風電變槳裝置的低溫控制系統及控制方法

2023-06-03 05:15:56

專利名稱：風電變槳裝置的低溫控制系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電設備，尤其涉及一種低溫環境下變槳裝置的 控制系統及控制方法。
背景技術：
隨著不可再生能源在世界範圍面臨枯竭的窘境，為滿足工業化生產和 人類生活所需，人們對太陽能、風力、水力這些可再生能源的關注和利用 已日漸提升。其中，風力發電是一種已經發展相對成熟、轉換效率較高的 能源開發技術，尤其在高原、沿海等地區有著廣泛的普及應用。
風力發電控制系統對環境的要求很高，特別是環境溫度尤為重要。目
前現有變槳控制系統中採用的溫度監控器的工作/儲存溫度為一25'C，由於
風力分布的限制，這個溫度在北方大部分地區無法滿足要求。北方的溫度 很低，如果使用儲存溫度為一25"C的溫度監控器，在溫度低於一25'C的環 境中工作，溫度監控器會失靈，導致整個變槳控制系統停止，直接影響了 整個風機發電，這樣造成的後果非常嚴重。
在變槳控制系統中常用的控制方式為系統運行後，溫度傳感器對電 池箱、軸箱和控制箱內的環境溫度進行檢測，當該環境溫度低於額定工作 溫度+ 5'C時，會發送一個故障報警信號到主控系統，並使整個系統停止 工作；待加熱器加熱到+ 5'C以上時，系統再開始工作。當加熱器加熱到 屮15'C時，加熱器便立刻停止加熱，溫度傳感器實時對環境溫度進行監控。 這樣的控制方式存在很多問題首先，當環境溫度很低的情況下，系統便 使元器件開始工作，這樣會導致元器件損壞，原因是有些元器件不允許在 低溫環境下運行，而短時間內整體環境溫度的升高必然存在元器件內外的溫差；其次，風力發電控制系統本身是一個很複雜的控制系統，系統啟動 是一個很複雜過程，需要一定的時間去完成，因此，在啟動之前應該對環 境溫度進行嚴密的檢測和充分的加熱。風力發電整個控制系統的啟停是一 個很繁瑣的過程，所耗費的時間頗久，這樣便降低了風力發電的工作效率。

發明內容
為克服上述現有技術缺陷，本發明的目的在於提供一種風電變槳裝置 的低溫控制系統及其控制方法，解決特殊低溫環境下，風力發電控制系統 的啟動問題。
本發明的目的，將通過以下技術方案來實現
一種風電變槳裝置的低溫控制系統，其特徵在於包括用於提供整個 風電變槳裝置驅動供能的電池箱；用於調節風電風輪槳距的輪軸箱；用於 響應風速、風向變化，以及對輪軸箱驅動轉速調控的從控單元；用於監控 輪軸箱、從控單元及電池箱環境溫度的溫度監控器；受控於溫度監控器並 對風電變槳裝置進行加熱的加熱器；以及用於達到額定工作溫度後，對電 池箱、輪軸箱和從控單元延時啟動的延時單元。各構成單元順次串聯，形 成一個閉合迴路系統。
進一步地，所述溫度監控器的工作/存儲溫度為一4(TC。
進一步地，所述閉合迴路中電池箱、加熱器、延時單元及從控單元順 次通過接觸器串聯。
進一步地，所述低溫控制系統還包括一個與溫度監控器相連的報警裝置。
本發明的目的，其實現的技術方法是
I.溫度監控器藉由獨立電源上電，檢測並採集電池箱、從控單元、輪 軸箱內的環境溫度；
II .當溫度監控器測得的溫度數值低於額定工作溫度時，加熱器便得電 開始工作，對風電變槳裝置內進行加熱；m.當溫度上升到額定工作溫度後，延時單元的時間繼電器得電開始計
時；
IV.經過預設時間的延時，時間繼電器吸合觸點，將風電變槳裝置的回 路閉合導通，使系統運作。
進一步地，所述延時單元是以時間繼電器驅動工作的，所設定的時間 至少為1小時。
本發明的有益效果主要體現在..通過延時單元對系統上電的延緩作用 以及對存儲溫度進一步的低溫化設置，使整個風電變槳系統得以充分加 熱，進而為變槳系統各元器件的安全運作提供了切實保障。其實用性突出 表現在高寒區域的風力發電系統上。


下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明
圖l:本發明低溫控制系統的結構拓撲圖。
圖2:本發明低溫控制系統的工作流程圖。
圖3:本發明低溫控制系統的從控單元的加熱迴路示意圖。
圖4:本發明低溫控制系統的電池箱的加熱迴路示意圖。
圖5:本發明低溫控制系統的輪軸想的加熱迴路示意圖。
具體實施例方式
為使風力發電設備能夠在極端惡劣的低溫環境下安全、穩定地持續工 作，進一步提高風能利用率，本發明針對電子元器件在低溫條件下運行限 制的進行了創造性改進，以下通過具體實施例並結合附圖，對本發明低溫 控制從系統和方法兩個方面詳細說明。
風力發電系統是一個龐大而複雜的裝置，融合了機械、電子、電磁等 多領域技術，正是人類開發並利用無限可再生能源的一個突出表現。而在 風力發電系統眾多細節系統中，變槳系統又佔據著相當重要的位置，對提 高風能轉換的效率起到了至關重要的作用。因此，對於該系統的控制通常
6是由小型或微型電子元器件來實現的。然而該控制系統中的各主要電子元器件在使用上卻不可避免地受到了環境因素的影響，尤其在受溫度的影響上更為顯著。因此在風力發電系統的研發過程中，便引入了低溫控制的概念。如圖1所示，是本發明風電變槳裝置的低溫控制系統的結構拓撲圖。從圖中可以看到，該低溫控制系統主要涉及並包括風電變槳裝置的核心——電池箱、從控單元和輪軸箱，以及進行溫度調節的溫度監控器、加熱器及延時單元。其中
該電池箱、從控單元和輪軸箱是現有成熟技術，其主要用於響應外界風向、風速變化，對風電風機的槳葉進行槳距和角度的調整，以確保風力發電機的槳葉能時時追蹤風向的變化，獲得穩定的能源轉換效率。
而該低溫控制系統所要做的便是，針對風機所用環境的差異，採集並檢測以上風電變槳裝置各主要器件的周邊環境溫度，對低於額定工作溫度的情況進行溫度調節，確保該些主要器件不受低溫的損害而正常工作。具體地，該溫度監控器選用能夠滿足工作/存儲溫度為一4(TC的器件，分別通
過不同的溫度傳感器，深入檢測電池箱、輪軸箱和從控單元的溫度環境；該加熱器受控於溫度監控器，對風電變槳裝置各主要單元器件進行加熱，提升周邊環境溫度；而該延時單元則是為了避免短時間內整體環境溫度的
升高必然存在於元器件內外的溫差，經過足夠長時間的溫度調節，使得風電變槳裝置各主要單元器件確保運行在合理的溫度環境中。
該電池箱分別提供輪軸箱和從控單元各自運行所需的驅動能源，而該溫度監控器具有自身獨立的電源，將其各溫度傳感器分別接入電池箱、輪軸箱和從控單元，並獨立地順次串聯連接延時單元和電池箱，形成一包含有風電變槳系統的閉合迴路。該溫度控制器採集來自風電變槳裝置的溫度信號，並獨立向加熱器和延時單元輸出相應的控制信號，而延時單元則通過時間繼電器在計時延後結束時，向電池箱送出啟動信號。
如圖2所示的本發明低溫控制系統的工作流程圖可以明顯地看到該低溫控制系統在溫度監控器上電測溫的情況下，如果工作環境溫度在5°C
以上，則風電變槳系統繼續正常運行；而當環境溫度降至5r以下時，溫
度監測器一方面會發出告警信號，同時停止系統的運轉，通過驅動加熱器提升環境溫度，為風電變槳系統的下次運行做準備。而當加熱器把環境溫度提升到一定程度時，在該低溫控制系統中，進一歩啟動延時單元開始計時，此時並不啟動整個系統，而是持續加熱一段時間(本實施例中暫定為
60分鐘)，使得環境溫度得以充分加熱，當延時單元的到達預設的計時時間後，其中的時間繼電器便接合觸電，閉合系統整個迴路，使其啟動並正常運作。
以下通過實際電路形象描述低溫控制系統針對各單元的保護控制作用。
如圖3所示，低溫型溫度監控繼電器通過PT100溫度傳感器對控制箱內的環境溫度進行實時監控，當溫度大於5t:時，接觸器2K2線圈得電，接觸觸點閉合；當溫度低於5"C時，接觸器2K3線圈得電，接觸觸點閉合，加熱器2E1和2E2開始加熱，待溫度大於5'C時，時間繼電器2K1線圈得電，延時l個小時後，觸點閉合，接觸器2K2線圈得電，接觸觸點閉合。
如圖4所示，低溫型溫度監控繼電器通過PT100溫度傳感器對電池箱內的環境溫度進行實時監控，當溫度大於5'C時，接觸器3K2線圈得電，接觸觸點閉合；當溫度低於5"C時，接觸器3K3線圈得電，接觸觸點閉合，加熱器3E1和3E2開始加熱，待溫度大於5"C時，時間繼電器3K1線圈得電，延時l個小時後，觸點閉合，接觸器3K2線圈得電，接觸觸點閉合。
如圖5所示，低溫型溫度監控繼電器通過PT100溫度傳感器對軸箱內的環境溫度進行實時監控，當溫度大於5X:時，接觸器4K2線圈得電，接觸觸點閉合；當溫度低於5'C時，接觸器4K3線圈得電，接觸觸點閉合，加熱器4E1和4E2開始加熱，待溫度大於5"C時，時間繼電器4K1線圈得電，延時l個小時後，觸點閉合，接觸器4K2線圈得電，接觸觸點閉合。通過上述本發明低溫控制系統延時單元對系統上電的延緩作用以及 對存儲溫度進一步的低溫化設置，使整個風電變槳系統得以充分加熱，進 而為變槳系統各元器件的安全運作提供了切實保障。其實用性突出表現在 高寒區域的風力發電系統上。
綜上所述，本發明風電變槳裝置的低溫控制系統及其控制方法得以詳 細說明，旨在提供審査理解之便，其技術方案的實質特徵和有益效果明顯。 上述實施例對本發明保護範圍不構成限制，根據環境溫度的惡劣情況結合 加熱能耗，其延時時間的設定具有靈活性，故凡對本發明上述實施例進行 的簡單修改或等同變換，能夠實現與本發明相同目的的技術方案，均應視 為歸入本專利申請保護的範圍之內。
權利要求
1.一種風電變槳裝置的低溫控制系統，其特徵在於所述低溫控制系統包括相互串聯、構成閉合迴路的電池箱，用於提供整個風電變槳裝置驅動供能；輪軸箱，用於調節風電風輪的槳距；從控單元，用於響應風速、風向變化，以及對輪軸箱的轉速調控；溫度監控器，用於監控輪軸箱、從控單元及電池箱的環境溫度；加熱器，受控於溫度監控器並對風電變槳裝置進行加熱；延時單元，用於達到額定工作溫度後，對電池箱、輪軸箱和從控單元延時啟動。
2. 根據權利要求1所述的風電變槳裝置的低溫控制系統，其特徵在 於所述溫度監控器的存儲溫度為一4(TC。
3. 根據權利要求1所述的風電變槳裝置的低溫控制系統，其特徵在於所述閉合迴路中電池箱、加熱器、延時單元及從控單元順次通過接觸器串聯。
4. 根據權利要求1所述的風電變槳裝置的低溫控制系統，其特徵在於所述低溫控制系統還包括一與溫度監控器相連的報警裝置。
5. —種風電變槳裝置的低溫控制方法，其特徵在於包括以下步驟， I .溫度監控器上電，檢測電池箱、從控單元、輪軸箱周邊環境溫度；n.當測得溫度低於額定工作溫度時，加熱器工作，對風電變槳裝置 內腔各單元器件分別進行加熱；m.當溫度上升到額定工作溫度後，延時單元的時間繼電器得電開始計時；IV.經過預設時間的延時，時間繼電器吸合觸點，將風電變槳裝置的迴路閉合導通，完成系統啟動、運作。
6.根據權利要求5所述的風電變槳裝置的低溫控制方法，其特徵在 於所述延時單元是以時間繼電器驅動工作的，所設定的時間至少為1 小時。
全文摘要
本發明揭示了一種風電變槳裝置的低溫控制系統及其控制方法，其特徵在於，所述低溫控制系統包括用於提供整個風電變槳裝置驅動供能的電池箱；用於調節風電風輪的槳距的輪轂；用於響應風速、風向變化，以及對輪轂轉速調整的控制的從控單元；用於監控輪轂及電池箱的環境溫度的溫度監控器；受控於溫度監控器對風電變槳裝置內腔進行加熱的加熱器；以及用於在風電變槳裝置運行前達到工作溫度後，對電池箱和從控單元延時啟動的延時單元。通過延時單元對系統上電的延緩作用以及對存儲溫度進一步的低溫化設置，使整個風電變槳系統得以充分加熱，進而為變槳系統各元器件的安全運作提供了切實保障。
文檔編號F03D7/00GK101493074SQ20091002594
公開日2009年7月29日 申請日期2009年3月12日 優先權日2009年3月12日
發明者傅建民, 政 王 申請人:蘇州能健電氣有限公司