專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)，具體是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將清潔、可再生的風(fēng)能轉(zhuǎn)變成電力動能的裝置，它由多個部分組成，而控制系統(tǒng)則貫穿至每一個部分，相當(dāng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的神經(jīng)系統(tǒng)。因此控制系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)、發(fā)電量及設(shè)備安全。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)主要由主控系統(tǒng)、滑環(huán)和變槳系統(tǒng)等構(gòu)成，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的上電、待機(jī)、啟動、發(fā)電和停機(jī)等指令均由核心的主控系統(tǒng)執(zhí)行，這些指令由滑環(huán)輸送給變槳系統(tǒng)，由變槳系統(tǒng)控制其內(nèi)部的軸控制柜、伺服驅(qū)動器和電機(jī)具體實(shí)現(xiàn)。為了保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，在主控系統(tǒng)上連接有主控安全鏈，該安全鏈包括控制電源和狀態(tài)繼電器，控制電源為MVDC，由主控系統(tǒng)給定；狀態(tài)繼電器的常開觸點(diǎn)連接在主控系統(tǒng)的輸出端，在狀態(tài)繼電器上依次串聯(lián)有急停開關(guān)、偏航開關(guān)、超速檢測開關(guān)、震動開關(guān)等；這些開關(guān)在所檢測的對象出現(xiàn)異常時，它的常開觸點(diǎn)斷開，狀態(tài)繼電器在所串聯(lián)的任一常開觸點(diǎn)斷開后掉電，狀態(tài)繼電器的常開觸點(diǎn)也斷開，由主控系統(tǒng)控制變槳系統(tǒng)進(jìn)行緊急順槳并安全停機(jī)。然而，由于風(fēng)電場的惡劣環(huán)境，滑環(huán)常常因?yàn)殍F屑、污垢、水滴、雷擊、震動等原因發(fā)生故障，導(dǎo)致其傳遞的控制信號發(fā)生短路、開路等問題，無法向變槳系統(tǒng)傳遞正確的控制指令，變槳系統(tǒng)也就無法及時地順槳切除風(fēng)能，這直接威脅了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全，容易釀成嚴(yán)重事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)是在現(xiàn)有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了一個關(guān)聯(lián)且獨(dú)立于主控安全鏈的變槳安全鏈，使二者形成冗余設(shè)計(jì)，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠安全可靠的運(yùn)行。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行控制系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)、滑環(huán)和變槳系統(tǒng)，所述主控系統(tǒng)上連接有主控安全鏈，該主控安全鏈用作對能夠威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的外部各電氣元件及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)主控安全鏈監(jiān)測的任一電氣元件和運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，主控安全鏈向主控系統(tǒng)發(fā)出狀態(tài)信號，由主控系統(tǒng)控制變槳系統(tǒng)進(jìn)行緊急順槳并安全停機(jī)；所述變槳系統(tǒng)具有一個安全鏈，該安全鏈獨(dú)立于主控安全鏈，變槳安全鏈狀態(tài)輸出端連接于變槳系統(tǒng)信號輸入端，該信號輸入端接受主控系統(tǒng)向變槳系統(tǒng)傳遞的安全狀態(tài)控制信號，變槳安全鏈用作對能夠威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的變槳系統(tǒng)內(nèi)部各運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)變槳安全鏈監(jiān)測的任一運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，變槳系統(tǒng)主動控制槳葉進(jìn)行緊急順槳，并將變槳安全鏈狀態(tài)信息通過滑環(huán)及時反饋給主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)控制其它子系統(tǒng)緊急安全停機(jī)。所述變槳安全鏈包括控制電源和狀態(tài)繼電器K2，所述狀態(tài)繼電器K2的常開觸點(diǎn) K2連接于變槳系統(tǒng)信號輸入端，在狀態(tài)繼電器K2上依次串聯(lián)有變槳檢測超速開關(guān)、軸1驅(qū)動器開關(guān)、軸2驅(qū)動器開關(guān)、軸3驅(qū)動器開關(guān)、變槳控制器開關(guān)和變槳維護(hù)開關(guān)；所述變槳檢測超速開關(guān)在檢測到風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)超速時常開觸點(diǎn)斷開，所述軸1驅(qū)動器開關(guān)在軸 1驅(qū)動器故障時常開觸點(diǎn)斷開，所述軸2驅(qū)動器開關(guān)在軸2驅(qū)動器故障時常開觸點(diǎn)斷開，所述軸3驅(qū)動器開關(guān)在軸3驅(qū)動器故障時常開觸點(diǎn)斷開，所述變槳控制器開關(guān)在檢測到變槳控制器出現(xiàn)異常時常開觸點(diǎn)斷開，所述變槳維護(hù)開關(guān)在槳葉維護(hù)時常開觸點(diǎn)斷開，所述狀態(tài)繼電器K2在所串聯(lián)的任一常開觸點(diǎn)斷開后掉電，它的常開觸點(diǎn)K2斷開，變槳系統(tǒng)主動控制槳葉緊急順槳，并將變槳安全鏈狀態(tài)信息通過滑環(huán)及時反饋給主控系統(tǒng)。所述變槳安全鏈還包括一個與狀態(tài)繼電器K2并聯(lián)的復(fù)位繼電器K3，該復(fù)位繼電器K3在上電時，它的常開觸點(diǎn)K3吸合，當(dāng)狀態(tài)繼電器K2所監(jiān)測的狀態(tài)開關(guān)均正常吸合時， 進(jìn)而使?fàn)顟B(tài)繼電器K2得電，狀態(tài)繼電器K2的常開觸點(diǎn)K2吸合，使變槳安全鏈自動復(fù)位；所述復(fù)位繼電器K3上依次串聯(lián)有槳葉1順槳位置開關(guān)、槳葉2順槳位置開關(guān)和槳葉3順槳位置開關(guān)，所述槳葉1順槳位置開關(guān)在檢測到槳葉1到達(dá)順槳位置時常開觸點(diǎn)吸合，所述槳葉 2順槳位置開關(guān)在檢測到槳葉2到達(dá)順槳位置時常開觸點(diǎn)吸合，所述槳葉3順槳位置開關(guān)在檢測到槳葉3到達(dá)順槳位置時常開觸點(diǎn)吸合，所述復(fù)位繼電器K3在所串聯(lián)的所有常開觸點(diǎn)吸合后上電。本發(fā)明的有益效果是上述控制系統(tǒng)增設(shè)了變槳安全鏈，該安全鏈與主控安全鏈形成關(guān)聯(lián)且獨(dú)立的冗余設(shè)計(jì)，給予了變槳系統(tǒng)一定的自主性，在變槳安全鏈正常時，變槳系統(tǒng)執(zhí)行主控系統(tǒng)通過滑環(huán)傳遞的控制指令，當(dāng)變槳安全鏈中的任一運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時即可主動控制槳葉進(jìn)行緊急順槳，并同時將狀態(tài)信息通過滑環(huán)及時反饋給主控系統(tǒng)，而無需等待滑環(huán)所傳遞的主控系統(tǒng)控制指令，極大的避免了滑環(huán)故障所帶來的一系列不利后果， 有效提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全性，其可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)。此外，本發(fā)明變槳安全鏈在所監(jiān)測的狀態(tài)開關(guān)均正常吸合且所有槳葉均處于順槳位置時能自動復(fù)位。自動化程度高，減輕了工人勞動強(qiáng)度，高效快捷。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)框圖。圖2是圖1中主控安全鏈的回路示意圖。圖3是圖1中變槳安全鏈的回路示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1 本發(fā)明包括主控系統(tǒng)、滑環(huán)和變槳系統(tǒng)。在主控系統(tǒng)上連接有主控安全鏈，該主控安全鏈用作對能夠威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的外部各電氣元件及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)主控安全鏈監(jiān)測的任一電氣元件和運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，主控安全鏈向主控系統(tǒng)發(fā)出狀態(tài)信號，由主控系統(tǒng)控制變槳系統(tǒng)進(jìn)行緊急順槳并安全停機(jī)；在變槳系統(tǒng)上具有一個安全鏈，該安全鏈獨(dú)立于主控安全鏈，變槳安全鏈狀態(tài)輸出端連接于變槳系統(tǒng)信號輸入端，該信號輸入端接受主控系統(tǒng)向變槳系統(tǒng)傳遞的安全狀態(tài)控制信號，變槳安全鏈用作對能夠威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的變槳系統(tǒng)內(nèi)部各運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)變槳安全鏈監(jiān)測的任一運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，變槳系統(tǒng)主動切除軸1的急停狀態(tài)繼電器K4、軸2的急停狀態(tài)繼電器K5和軸3的急停狀態(tài)繼電器K6的控制電源，繼電器K4、K5和Κ6的常開觸點(diǎn)斷開，伺服驅(qū)動器在檢測到繼電器Κ4、Κ5和Κ6的常開觸點(diǎn)斷開后，控制電機(jī)進(jìn)行緊急安全停機(jī)，使槳葉順槳，切除風(fēng)能。變槳系統(tǒng)在主動切除軸控制柜繼電器電源的同時，將變槳安全鏈狀態(tài)信息通過滑環(huán)及時反饋給主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)控制其它子系統(tǒng)正常停機(jī)。參見圖2 主控安全鏈包括控制電源和狀態(tài)繼電器Kl。控制電源為MVDC，由主控系統(tǒng)給定；狀態(tài)繼電器Kl的常開觸點(diǎn)Kl連接在主控系統(tǒng)的輸出端，在狀態(tài)繼電器Kl上依次串聯(lián)有急停開關(guān)101、偏航開關(guān)102、超速檢測開關(guān)103、震動開關(guān)104等；其中，急停開關(guān) 101在檢測到緊急停機(jī)按鈕按下時常開觸點(diǎn)斷開，偏航開關(guān)102在檢測到正常運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙偏離0°位置士720°時常開觸點(diǎn)斷開，超速檢測開關(guān)103在檢測到風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速超過正常運(yùn)行值時常開觸點(diǎn)斷開，震動開關(guān)104在檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒震動超過允許值(一般為0. 46 m/s2)時常開觸點(diǎn)斷開，狀態(tài)繼電器Kl在所串聯(lián)的任一常開觸點(diǎn)斷開后掉電，它的常開觸點(diǎn)Kl斷開，主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)在收到此狀態(tài)信息時，立即執(zhí)行緊急安全停機(jī)。參見圖3 變槳安全鏈包括控制電源、狀態(tài)繼電器K2和復(fù)位繼電器K3?？刂齐娫礊?24VDC,由滑環(huán)給定；狀態(tài)繼電器K2的常開觸點(diǎn)K2連接于變槳系統(tǒng)信號輸入端，在狀態(tài)繼電器K2上依次串聯(lián)有變槳檢測超速開關(guān)201、軸1驅(qū)動器開關(guān)202、軸2驅(qū)動器開關(guān)203、軸 3驅(qū)動器開關(guān)204、變槳控制器開關(guān)205和變槳維護(hù)開關(guān)206 ；其中，變槳檢測超速開關(guān)201 在檢測到風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)超速時常開觸點(diǎn)斷開，軸1驅(qū)動器開關(guān)202在軸1驅(qū)動器故障(如死機(jī)、功率級損壞等)時常開觸點(diǎn)斷開，軸2驅(qū)動器開關(guān)203在軸2驅(qū)動器故障(如死機(jī)、功率級損壞等)時常開觸點(diǎn)斷開，軸3驅(qū)動器開關(guān)204在軸3驅(qū)動器故障(如死機(jī)、功率級損壞等)時常開觸點(diǎn)斷開，變槳控制器開關(guān)205在檢測到變槳控制器出現(xiàn)異常(如硬件死機(jī)、程序跑飛等)時常開觸點(diǎn)斷開，變槳維護(hù)開關(guān)206在工作人員進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電機(jī)輪轂內(nèi)進(jìn)行槳葉維護(hù)時手動斷開其常開觸點(diǎn)，狀態(tài)繼電器K2在所串聯(lián)的任一常開觸點(diǎn)斷開后掉電， 它的常開觸點(diǎn)K2斷開，變槳系統(tǒng)主動控制槳葉緊急順槳，并將變槳安全鏈狀態(tài)信息通過滑環(huán)及時反饋給主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)控制其它子系統(tǒng)緊急安全停機(jī)；復(fù)位繼電器K3與狀態(tài)繼電器K2并聯(lián)，該復(fù)位繼電器K3在上電時，它的常開觸點(diǎn)K3吸合，當(dāng)狀態(tài)繼電器K2所監(jiān)測的狀態(tài)開關(guān)均正常吸合時，進(jìn)而使?fàn)顟B(tài)繼電器K2得電，狀態(tài)繼電器K2的常開觸點(diǎn)K2吸合，使變槳安全鏈自動復(fù)位；在復(fù)位繼電器K3上依次串聯(lián)有槳葉1順槳位置開關(guān)207、槳葉 2順槳位置開關(guān)208和槳葉3順槳位置開關(guān)209，槳葉1順槳位置開關(guān)207在檢測到槳葉1 到達(dá)順槳位置時常開觸點(diǎn)吸合，所述槳葉2順槳位置開關(guān)208在檢測到槳葉2到達(dá)順槳位置時常開觸點(diǎn)吸合，所述槳葉3順槳位置開關(guān)209在檢測到槳葉3到達(dá)順槳位置時常開觸點(diǎn)吸合，復(fù)位繼電器K3在所串聯(lián)的所有常開觸點(diǎn)吸合后上電，它的常開觸點(diǎn)K3吸合。本發(fā)明采用了相互關(guān)聯(lián)且又相互獨(dú)立的兩路安全鏈，即主控安全鏈和變槳安全鏈，給予了變槳系統(tǒng)一定的自主性，避免了因滑環(huán)故障所帶來的一系列不利后果，極大的提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全性。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行控制系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)、滑環(huán)和變槳系統(tǒng)，所述主控系統(tǒng)上連接有主控安全鏈，該主控安全鏈用作對能夠威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的外部各電氣元件及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)主控安全鏈監(jiān)測的任一電氣元件和運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，主控安全鏈向主控系統(tǒng)發(fā)出狀態(tài)信號，由主控系統(tǒng)控制變槳系統(tǒng)進(jìn)行緊急順槳并安全停機(jī)；其特征在于所述變槳系統(tǒng)具有一個安全鏈，該安全鏈獨(dú)立于主控安全鏈，變槳安全鏈狀態(tài)輸出端連接于變槳系統(tǒng)信號輸入端，該信號輸入端接受主控系統(tǒng)向變槳系統(tǒng)傳遞的安全狀態(tài)控制信號，變槳安全鏈用作對能夠威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的變槳系統(tǒng)內(nèi)部各運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)變槳安全鏈監(jiān)測的任一運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，變槳系統(tǒng)主動控制槳葉進(jìn)行緊急順槳，并將變槳安全鏈狀態(tài)信息通過滑環(huán)及時反饋給主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)控制其它子系統(tǒng)緊急安全停機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行控制系統(tǒng)，其特征在于所述變槳安全鏈包括控制電源和狀態(tài)繼電器K2，所述狀態(tài)繼電器K2的常開觸點(diǎn)K2連接于變槳系統(tǒng)信號輸入端，在狀態(tài)繼電器K2上依次串聯(lián)有變槳檢測超速開關(guān)(201)、軸1驅(qū)動器開關(guān)(202)、軸2 驅(qū)動器開關(guān)(203)、軸3驅(qū)動器開關(guān)(204)、變槳控制器開關(guān)(205)和變槳維護(hù)開關(guān)(206)； 所述變槳檢測超速開關(guān)(201)在檢測到風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)超速時常開觸點(diǎn)斷開，所述軸 1驅(qū)動器開關(guān)(202)在軸1驅(qū)動器故障時常開觸點(diǎn)斷開，所述軸2驅(qū)動器開關(guān)(203)在軸2 驅(qū)動器故障時常開觸點(diǎn)斷開，所述軸3驅(qū)動器開關(guān)(204)在軸3驅(qū)動器故障時常開觸點(diǎn)斷開，所述變槳控制器開關(guān)(205)在檢測到變槳控制器出現(xiàn)異常時常開觸點(diǎn)斷開，所述變槳維護(hù)開關(guān)(206)在槳葉維護(hù)時常開觸點(diǎn)斷開，所述狀態(tài)繼電器K2在所串聯(lián)的任一常開觸點(diǎn)斷開后掉電，它的常開觸點(diǎn)K2斷開，變槳系統(tǒng)主動控制槳葉緊急順槳，并將變槳安全鏈狀態(tài)信息通過滑環(huán)及時反饋給主控系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行控制系統(tǒng)，其特征在于所述變槳安全鏈還包括一個與狀態(tài)繼電器K2并聯(lián)的復(fù)位繼電器K3，該復(fù)位繼電器K3在上電時，它的常開觸點(diǎn)K3吸合，當(dāng)狀態(tài)繼電器K2所監(jiān)測的狀態(tài)開關(guān)均正常吸合時，進(jìn)而使?fàn)顟B(tài)繼電器K2得電， 狀態(tài)繼電器K2的常開觸點(diǎn)K2吸合，使變槳安全鏈自動復(fù)位；所述復(fù)位繼電器K3上依次串聯(lián)有槳葉1順槳位置開關(guān)(207)、槳葉2順槳位置開關(guān)(208)和槳葉3順槳位置開關(guān)(209)， 所述槳葉1順槳位置開關(guān)(207)在檢測到槳葉1到達(dá)順槳位置時常開觸點(diǎn)吸合，所述槳葉2 順槳位置開關(guān)(208)在檢測到槳葉2到達(dá)順槳位置時常開觸點(diǎn)吸合，所述槳葉3順槳位置開關(guān)(209)在檢測到槳葉3到達(dá)順槳位置時常開觸點(diǎn)吸合，所述復(fù)位繼電器K3在所串聯(lián)的所有常開觸點(diǎn)吸合后上電。
全文摘要
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行控制系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)、滑環(huán)和變槳系統(tǒng)，主控系統(tǒng)上連接有主控安全鏈，它用作對能夠威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的外部各電氣元件及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測的任一電氣元件和運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，向主控系統(tǒng)發(fā)出狀態(tài)信號，由主控系統(tǒng)控制變槳系統(tǒng)進(jìn)行緊急順槳并安全停機(jī)；變槳系統(tǒng)具有一個安全鏈，變槳安全鏈狀態(tài)輸出端連接于變槳系統(tǒng)信號輸入端，變槳安全鏈用作對能夠威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的變槳系統(tǒng)內(nèi)部各運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測的任一運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，變槳系統(tǒng)主動控制槳葉進(jìn)行緊急順槳，并將變槳安全鏈狀態(tài)信息通過滑環(huán)及時反饋給主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)控制其它子系統(tǒng)緊急安全停機(jī)。它的安全性和可靠性高。
文檔編號F03D7/00GK102418662SQ201110444249
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者寧琨, 曾鈺琳, 李博, 李濤, 李飛, 王晶, 魏萬明 申請人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司