一种风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统的制作方法

1.本发明涉及风电机组技术领域，具体而言，涉及一种风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统。

背景技术：

2.随着风力发电机组的数量日益增加，各发电单位对安全的要求也越来越高，而防止发生风电机组飞车事故成为了近年来的重点工作。为了尽可能的避免发生飞车事故，风电机组的应急偏航系统应运而生，就目前而言，常见的应急偏航系统主要是基于软硬件的无源控制系统，当检测到机组超速或叶片卡桨等情况时，通过软硬件控制自动启动应急偏航回路，降低机组转速，但是采用这种应急偏航系统的机组由于电网、线路、箱变等故障导致动力电丢失时，通过软硬件控制自动启动应急偏航回路的功能将会失效，导致飞车事故的发生。基于此，针对上述问题，我们设计了一种风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，其用于解决上述技术问题。
4.本发明的实施例通过以下技术方案实现：
5.一种风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，包括：风机原有回路、开关q1、开关q2、开关q3、开关q4、降压转直流变压器、二极管z1、继电器k1、塔基、应急电源、第二风电机组；风机原有回路分别与开关q1的一端、开关q2的一端、开关q3的一端、开关q4的一端连接，开关q1的另一端、开关q2的另一端、开关q3的另一端、开关q4的另一端分别与塔基、降压转直流变压器的1号接口、继电器k1的输入端连接，降压转直流变压器的3号接口与二极管z1的正极连接，降压转直流变压器的2号接口、继电器k1的输出端、二极管z1的负极、降压转直流变压器的4号接口分别与风机原有回路连接，应急电源通过快插头与塔基连接，塔基与第二风电机组连接。
6.可选的，风机原有回路包括：第一电源输入端、第二电源输入端、第三电源输入端、第四电源输入端、第五电源输入端、开关a1、开关a2、开关a3、开关a4、开关a5、偏航电机、电磁刹车、二极管z2、液压刹车、第一电源负极、第二电源负极；第一电源输入端与开关a1的一端连接，开关a1的另一端分别与偏航电机、开关q1的一端连接，第二电源输入端与开关a2的一端连接，开关a2的另一端分别与偏航电机、开关q2的一端连接，第三电源输入端与开关a3的一端连接，开关a3的另一端分别与偏航电机、开关q3的一端连接，第四电源输入端与开关a4的一端连接，开关a4的另一端分别与电磁刹车的一端、开关q4的一端连接，电磁刹车的另一端、降压转直流变压器的2号接口、继电器k1的输出端分别与第一电源负极连接，第五电源输入端与开关a5的一端连接，开关a5的另一端与二极管z2的正极连接，二极管z2的负极分别与二极管z1的负极、液压刹车的一端连接，液压刹车的另一端、降压转直流变压器的4
号接口分别与第二电源负极连接。
7.可选的，第一电源负极处还设置有开关a6、开关a7，电磁刹车的另一端、降压转直流变压器的2号接口、继电器k1的输出端分别与开关a6的一端连接，开关a6的另一端与开关a7的一端连接，开关a7的另一端与第一电源负极连接。
8.可选的，塔基包括：开关qs1、开关qs2、开关qs3、开关qs4、塔基电源、开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、继电器k2、开关f1；开关q1的另一端与开关qs1的一端连接，开关q2的另一端与开关qs2的一端连接，开关q3的另一端与开关qs3的一端连接，开关q4的另一端、降压转直流变压器的1号接口、继电器k1的输入端分别与开关qs4的一端连接，塔基电源的第一输入端与开关s1的一端连接，塔基电源的第二输入端与开关s2的一端连接，塔基电源的第三输入端与开关s3的一端连接，塔基电源的第四输入端与开关s4的一端连接，开关s1的另一端分别与开关qs1的另一端、应急电源、第二风电机组连接，开关s2的另一端分别与开关qs2的另一端、应急电源、第二风电机组连接，开关s3的另一端分别与开关qs3的另一端、应急电源、第二风电机组连接，开关s4的另一端分别与开关qs4的另一端、应急电源、第二风电机组连接，塔基电源的电源负极与继电器k2的输入端连接，继电器k2的输出端与开关f1的一端连接，开关f1的另一端与第二风电机组连接。
9.可选的，继电器k2的常开点11连接设定电源端，继电器k2的常开点14与塔基的di接口连接，用于应急偏航线缆断开进行告警。
10.可选的，应急电源包括开关vs1、开关vs2、开关vs3、开关vs4、柴油发电机；柴油发电机分别与开关vs1的一端、开关vs2的一端、开关vs3的一端、开关vs4的一端连接，开关vs1的另一端分别与开关s1的另一端、开关qs1的另一端、第二风电机组连接，开关vs2的另一端分别与开关s2的另一端、开关qs2的另一端、第二风电机组连接，开关vs3的另一端分别与开关s3的另一端、开关qs3的另一端、第二风电机组连接，开关vs4的另一端分别与开关s4的另一端、开关qs4的另一端、第二风电机组连接。
11.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
12.本发明提供了一种风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，当风力发电机组失电、失控，转速不断上升，机组飞车时，通过后备电源供电，启动应急偏航控制系统、强制驱动偏航系统将机舱偏航90
°
，使叶轮侧对风，以达到降低机组转速的作用。本发明清晰明了、易于实现、行之有效、投入产出比高，复杂问题简单化，不对风机产生负面影响；没有软件、程序的改动，仅仅对电路拓扑加以改动，应急系统独立于软件、独立于安全链，与原回路间加电气隔离，机组正常运行时，本回路没有能耗损失，应急电源的投入控制策略和电机启动方式具有普遍适用性，启动顺序满足五防要求，极端情况下能保证准确投入。
13.本发明可有效降低机组飞车时次生灾害发生，可操作性强。机组飞车时，随时有叶片折断、倒塌风险，人员无法接近，本发明采用延长后备电源线缆，并将两台机组线缆互通方式供电，以确保操作安全距离；采用对侧机组塔基电源和柴油发电机双后备电源配置，确保在极端情况下能可靠启动应急系统，无扩大设备故障范围、人身伤亡等次生灾害隐患。
14.本发明具有应急回路状态监测功能，可靠性强。由于不启动应急偏航时，机组外线缆不带电，若线缆受沿途施工影响断开时，无法及时发现，降低应急回路可靠性，本发明在定期测试应急系统功能基础上，增加偏航线缆断开告警信号，可实时监测应急系统机组外线缆状态，确保应急系统随时可用。
附图说明
15.图1为本发明提供的主控plc直接控制与偏航软启的电路原理图；
16.图2为本发明提供的偏航变频器的电路原理图。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
18.如图1、图2所示，本发明提供了其中一种实施例：一种风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，当风力发电机组失电、失控，转速不断上升时，考虑到机组随时存在飞车、倒塌风险，人员无法接近，故采用延长后备电源线缆方式，以确保操作安全距离；同时考虑户外设置电源操作箱维护难度大和双后备电源配置，故采用两台机组线缆互通方式供电，该系统的构成包括如下步骤：
19.步骤一、互通线缆设置：在两台机组之间采用架空或地埋方式铺设5芯400vac线缆，其中1芯230vac作为打开刹车控制电(电磁制动230vac和液压制动230vav/24vdc)、3芯400vac作为偏航电机电源(偏航电机电源为690vac时，可通过改变后备电源电压等级或电机接线方式实现)、1芯230vac作为线缆断开检测线，线缆布置路径避开箱变及易发生火灾区域。
20.步骤二、应急偏航系统电源回路设置：考虑到极端情况下电器元件失效，本回路尽可能减少接触器、继电器等元件配置。在机舱偏航电机和偏航电机电磁制动供电端子排处分别并联接线，引出4芯线缆至塔基，同时在外加230vac电磁制动电源处并联安装230vac/24vdc开关电源为液压制动电磁阀供电(原回路中，回零线路存在继电器和空开节点的，需要将节点短接)。考虑到电源互不影响和使用安全，需加入正反向隔离。正向隔离(原回路电不供入应急回路)、反向隔离(应急回路电不供入原回路)，24vdc可加装二极管、230vac和400vac需加装接触器、继电器或分励脱扣器等。常见主控plc直接控制或加偏航软启控制的偏航系统，偏航电机和电磁松闸回路有接触器常开点的，无需增加反向隔离(偏航变频器控制的无接触器，需在偏航变频器和偏航电机之间4线串联增加有分励脱扣器的断路器q2并受外引打开刹车单相电源控制)，液压松闸24vdc通过串联两个对向二极管实现正、反向隔离。在机舱至塔基4芯线缆间设置正向隔离接触器k1(接触器受单相230vac控制)，确保主控自动偏航时正常运行。
21.在塔基设置隔离开关qs1、qs2、qs3、qs4(用作互相操作时隔离本台机组)，在塔基处并联出两组接线，分别通过两组隔离开关s1、s2、s3、s4和vs1、vs2、vs3、vs4接入塔基400vac或柴油发电机(与柴油发电机预留接口设置快插头)，机组正常运行时隔离开关qs1、qs2、qs3、qs4处于闭合状态，隔离开关s1、s2、s3、s4和vs1、vs2、vs3、vs4处于断开状态，隔离开关根据操作顺序设置机械五防锁。
22.步骤三、应急偏航系统启动原理及操作步骤：当某台机组出现失电、转速失控紧急情况时，人员赴相对侧组进行操作。
23.①
在塔基拉开连接自身机舱偏航系统应急电源隔离开关qs1、qs2、qs3、qs4(防止
操作对侧机组时，影响本台机组偏航)。
24.②
塔基有电时，优先使用塔基电源，先合上隔离开关s4，此时k1接触器吸合，塔基至偏航系统应急线路接通，电磁刹车继电器得电刹车打开，230vac/24vdc开关电源工作，电磁阀得电液压释放(若机组配置偏航变频器，则串联在偏航电机与偏航变频器之间的q2断路器分励脱口，如图2)。2s后再合上隔离开关s1、s2、s3，偏航电机得电，执行顺时针偏航指令。时刻关注风机转速和偏航角度，当转速降低至安全转速或达到90
°
侧对风，则执行停止指令，先断开隔离开关s1、s2、s3，2s后断开s4隔离开关，此时风机停止偏航，再合上隔离开关qs1、qs2、qs3、qs4，恢复原状。
25.③
塔基失电时，通过快速插头迅速连接柴油发电机，启动应急电源，操作vs1、vs2、vs3、vs4隔离开关原则同
②
操作s1、s2、s3、s4原则。
26.步骤四、应急偏航线缆断开告警：由于不启动应急偏航时，机组外线缆不带电，若线缆受沿途施工影响断开时，无法及时发现，降低应急回路可靠性。为及时发现线缆断开故障，增加偏航线缆断开告警信号，与动力线缆同股增加1芯由对侧机组塔基接入230vac电源，引至该台机组塔基k2继电器a1端子，a2就地回零，使用k2继电器的一组常开触点，一端引入24vdc，另一端接至塔基备用di接口，并命名为“应急偏航线缆断开告警”，高电平信号正常，当线缆断开或二次接线松动变为低电平时告警。
27.在本实施例中，当单台机组失电时，利用相邻机组或柴油发电机作为后备电源，手动启动应急偏航控制回路，强制机组偏航，使叶轮侧对风，以达到降低机组转速的作用。
28.综上所述，在本实施例中，当风力发电机组失电、失控，转速不断上升，机组飞车时，通过后备电源供电，启动应急偏航控制系统、强制驱动偏航系统将机舱偏航90
°
，使叶轮侧对风，以达到降低机组转速的作用。本发明清晰明了、易于实现、行之有效、投入产出比高，复杂问题简单化，不对风机产生负面影响；没有软件、程序的改动，仅仅对电路拓扑加以改动，应急系统独立于软件、独立于安全链，与原回路间加电气隔离，机组正常运行时，本回路没有能耗损失，应急电源的投入控制策略和电机启动方式具有普遍适用性，启动顺序满足五防要求，极端情况下能保证准确投入。
29.本实施例可有效降低机组飞车时次生灾害发生，可操作性强。机组飞车时，随时有叶片折断、倒塌风险，人员无法接近，本发明采用延长后备电源线缆，并将两台机组线缆互通方式供电，以确保操作安全距离；采用对侧机组塔基电源和柴油发电机双后备电源配置，确保在极端情况下能可靠启动应急系统，无扩大设备故障范围、人身伤亡等次生灾害隐患。
30.本实施例具有应急回路状态监测功能，可靠性强。由于不启动应急偏航时，机组外线缆不带电，若线缆受沿途施工影响断开时，无法及时发现，降低应急回路可靠性，本发明在定期测试应急系统功能基础上，增加偏航线缆断开告警信号，可实时监测应急系统机组外线缆状态，确保应急系统随时可用。
31.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

技术特征：

1.一种风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，其特征在于，包括：风机原有回路、开关q1、开关q2、开关q3、开关q4、降压转直流变压器、二极管z1、继电器k1、塔基、应急电源、第二风电机组；风机原有回路分别与开关q1的一端、开关q2的一端、开关q3的一端、开关q4的一端连接，开关q1的另一端、开关q2的另一端、开关q3的另一端、开关q4的另一端分别与塔基、降压转直流变压器的1号接口、继电器k1的输入端连接，降压转直流变压器的3号接口与二极管z1的正极连接，降压转直流变压器的2号接口、继电器k1的输出端、二极管z1的负极、降压转直流变压器的4号接口分别与风机原有回路连接，应急电源通过快插头与塔基连接，塔基与第二风电机组连接。2.根据权利要求1所述的风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，其特征在于，风机原有回路包括：第一电源输入端、第二电源输入端、第三电源输入端、第四电源输入端、第五电源输入端、开关a1、开关a2、开关a3、开关a4、开关a5、偏航电机、电磁刹车、二极管z2、液压刹车、第一电源负极、第二电源负极；第一电源输入端与开关a1的一端连接，开关a1的另一端分别与偏航电机、开关q1的一端连接，第二电源输入端与开关a2的一端连接，开关a2的另一端分别与偏航电机、开关q2的一端连接，第三电源输入端与开关a3的一端连接，开关a3的另一端分别与偏航电机、开关q3的一端连接，第四电源输入端与开关a4的一端连接，开关a4的另一端分别与电磁刹车的一端、开关q4的一端连接，电磁刹车的另一端、降压转直流变压器的2号接口、继电器k1的输出端分别与第一电源负极连接，第五电源输入端与开关a5的一端连接，开关a5的另一端与二极管z2的正极连接，二极管z2的负极分别与二极管z1的负极、液压刹车的一端连接，液压刹车的另一端、降压转直流变压器的4号接口分别与第二电源负极连接。3.根据权利要求2所述的风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，其特征在于，第一电源负极处还设置有开关a6、开关a7，电磁刹车的另一端、降压转直流变压器的2号接口、继电器k1的输出端分别与开关a6的一端连接，开关a6的另一端与开关a7的一端连接，开关a7的另一端与第一电源负极连接。4.根据权利要求1所述的风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，其特征在于，塔基包括：开关qs1、开关qs2、开关qs3、开关qs4、塔基电源、开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、继电器k2、开关f1；开关q1的另一端与开关qs1的一端连接，开关q2的另一端与开关qs2的一端连接，开关q3的另一端与开关qs3的一端连接，开关q4的另一端、降压转直流变压器的1号接口、继电器k1的输入端分别与开关qs4的一端连接，塔基电源的第一输入端与开关s1的一端连接，塔基电源的第二输入端与开关s2的一端连接，塔基电源的第三输入端与开关s3的一端连接，塔基电源的第四输入端与开关s4的一端连接，开关s1的另一端分别与开关qs1的另一端、应急电源、第二风电机组连接，开关s2的另一端分别与开关qs2的另一端、应急电源、第二风电机组连接，开关s3的另一端分别与开关qs3的另一端、应急电源、第二风电机组连接，开关s4的另一端分别与开关qs4的另一端、应急电源、第二风电机组连接，塔基电源的电源负极与继电器k2的输入端连接，继电器k2的输出端与开关f1的一端连接，开关f1的另一端与第二风电机组连接。5.根据权利要求4所述的风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，其特征在于，继电器k2的常开点11连接设定电源端，继电器k2的常开点14与塔基的di接口连接，用于应急偏航线缆断开进行告警。
6.根据权利要求4所述的风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，其特征在于，应急电源包括开关vs1、开关vs2、开关vs3、开关vs4、柴油发电机；柴油发电机分别与开关vs1的一端、开关vs2的一端、开关vs3的一端、开关vs4的一端连接，开关vs1的另一端分别与开关s1的另一端、开关qs1的另一端、第二风电机组连接，开关vs2的另一端分别与开关s2的另一端、开关qs2的另一端、第二风电机组连接，开关vs3的另一端分别与开关s3的另一端、开关qs3的另一端、第二风电机组连接，开关vs4的另一端分别与开关s4的另一端、开关qs4的另一端、第二风电机组连接。

技术总结

本发明涉及风电机组技术领域，具体而言，涉及一种风力发电机组失电情况下应急偏航控制系统，风机原有回路分别与开关Q1的一端、开关Q2的一端、开关Q3的一端、开关Q4的一端连接，开关Q1的另一端、开关Q2的另一端、开关Q3的另一端、开关Q4的另一端分别与塔基、降压转直流变压器的1号接口、继电器K1的输入端连接，降压转直流变压器的3号接口与二极管Z1的正极连接，降压转直流变压器的2号接口、继电器K1的输出端、二极管Z1的负极、降压转直流变压器的4号接口分别与风机原有回路连接，应急电源通过快插头与塔基连接，塔基与第二风电机组连接。塔基与第二风电机组连接。塔基与第二风电机组连接。

技术研发人员：

李玉冬 刘毅 胡永超 王向伟 刘鹏

受保护的技术使用者：

华能唐山丰南风力发电有限公司

技术研发日：

2022.08.01

技术公布日：

2022/11/2