压泵控制模块105和偏航电机控制模块106。
52.上述实施例中，通过设置急停do控制接触器和普通do控制接触器，可以分别接受总控模块发出的急停do控制指令和普通do控制指令，通过级联接触器连接液压泵控制模块和偏航电机控制模块，实现模式控制模块与液压泵控制模块和偏航电机控制模块的级联。
53.可选地，在一个实施例中，液压泵控制模块105包括液压泵马达保护开关q1和第一液压泵控制继电器k5。第一液压泵控制继电器k5的线圈一端连接总控模块103，另一端连接地线；液压泵马达保护开关q1的一端连接级联接触器k4的常开触点的第二端，液压泵马达保护开关q1的另一端连接第一液压泵控制继电器k5的常开触点的一端，第一液压泵控制继电器的常开触点的另一端连接液压泵m1。
54.上述实施例中，液压泵马达保护开关处于常闭状态，当发生特殊情况时，如电机运行中若发生堵转、过流等，液压泵马达保护开关断开，能有效的进行保护，切断供电回路，从而保护液压泵马达安全；第一液压泵控制继电器通过线圈接收总控模块的液压泵do控制指令，进而第一液压泵控制继电器的常开触点闭合，即液压泵控制模块的自动控制支路导通，从而驱动液压泵工作。
55.可选地，在一个实施例中，偏航电机控制模块106包括偏航电机马达保护开关q2和第一偏航电机控制继电器k6；第一偏航电机控制继电器的线圈一端连接总控模块103，另一端连接地线；偏航电机马达保护开关q2的一端连接级联接触器的常开触点的第二端，另一端连接第一偏航电机控制继电器k6的常开触点的一端，第一偏航电机控制继电器的常开触点的另一端连接偏航电机m2。
56.上述实施例中，偏航电机马达保护开关处于常闭状态，当发生特殊情况时，如电机运行中若发生堵转、过流等，偏航电机马达保护开关断开，能有效的进行保护，切断供电回路，从而保护偏航电机安全；第一偏航电机控制继电器通过线圈接收总控模块的偏航电机do控制指令，进而第一偏航电机控制继电器的常开触点闭合，即偏航电机控制模块的自动控制支路导通，从而驱动偏航电机工作。
57.可选地，在一个实施例中，模式控制模块还包括手动控制接触器k3，液压泵控制模块105还包括第二液压泵控制继电器k7，偏航电机控制模块106还包括第二偏航电机控制继电器k8；手动控制接触器k3与急停do控制接触器的常开触点和普通do控制接触器的常开触点并联；第二液压泵控制继电器k7与第一液压泵控制继电器的常开触点并联；第二偏航电机控制继电器k8与第一控制偏航电机控制继电器k6的常开触点并联。
58.上述实施例中，通过增加手动控制接触器、第二液压泵控制继电器和第二偏航电机控制继电器，可在总控模块发生故障而无法发出急停do控制指令或普通do控制指令时，通过手动方式控制偏航电气回路导通，从而实现侧风偏航。
59.如图3所示，本发明实施例提供一种利用上述实施例所述的风力发电机组侧风偏航电气控制系统实现侧风偏航控制的方法，包括如下步骤：
60.s310，总控模块在根据机组转速触发急停故障时，向模式控制模块输出普通do控制指令，并且向液压泵控制模块发送液压泵do控制指令；
61.s320，模式控制模块用于根据所述普通do控制指令导通对应的模式控制支路；
62.s330，液压泵控制模块用于根据所述液压泵do控制指令导通对应的控制支路，并驱动液压泵工作；
63.s340，总控模块用于在液压泵泄压到预设压力时，向偏航电机控制模块发送偏航电机do控制指令；
64.s350，偏航电机控制模块用于根据所述偏航电机do控制指令导通对应的控制支路，并驱动偏航电机工作。
65.可选地，在一个实施例中，总控模块在机组转速处于正常范围内时，向模式控制模块输出急停do控制指令，并且向液压泵控制模块发送液压泵do控制指令；模式控制模块用于根据所述急停do控制指令导通对应的模式控制支路；液压泵控制模块用于根据所述液压泵do控制指令导通对应的控制支路，并驱动液压泵工作；总控模块用于当液压泵泄压到预设压力时，向偏航电机控制模块发送偏航电机do控制指令；偏航电机控制模块用于根据所述偏航电机do控制指令导通对应的控制支路，并驱动偏航电机工作。
66.可选地，在一个实施例中，总控模块根据所述机组转速向模式控制模块输出急停do控制指令或普通do控制指令的同时向液压泵控制模块发送液压泵do控制指令；或者，总控模块根据机组转速向模式控制模块输出急停do控制指令或普通do控制指令后，延时预设时长向液压泵控制模块发送液压泵do控制指令。
67.下面以一个具体实施例详细描述本发明技术方案的详细内容。本发明实施例中，总控模块可采用plc控制模块。
68.如图4所示，一种利用上述实施例所述的风力发电机组侧风偏航电气控制系统实现侧风偏航控制的方法，包括如下步骤：
69.判断机组转速是否超过保护限值为m，如果是则判定机组超速，否则机组处于正常
情况。
70.1)由plc进行判断，当机组处于正常情况下，其偏航动作顺序如下：急停do输出
→
k1吸合
→
k4线圈得电
→
k4吸合
→
plc给出液压泵动作指令
→
k5吸合
→
m1动作
→
当液压泵泄压到预设压力时，plc给出偏航电机动作指令
→
k6吸合
→
m2动作。
71.2)当机组处于超速情况下，其偏航动作顺序如下：普通do输出
→
k2吸合
→
k4线圈得电
→
k4吸合
→
plc给出液压泵动作指令
→
k5吸合
→
m1动作
→
当液压泵泄压到预设压力时，plc给出偏航电机动作指令
→
k6吸合
→
m2动作。
72.3)当机组处于超速情况，同时plc模块卡死，无法输出控制信号，k5、k6无法受plc控制，其偏航控制顺序为手动按钮控制k3吸合
→
k4线圈得电
→
k4吸合
→
手动按钮控制k5吸合
→
m1动作
→
手动按钮控制k6吸合
→
m2动作。
73.本发明实施例中，当满足偏航条件后，机组主控plc发出偏航命令，液压泵开始动作，偏航系统压力泄到设定值，偏航电机开始动作，进行偏航。正常情况下(机组未超速)，机组偏航受急停do控制，模块将提供一个偏航输出，急停do输出将控制整个供电回路。当机组发生超速的情况，偏航do无输出，机组无法进行偏航，即在超速情况下，偏航输出不在受急停do的控制，由普通do控制。在超速情况且plc卡死的情况下，plc模块无法输出控制，本发明实施例中采用手动控制整个供电回路。本发明实施例提供了风力发电机组各种运行工况下电气回路的控制方式，确保风力发电机组在正常情况下正常运行，在超速情况下实现侧风偏航。
74.本发明实施例提供一种风力发电机组，包括上述实施例提供的风力发电机组侧风偏航电气控制系统。本发明实施例风力发电机组，可在正常情况下正常运行，在超速情况下实现侧风偏航。
75.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。