风力发电机组安全运行控制系统的制作方法

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安全运行控制系统。


背景技术：

2.变桨系统是风力发电机组的重要功能部件。通常，变桨系统被纳入风力发电机组主控安全链(也称为变桨系统的外部安全链)，在外部安全链断开的情况下，变桨系统中的变桨控制器会启动紧急顺桨功能，向变桨驱动器发送速度命令，使变桨驱动器根据速度命令驱动变桨电机工作，将叶片紧急顺桨至安全位置完成刹车。
3.但是，变桨控制器在使用过程中可能会发生故障，在变桨驱动器故障的情况下，变桨控制器不能再给变桨驱动器发送速度命令，此时，变桨驱动器无法驱动变桨电机工作，容易造成卡桨问题，影响风力发电机组的安全运行。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种风力发电机组安全运行控制系统，能够在变桨控制器故障的情况下，将叶片紧急顺桨至安全位置完成刹车。
5.第一方面，本发明实施例提供一种风力发电机组安全运行控制系统，该风力发电机组安全运行控制系统包括：多个变桨控制单元，每个变桨控制单元包括第一继电器和变桨驱动器，所述第一继电器包括线圈和第一触点组；
6.各所述变桨控制单元的第一继电器的线圈均并联接入风力发电机组变桨系统的外部安全链，各所述变桨控制单元的第一继电器的第一触点组均与对应变桨驱动器的急停使能端连接；
7.各所述变桨控制单元的第一继电器的线圈在所述外部安全链断开的情况下断电，使其第一触点组断开，所述急停使能端被配置为接收第一反馈信号，所述第一反馈信号用于指示对应第一继电器的第一触点组的执行状态，所述变桨驱动器被配置为在所述第一反馈信号指示对应第一继电器的第一触点组断开时，驱动对应变桨电机执行紧急顺桨。
8.第二方面，本发明实施例提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括：如上所述的风力发电机组安全运行控制系统。
9.在本发明实施例的风力发电机组安全运行控制系统中，由于各变桨控制单元中的第一继电器的第一触点组与对应变桨驱动器的急停使能端连接，因此，各变桨驱动器能够在对应第一继电器的第一触点组断开后，根据其急停使能端接收到的表示第一继电器的第一触点组断开的反馈信号进行紧急顺桨，也就是说，变桨驱动器能够在不依赖变桨控制器下发的速度命令的情况下进行紧急顺桨，因此，即使变桨控制器发生故障，该变桨控制器对应的变桨驱动器也能够将叶片紧急顺桨至安全位置完成刹车，从而保证风力发电机组的安全运行。
附图说明
10.从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
11.图1为根据本发明一个实施例提供的风力发电机组安全运行控制系统的结构示意图；
12.图2为根据本发明实施例提供的第一继电器的结构示意图；
13.图3为根据本发明实施例提供的第二继电器的结构示意图；
14.图4为根据本发明另一实施例提供的风力发电机组安全运行控制系统的结构示意图；
15.图5为根据本发明实施例提供的第三继电器的结构示意图。
16.附图标记说明：
17.101-轴1变桨控制单元；102-轴2变桨控制单元；
18.103-轴3变桨控制单元；104-外部安全链；105-内部安全链；
19.20sk1-第一继电器；a1-第一继电器的线圈；
20.11/12-第一继电器的第一组触点；21/22-第一继电器的第二组触点；
21.p11-第一继电器的第一信号输入端；
22.20sk2-第二继电器；a2-第二继电器的线圈；
23.13/14-第二继电器的第一组触点；23/24-第二继电器的第二组触点；
24.p21-第二继电器的第一信号输入端；
25.p22-第二继电器的第二信号输入端；
26.20sk3-第三继电器；a3-第三继电器的线圈；
27.15/16-第三继电器的第一组触点；25/26-第三继电器的第二组触点；
28.d1-急停使能端。
具体实施方式
29.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。
30.风力发电机组安全链包括：变桨系统的外部安全链和内部安全链。
31.其中，变桨系统的外部安全链也称为主控安全链，能够将所有可能对风力发电机组严重损害的故障节点串联成一条回路，其中任一故障节点动作，都会引起整条外部安全链回路断电，使得风力发电机组进入紧急停机状态。变桨系统的外部安全链所涉及的故障节点包括：紧急停机按钮(位于塔底主控制柜)、发电机过速模块、扭缆开关、变桨系统三个轴控制柜中的外部安全继电器(即第一继电器20sk1)、紧急停机按钮(位于机舱控制柜)、振动开关等。
32.图1对变桨系统的外部安全链作了简要示意，图1中示出的外部安全链104由振动开关3s1、安全继电器128k4、轴1-轴3对应的第一继电器20sk1以及过速开关3s2串接在一起。其中，轴1-轴3对应第一继电器20sk1的线圈(a1)以并联的方式串接入外部安全链104。上述任一故障节点动作，都会引起整条外部安全链104回路断电，进而引起三个轴对应的第一继电器20sk1的线圈(a1)同时断电，使得风力发电机组进入紧急停机状态。
33.风力发电机组紧急停机时，变桨控制器会生成紧急顺桨指令，并将紧急顺桨指令发送至对应的变桨驱动器，使对应的变桨驱动器根据紧急顺桨指令驱动对应的变桨电机紧急顺桨。示例性地，紧急顺桨指令包括变桨速度给定值，并且从紧急顺桨开始一直到顺桨完成，变桨速度给定值逐渐减小至0，此处不限定引起风力发电机组紧急停机故障的类型。
34.但是，变桨控制器在使用过程中自身也可能会发生故障，在变桨驱动器故障的情况下，变桨控制器不能再给对应的变桨驱动器发送速度命令，此时，变桨驱动器无法驱动对应变桨电机工作，容易造成卡桨问题，影响风力发电机组的安全运行。
35.基于此，本发明实施例提供一种风力发电机组安全运行控制系统，用于风力发电机组变桨系统相关的安全链控制。请参看图1，该风力发电机组安全运行控制系统包括：多个变桨控制单元。
36.图1示出了三个叶片轴对应的变桨控制单元，分别为：轴1变桨控制单元101，轴2变桨控制单元102和轴3变桨控制单元103，各变桨控制单元独立设置，相互之间不进行通信，各变桨控制单元可以分别集成设置于一个轴控制柜中。
37.各变桨控制单元均包括：第一继电器20sk1和变桨驱动器。各变桨控制单元中的第一继电器20sk1均包括线圈(a1)和第一触点组(11/12)，各变桨控制单元中的第一继电器20sk1的线圈(a1)均并联接入风力发电机组变桨系统的外部安全链104，各变桨控制单元中的第一继电器20sk1的第一触点组(11/12)均与对应变桨驱动器的急停使能端d1连接，图1中示出了三个叶片轴对应的变桨驱动器，分别为：轴1变桨驱动器、轴2变桨驱动器和轴3变桨驱动器。
38.各变桨控制单元的第一继电器20sk1的线圈(a1)在外部安全链104断开的情况下会断电，使对应第一继电器20sk1的第一触点组(11/12)相应断开。
39.各变桨驱动器的急停使能端d1被配置为接收第一反馈信号，第一反馈信号用于指示对应第一继电器20sk1的第一触点组(11/12)的执行状态。示例性地，第一继电器20sk1的第一触点组(11/12)闭合时，第一反馈信号为高电平信号，第一继电器20sk1的第一触点组(11/12)断开时，第一反馈信号为低电平信号。
40.各变桨驱动器被配置为在第一反馈信号指示对应第一继电器20sk1的第一触点组(11/12)断开时，驱动对应变桨电机执行紧急顺桨，即，各变桨驱动器能够根据其急停使能端d1接收到的第一反馈信号进行自主顺桨，自主顺桨时，顺桨参数可以预存于变桨驱动器中，在紧急顺桨时调用即可，顺桨参数可以是变桨速度。
41.如上，由于各变桨控制单元中的第一继电器20sk1的第一触点组(11/12)与对应变桨驱动器的急停使能端d1连接，因此，各变桨驱动器能够在对应第一继电器20sk1的第一触点组(11/12)断开后，根据其急停使能端d1接收到的表示第一继电器20sk1的第一触点组(11/12)断开的反馈信号进行紧急顺桨，也就是说，变桨驱动器能够在不依赖变桨控制器下发的速度命令的情况下进行紧急顺桨，因此，即使变桨控制器发生故障，该变桨控制器对应的变桨驱动器也能够将叶片紧急顺桨至安全位置完成刹车，从而保证风力发电机组的安全运行。
42.在一些实施例中，各叶片转动的路径上设置有限位开关，比如87度位置限位开关，限位开关与对应变桨驱动器连接，各变桨驱动器还被配置为根据接收到的限位开关的触发信号停止顺桨，使叶片停止在87度位置，不继续向大角度顺桨。在图1的示例中，轴1变桨驱
动器、轴2变桨驱动器、轴3变桨驱动器均示出了两个限位开关信号的输入端口s1和s2，这两个限位开关的作用相同，在一个限位开关损坏的情况下，变桨驱动器仍能够采用另一个限位开关的触发信号停止顺桨。
43.图1中示出的各变桨控制单元的第一继电器20sk1还包括第二触点组(21/22)，各变桨控制单元还均包括：变桨控制器，分别为轴1变桨控制器、轴2变桨控制器和轴3变桨控制器。各变桨控制单元的第一继电器20sk1的第二触点组(21/22)均与对应变桨控制器连接。各变桨控制器被配置为接收第二反馈信号，第二反馈信号用于指示对应第一继电器20sk1的第二触点组(21/22)的执行状态。
44.由于第一继电器20sk1的第二触点组(21/22)与其第一触点组(11/12)的动作一致，两者同时断开或者同时闭合，因此，第一继电器20sk1的执行状态能够通过其第二触点组(21/22)反馈至变桨控制器，使得变桨控制器能够监测到第一继电器20sk1的执行状态，并将第一继电器20sk1的执行状态上传至更高一级控制器(比如主控控制器)，从而能够实现安全反馈-安全执行-安全执行结果的完整安全回路校验，以及对变桨系统故障原因的分析和定位提供数据支撑。
45.图1还对变桨系统的内部安全链做了简要示意。图1中示出的内部安全链105由轴1-轴3对应的第二继电器20sk2的第一触点组(13/14)串接而成。上述任一轴的第二继电器20sk2的第一触点组(13/14)断开，都会引起整条内部安全链105回路断电。
46.图1中示出的各变桨控制单元还包括第二继电器20sk2，第二继电器20sk2包括线圈(a2)和第一触点组(13/14)，各变桨控制单元的第二继电器20sk2的线圈(a2)与对应变桨控制器连接，各变桨控制单元的第二继电器20sk2的第一触点组(13/14)串联接入变桨系统的内部安全链105。
47.各变桨控制器被配置为在接收到的第二反馈信号指示对应第一继电器20sk1的第二触点组(21/22)断开时，控制对应第二继电器20sk2的线圈(a2)断电，使对应第二继电器20sk2的第一触点组(13/14)断开，以断开内部安全链105。
48.该实施例中，若变桨控制器接收到表示对应第一继电器20sk1的第二触点组(21/22)断开的反馈信号，说明对应第一继电器20sk1的第一触点组(11/12)、线圈(a1)均已断开，即外部安全链104已断开。由于硬件安全链的优先级以及执行速度高于软件控制，因此，在外部安全链104断开一段时间后，内部安全链105可能还处于接通状态，此时，变桨控制器根据接收到表示对应第一继电器20sk1的第二触点组(21/22)断开的反馈信号，控制第二继电器20sk2的线圈(a2)断电，能够断开内部安全链105，从而能够实现变桨系统的外部安全链104和内部安全链105的连锁控制，进而能够及时执行内部安全链105断开相关的保护措施，进一步保证风力发电机组的运行安全。
49.图1中示出的各变桨控制单元的第二继电器20sk2还包括第二触点组(23/24)，各变桨控制单元的第二继电器20sk2的第二触点组(23/24)均与对应变桨控制器连接。各变桨控制器还被配置为接收第三反馈信号，第三反馈信号用于指示对应第二继电器20sk2的第二触点组(23/24)的执行状态。
50.由于第二继电器20sk2的第二触点组(23/24)与其第一触点组(13/14)的动作一致，两者同时断开或者同时闭合，因此，第二继电器20sk2的执行状态能够通过其第二触点组(23/24)反馈至对应变桨控制器，使得对应变桨控制器能够监测到第二继电器20sk2的执
行状态，并将第二继电器20sk2的执行状态上传至更高一级控制器(比如主控控制器)，从而能够实现安全反馈-安全执行-安全执行结果的完整安全回路校验，以及对变桨系统的故障原因的分析和定位提供数据支撑。
51.图2为根据本发明实施例提供的第一继电器20sk1的结构示意图，从图2可以看出，第一继电器20sk1除了线圈(a1)、第一触点组(11/12)、第二触点组(21/22)以外，还包括第一信号输入端p11。
52.其中，各变桨控制单元的第一继电器20sk1的第一信号输入端p11也与对应变桨控制器连接，各变桨控制器还被配置为在接收到的第三反馈信号指示对应第二继电器20sk2的第二触点组(23/24)断开时，向对应第一继电器20sk1的第一信号输入端p11发送第一控制信号，使对应第一继电器20sk1根据第一控制信号控制其线圈(a1)断电，以断开外部安全链104。
53.该实施例中，若变桨控制器接收到表示对应第二继电器20sk2的第二触点组(23/24)断开的反馈信号，说明变桨系统的内部安全链105已断开。由于硬件安全链的优先级以及执行速度高于软件控制，因此，在变桨系统的内部安全链105断开一段时间后，变桨系统的外部安全链104可能还处于接通状态，此时，变桨控制器根据接收到表示对应第二继电器20sk2的第二触点组(23/24)断开的反馈信号，向对应第一继电器20sk1的第一信号输入端p11发送表示对第一继电器20sk1的线圈(a1)断电的控制信号，使对应第一继电器20sk1控制其线圈(a1)断电，能够断开外部安全链104，能够实现变桨系统的内部安全链105和外部安全链104的连锁控制，从而能够及时执行变桨系统的外部安全链104断开相关的保护措施，保证风力发电机组的运行安全。
54.在一些实施例中，风力发电机组安全运行控制系统还包括主控控制器(图中未示出)，主控控制器与各变桨控制单元中的变桨控制器连接，各变桨控制器被配置为将接收到的第三反馈信号转发至主控控制器，主控控制器被配置为接收各变桨控制器转发的第三反馈信号，并在任一变桨控制器转发的第三反馈信号指示对应第二继电器20sk2的第二触点组(23/24)断开时，断开外部安全链104。
55.该实施例中，若主控控制器接收到任一变桨控制器转发的指示对应第二继电器20sk2的第二触点组(23/24)断开的反馈信号时，说明变桨系统的内部安全链105已断开。由于硬件安全链的优先级以及执行速度高于软件控制，因此，在变桨系统的内部安全链105断开一段时间后，变桨系统的外部安全链104可能还处于接通状态，此时，主控控制器直接断开外部安全链104，从而实现变桨系统的内部安全链105和外部安全链104的快速连锁控制。具体地，主控控制器可以通过控制外部安全链104中的任一故障节点断开的方式，来断开变桨系统的外部安全链104。
56.图3为根据本发明实施例提供的第二继电器20sk2的结构示意图，从图3可以看出，第二继电器20sk2除了包括线圈(a2)、第一触点组(13/14)、第二触点组(23/24)以外，还包括第一信号输入端p21和第二信号输入端p22。
57.各变桨控制单元的第二继电器20sk2的第一信号输入端p21均与对应变桨控制器连接，变桨控制器还被配置为向对应第二继电器20sk2的第一信号输入端p21发送第四反馈信号，第四反馈信号用于指示该变桨控制器的健康状态，第二继电器20sk2还被配置为接收对应变桨控制器发送的第四反馈信号，并在第四反馈信号指示对应变桨控制器发生故障
时，控制其线圈(a2)断电，以断开内部安全链105。
58.该实施例中，各变桨控制单元的变桨控制器在检测到自身故障的情况下，通过对应第二继电器20sk2的第一信号输入端p21控制其线圈(a2)断电，能够快速断开内部安全链105，以在变桨控制器故障的情况下及时执行内部安全链105断开相关的保护措施，保证风力发电机组的运行安全。
59.图4为根据本发明实施例提供的另一种风力发电机组安全运行控制系统的结构示意图，图4与图1的区别之处在于，图4中的各变桨控制单元还包括第三继电器20sk3，第三继电器20sk3的具体结构参见图5。
60.在图4和图5的示例中，第三继电器20sk3包括线圈(a3)和第一触点组(15/16)，各变桨控制单元的第三继电器20sk3的线圈(a3)与对应变桨驱动器连接，各变桨控制单元的第三继电器20sk3的第一触点组(15/16)与对应第二继电器20sk2的第二信号输入端p22连接。
61.各变桨驱动器被配置为向对应第三继电器20sk3的线圈(a3)输出第五反馈信号，第五反馈信号用于指示该变桨驱动器的健康状态，第三继电器20sk3的线圈(a3)在第五反馈信号指示对应变桨驱动器发生故障时断电，使其第一触点组(15/16)断开。
62.各第二继电器20sk2的第二信号输入端p22被配置为接收第六反馈信号，第六反馈信号用于指示对应第三继电器20sk3的第一触点组(15/16)的执行状态；各第二继电器被配置为在第六反馈信号指示对应第三继电器20sk3的第一触点组(15/16)断开时，控制对应第二继电器20sk2的线圈(a2)断电，使对应第二继电器20sk2的第一组触点(13/14)断开，以断开内部安全链105。
63.该实施例中，各变桨控制单元的变桨驱动器在检测到自身故障的情况下，能够通过第三继电器20sk3的线圈(a3)和第一触点组(15/16)将变桨驱动器故障信息反馈至第二继电器20sk2，第二继电器20sk2在接收到表示对应变桨驱动器发生故障的反馈信号后，主动控制其线圈(a2)断电，使其第一触点组(13/14)断开，能够断开内部安全链105，从而能够在变桨驱动器故障的情况下及时启动内部安全链105断开相关的保护措施，保证风力发电机组的运行安全，并且，该实施例的控制过程主要通过硬件实现，具有反应速度快的优点。
64.在图5的示例中，第三继电器20sk3还包括第二触点组(25/26)，各变桨控制单元的第三继电器20sk3的第二触点组(25/26)均与变桨控制器连接，各变桨控制器还被配置为接收第七反馈信号，第七反馈信号用于指示对应第三继电器20sk3的第二触点组(25/26)的执行状态。
65.由于第三继电器20sk3的第二触点组(25/26)与其第一触点组(15/16)的动作一致，两者同时断开或者同时闭合，因此，第三继电器20sk3的执行状态通过其第二触点组(25/26)反馈至对应变桨控制器，从而使得变桨控制器能够监测到第三继电器20sk3的执行状态，并将第三继电器20sk3的执行状态上传至更高一级控制器(比如主控控制器)，能够实现安全反馈-安全执行-安全执行结果的完整安全回路校验，以及对故障原因的分析和定位提供数据支撑。
66.需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明并不局限于上
文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
67.以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘、光纤介质、射频(rf)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
68.本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。