專利名稱：風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)后備安全鏈監(jiān)控保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的機(jī)組安全控制，具體地說(shuō)是一種風(fēng)力
發(fā)電控制系統(tǒng)后備安全鏈監(jiān)控保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)可再生能源特別是對(duì)風(fēng)能的開(kāi)發(fā)利用已受到世界各國(guó)的高度重視。風(fēng)能 是一種清潔能源，它是由太陽(yáng)輻射造成地球表面大氣層受熱不均，引起大氣壓力差造成的， 它的本質(zhì)是太陽(yáng)能的一種表現(xiàn)形式。我國(guó)風(fēng)力資源豐富，06 09年國(guó)內(nèi)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展訊猛， 據(jù)風(fēng)電行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，08年我國(guó)新增加大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為5000多臺(tái)，目前國(guó)內(nèi)許多整機(jī) 廠家引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，研發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組，其中電控技術(shù)是風(fēng)電的核心技術(shù)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)該類 產(chǎn)品幾乎都為進(jìn)口系統(tǒng)。 風(fēng)電控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整機(jī)發(fā)電的狀態(tài)控制，核心控制策略由PLC執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的 上電、待機(jī)、啟動(dòng)、發(fā)電、停機(jī)等機(jī)組狀態(tài)的控制，確保機(jī)組根據(jù)當(dāng)前的風(fēng)資源情況實(shí)現(xiàn)最佳 效率發(fā)電。由于風(fēng)電機(jī)組都在野外無(wú)人值守運(yùn)行，機(jī)組設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度很高，尤其是停機(jī) 方式設(shè)計(jì)需根據(jù)檢測(cè)到的報(bào)警條件不同，觸發(fā)不同的報(bào)警程序，一般可分為包括正常停機(jī)、 快速停機(jī)、安全鏈停機(jī)三類。目前大型風(fēng)力機(jī)組安全保護(hù)方面存在不足，在風(fēng)力機(jī)組控制系 統(tǒng)失靈的情況，不能實(shí)現(xiàn)安全停機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)后備安全鏈監(jiān)控保護(hù)裝置，該裝置采 用主動(dòng)安全設(shè)計(jì)，獨(dú)立于風(fēng)電主控PLC系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)信號(hào)，當(dāng)發(fā)生危及機(jī)組安全的情 況時(shí)，主動(dòng)控制變槳系統(tǒng)順槳，實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全停機(jī)。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的 —種風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)后備安全鏈監(jiān)控保護(hù)裝置，其特征在于該裝置包括包括 電源、扭攬開(kāi)關(guān)、機(jī)艙振動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)、電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)、變流器保護(hù)開(kāi)關(guān)、機(jī)艙和塔座危急停按 鈕、分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)和安全鏈繼電器，電源產(chǎn)生電源信號(hào)，分別串 接扭攬開(kāi)關(guān)、機(jī)艙振動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)、電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)、變流器保護(hù)開(kāi)關(guān)、機(jī)艙和塔座危急停按鈕、 分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)和安全鏈繼電器；扭攬開(kāi)關(guān)扭攬到位后常閉觸點(diǎn) 斷開(kāi)，機(jī)艙振動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)振動(dòng)信號(hào)大越限后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到電網(wǎng)的電 壓、電流、頻率信號(hào)異常后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，變流器保護(hù)開(kāi)關(guān)發(fā)生故障時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，機(jī)艙 和塔座危急停按鈕在按鈕按下后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)在心跳信號(hào)異常 后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)在轉(zhuǎn)速超速異常后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；安全鏈繼電器在任意一 個(gè)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)后分離，執(zhí)行安全停機(jī)。 本發(fā)明中，分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)與主控制器采用CAN總線通訊，并在與主控 制器通訊不正常時(shí)，觸發(fā)安全鏈信號(hào)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的后備停機(jī)保護(hù)。轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)包括風(fēng)輪轉(zhuǎn) 速超速保護(hù)、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不匹配監(jiān)控保護(hù)，在轉(zhuǎn)速不正常時(shí)，觸發(fā)安全鏈信號(hào)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的后備停機(jī)保護(hù)。 本發(fā)明采用主動(dòng)安全設(shè)計(jì)，獨(dú)立于PLC系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)包括扭攬位置監(jiān)控、機(jī)艙振 動(dòng)監(jiān)控、電網(wǎng)保護(hù)裝置動(dòng)作、變流器故障、機(jī)艙和塔座危急停按鈕、分布式心跳信號(hào)監(jiān)控、風(fēng) 輪轉(zhuǎn)速超速保護(hù)、風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不匹配保護(hù)等信號(hào)的監(jiān)控，一旦檢測(cè)到危急條件發(fā)生， 立即出發(fā)順槳命令，由變槳系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，通過(guò)后備電池回路實(shí)現(xiàn)機(jī)組葉片的順槳操作。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn) 1)、采用主動(dòng)安全的設(shè)計(jì)，任一觸發(fā)條件正常時(shí)都為繼電器吸合的常開(kāi)觸點(diǎn)，一旦 不正常將釋放繼電器，實(shí)現(xiàn)最佳的保護(hù)效果。 2)、本發(fā)明的保護(hù)功能獨(dú)立于PLC系統(tǒng)，雖然心跳模件、轉(zhuǎn)速保護(hù)模件需與PLC控
制器通訊，但一旦檢測(cè)到通訊不正常，將通過(guò)獨(dú)立的通道實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)。 3)、本發(fā)明減少了延時(shí)繼電器等分立元件，通過(guò)通訊方式傳輸信號(hào)，節(jié)省電纜連
接，減少了系統(tǒng)易出問(wèn)題的故障點(diǎn)。 本發(fā)明可確保風(fēng)力機(jī)組在控制系統(tǒng)失靈的情況，實(shí)現(xiàn)安全停機(jī)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2大型風(fēng)力機(jī)組的主控系統(tǒng)構(gòu)架圖。 圖3是本發(fā)明中分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)框圖。 圖4是本發(fā)明中轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)框圖。
具體實(shí)施例方式
—種風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)后備安全鏈監(jiān)控保護(hù)裝置，見(jiàn)圖l，該裝置包括包括電源 1、扭攬開(kāi)關(guān)2、機(jī)艙振動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)3、電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)4、變流器保護(hù)開(kāi)關(guān)5、機(jī)艙和塔座危急停 按鈕6、分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)7、轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)8和安全鏈繼電器9。電源1與各開(kāi)關(guān)依 次串聯(lián)。電源1設(shè)置在機(jī)柜內(nèi)，采用明偉公司24V(10A)開(kāi)關(guān)電源，產(chǎn)生24V電源信號(hào)。扭 攬開(kāi)關(guān)2扭攬到位后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，機(jī)艙振動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)3振動(dòng)信號(hào)大越限后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)， 電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)4檢測(cè)到電網(wǎng)的電壓、電流、頻率信號(hào)異常后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，變流器保護(hù)開(kāi)關(guān) 5發(fā)生故障時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，機(jī)艙和塔座危急停按鈕6在按鈕按下后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，分布式 心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)7在心跳信號(hào)異常后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)8在轉(zhuǎn)速超速異常后 常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；安全鏈繼電器9在任意一個(gè)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)后分離，執(zhí)行安全停機(jī)。
大型風(fēng)力機(jī)組的主控系統(tǒng)包括塔底控制柜和機(jī)艙控制柜兩部分，見(jiàn)圖2，主PLC控 制器布置在塔底控制柜內(nèi)，通過(guò)CAN總線和塔底控制柜的10模件通訊，另外通過(guò)以太網(wǎng)擴(kuò) 展和機(jī)艙柜內(nèi)的IO模件通訊，常規(guī)風(fēng)力機(jī)組的看門狗監(jiān)控方法是采用PLC控制器固定時(shí)間 間隔輸出DO信號(hào)至延時(shí)繼電器，如果延時(shí)繼電器在一定的時(shí)間間隔內(nèi)接受不到主PLC發(fā)來(lái) 的DO信號(hào)，則觸發(fā)安全鏈實(shí)現(xiàn)心跳監(jiān)控，本發(fā)明采用分布在通訊總線上的看門狗模件，直 接實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的心跳監(jiān)控，該模件的設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)附圖3，模件分別布置在塔座IO機(jī)架和機(jī)艙 IO機(jī)架上，通過(guò)CAN通訊總線接受PLC控制器來(lái)的脈沖心跳信號(hào)，主PLC以100MS的間隔向 心跳模件發(fā)送心跳信號(hào)，模件收到心跳信號(hào)后向PLC返回確認(rèn)信號(hào)，如模件連續(xù)間隔500MS
4為收到主PLC的心跳信號(hào)，則觸發(fā)安全鏈信號(hào)。系統(tǒng)采用主動(dòng)安全的設(shè)計(jì)，模件上電初始化 后，接受到主PLC的心跳信號(hào)正常時(shí)即吸合輸出繼電器，一旦心跳不正常，立即發(fā)信號(hào)釋放 繼電器觸發(fā)安全鏈動(dòng)作。 風(fēng)輪超速保護(hù)、風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)不匹配保護(hù)功能如下圖4是本發(fā)明中轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi) 關(guān)框圖。在機(jī)艙柜內(nèi)布置專用模件KP208，用于測(cè)量風(fēng)力機(jī)組的風(fēng)輪軸上的轉(zhuǎn)速傳感器信 號(hào)，實(shí)時(shí)檢測(cè)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與設(shè)定的最大轉(zhuǎn)速信號(hào)比較，如超速則觸發(fā)安全鏈信號(hào)；同時(shí)該模 件接受主PLC通訊來(lái)的實(shí)時(shí)風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，將風(fēng)輪轉(zhuǎn)速乘以增速比后與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 相比較，一旦轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)大于2%，則觸發(fā)安全鏈信號(hào)。模件采用安全設(shè)計(jì)，但風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 正常、和主PLC通訊發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)正常、風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速匹配正常時(shí)，吸合安全鏈繼電 器，一旦上述三個(gè)條件中任一不正常，立即發(fā)信號(hào)釋放繼電器觸發(fā)安全鏈動(dòng)作。
后備安全鏈的各傳感器分別布置在機(jī)組的塔底、機(jī)艙、輪轂內(nèi)，其中變頻器布置在 塔底、電網(wǎng)保護(hù)繼電器布置在塔底控制柜、振動(dòng)開(kāi)關(guān)和扭攬開(kāi)關(guān)布置在機(jī)艙柜內(nèi)，變槳系統(tǒng) 控制柜包括中間控制柜和三個(gè)葉片驅(qū)動(dòng)控制柜，在中間柜布置主PLC和明偉24V電源、安全 繼電器，安全鏈系統(tǒng)的24V電源由變槳中間柜提供，如上述技術(shù)方案中所述，運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)相 關(guān)參數(shù)都正常，串接TER扭攬開(kāi)關(guān)的CW、 CCW扭攬到位信號(hào)(常閉觸點(diǎn)，當(dāng)扭攬到位后觸點(diǎn) 斷開(kāi))、機(jī)艙振動(dòng)余越限信號(hào)(常閉點(diǎn)，當(dāng)振動(dòng)信號(hào)大越限后觸點(diǎn)斷開(kāi))、電網(wǎng)保護(hù)觸點(diǎn)輸 出信號(hào)(常閉點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)的電壓、電流、頻率信號(hào)異常后觸點(diǎn)斷開(kāi))、變流器故障信號(hào) (常閉點(diǎn)，當(dāng)變流器發(fā)生故障時(shí)觸點(diǎn)斷開(kāi))、機(jī)艙和塔座危急停按鈕(常閉點(diǎn)，當(dāng)按鈕按下后 觸點(diǎn)斷開(kāi))、塔底IO模件心跳監(jiān)控模件輸出信號(hào)(常閉點(diǎn)，當(dāng)心跳信號(hào)異常后觸點(diǎn)斷開(kāi))、 機(jī)艙10模件心跳監(jiān)控模件輸出信號(hào)(常閉點(diǎn)，當(dāng)心跳信號(hào)異常后觸點(diǎn)斷開(kāi))、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超 速保護(hù)輸出觸點(diǎn)(常閉點(diǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超速異常后觸點(diǎn)斷開(kāi))、風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不匹配保護(hù)觸 點(diǎn)(常閉點(diǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速不匹配后觸點(diǎn)斷開(kāi))，所有串接的觸點(diǎn)都閉合，驅(qū)動(dòng)變槳中間柜內(nèi)的安 全繼電器閉合，一旦上述中任一條件不正常，將斷開(kāi)安全鏈回路，使安全繼電器失電釋放， 驅(qū)動(dòng)三個(gè)葉片變槳柜電機(jī)執(zhí)行緊急順槳?jiǎng)幼?，?shí)現(xiàn)機(jī)組的安全停機(jī)。
權(quán)利要求
一種風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)后備安全鏈監(jiān)控保護(hù)裝置，其特征在于該裝置包括包括電源(1)、扭攬開(kāi)關(guān)(2)、機(jī)艙振動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)(3)、電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)(4)、變流器保護(hù)開(kāi)關(guān)(5)、機(jī)艙和塔座危急停按鈕(6)、分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)(7)、轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)(8)和安全鏈繼電器(9)，電源(1)產(chǎn)生電源信號(hào)，分別串接扭攬開(kāi)關(guān)(2)、機(jī)艙振動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)(3)、電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)(4)、變流器保護(hù)開(kāi)關(guān)(5)、機(jī)艙和塔座危急停按鈕(6)、分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)(7)、轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)(8)和安全鏈繼電器(9)；扭攬開(kāi)關(guān)(2)扭攬到位后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，機(jī)艙振動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)(3)振動(dòng)信號(hào)大越限后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)(4)檢測(cè)到電網(wǎng)的電壓、電流、頻率信號(hào)異常后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，變流器保護(hù)開(kāi)關(guān)(5)發(fā)生故障時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，機(jī)艙和塔座危急停按鈕(6)在按鈕按下后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)(7)在心跳信號(hào)異常后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)(8)在轉(zhuǎn)速超速異常后常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；安全鏈繼電器(9)在任意一個(gè)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)后分離，執(zhí)行安全停機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)后備安全鏈監(jiān)控保護(hù)裝置，其特征在于 分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)(7)與主控制器采用CAN總線通訊，并在與主控制器通訊不正常 時(shí)，觸發(fā)安全鏈信號(hào)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的后備停機(jī)保護(hù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)后備安全鏈監(jiān)控保護(hù)裝置，其特征在于 轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)(8)包括風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超速保護(hù)、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不匹配監(jiān)控保護(hù)，在轉(zhuǎn) 速不正常時(shí)，觸發(fā)安全鏈信號(hào)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的后備停機(jī)保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)后備安全鏈監(jiān)控保護(hù)裝置，包括電源、扭攬開(kāi)關(guān)、機(jī)艙振動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)、電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)、變流器保護(hù)開(kāi)關(guān)、機(jī)艙和塔座危急停按鈕、分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)和安全鏈繼電器，電源產(chǎn)生電源信號(hào)，分別串接扭攬開(kāi)關(guān)、機(jī)艙振動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)、電網(wǎng)保護(hù)開(kāi)關(guān)、變流器保護(hù)開(kāi)關(guān)、機(jī)艙和塔座危急停按鈕、分布式心跳信號(hào)監(jiān)控開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)速保護(hù)開(kāi)關(guān)和安全鏈繼電器；本發(fā)明采用主動(dòng)安全設(shè)計(jì)，獨(dú)立于PLC系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)信號(hào)，當(dāng)發(fā)生危及機(jī)組安全的情況時(shí)，主動(dòng)控制變槳系統(tǒng)順槳，實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全停機(jī)。
文檔編號(hào)F03D7/00GK101776042SQ201010017128
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者劉國(guó)耀, 劉進(jìn)波, 沈德明 申請(qǐng)人:南京科遠(yuǎn)自動(dòng)化集團(tuán)股份有限公司