一種控制風電機組斷電、上電的方法及系統的製作方法
2023-07-19 21:07:11 1
專利名稱：一種控制風電機組斷電、上電的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及風電技術領域，特別是涉及一種控制風電機組斷電、上電的方法及系統。
背景技術：
隨著風力發電技術的普及應用，風電設備的維護和檢修工作也受到越來越多的重視。當風電場線路需要維護、多臺大型輸電設備需要檢修或是有計劃斷電停機時，都需要進行停機斷電或上電起動操作。而現有技術中，對斷電、上電的不當操作存在很大的安全隱患，並可能嚴重損壞機組設備。
首先，由於風電現場的供電線路較長，故存在著較大的電感，在斷電、上電時極易 造成高壓的衝擊和振蕩，因此，在不確定的情況下斷電或上電，都很容易造成機組的器件的損壞，尤其是運動控制模塊，如PLC模塊、24V電源模塊、充電器、UPS等，在電網情況比較糟糕的地區，此種情況更加嚴重。但是，目前風電機組的停機斷電操作，是先給機組遠程停機，然後直接在變電站將主斷路器斷開，此時，遠程停機機組是允許偏航建壓等操作的，若此時突然斷電，對機組的衝擊很大。在實踐中，還會出現在機組運行狀態下，將變電站斷路器直接斷開的操作，對機組損害非常嚴重，通常認為是堅決不允許的。另外，由於風電機組所處的環境都比較惡劣，低溫高溼，若停機時間較長，各部件的溫度較低，容易造成凝露結霜的現象，金屬器件還會產生鏽斑，直接上電會有短路等現象發生，即使不會短時間內損壞，也會大大縮減器件的使用壽命。由此可見，現有技術中缺少在安全模式下對機組上電和斷電過程的解決方法及控制系統，亟待進一步改進。因此，如何創設一種可安全模式下執行風電機組斷電、上電操作，避免對機組元器件損壞的控制風電機組斷電、上電的方法及系統，實屬當前本領域的重要研究課題之一。
發明內容
本發明的目的是提供一種控制風電機組斷電、上電的方法及系統，使其能夠在安全模式下實現風電機組的上電和斷電操作，避免斷電和上電時，高壓衝擊和震蕩對模塊及元器件的損壞，從而克服現有技術的不足。為解決上述技術問題，本發明一種控制風電機組斷電、上電的系統，包括主控櫃迴路、機艙迴路和變槳系統迴路，其中主控櫃迴路在主控電源與AC/DC電源轉換模塊之間設有斷電繼電器，該斷電繼電器連接有網側電源檢測模塊、溫度檢測模塊、溼度檢測模塊、上電按鈕以及PLC繼電器；機艙迴路在主控電源與AC/DC電源轉換模塊之間設有斷電繼電器，該斷電繼電器連接有溫度檢測模塊、溼度檢測模塊以及PLC繼電器，並與主控櫃迴路以及主控櫃迴路的網側電源檢測模塊連接；變槳系統迴路在主控電源與電源轉換模塊之間設有斷電繼電器，該斷電繼電器連接有溫度檢測模塊、PLC繼電器和安全鏈控制繼電器。
作為本發明的進一步改進，所述的主控櫃、機艙和變槳系統的溫度檢測模塊分別連接有加熱器，所述的主控櫃和機艙的溼度檢測模塊分別連接有除溼器。所述的變槳系統迴路中還設有超級電容。所述的變槳系統迴路的電源轉換模塊包括輸出電壓為60V的AC/DC轉換模塊以及輸出電壓為24V的DC/DC轉換模塊，所述的超級電容設置在AC/DC轉換模塊與DC/DC轉換模塊之間。所述的主控櫃、機艙和變槳系統的斷電繼電器均連接有自鎖迴路。所述的主控櫃、機艙和變槳系統的PLC繼電器採用延時繼電器。此外，本發明還提供了一種應用上述系統的控制風電機組斷電的方法，包括以下步驟:A、中央監控發送斷電命令給PLC;B、PLC判斷機組是否滿足斷電條件，同時機組執行正常停機過程；C、當PLC判斷斷電條件滿足時，PLC通過PLC繼電器控制主控櫃迴路、機艙·迴路和變槳系統迴路對機組斷電，並阻止自動上電。作為本發明的進一步改進，所述步驟B中的斷電條件為機組沒有除電源模塊之外的負載。所述的斷電條件還包括風速、環境溫度在常規範圍內。所述的步驟C中，通過延時繼電器阻止自動上電。最後，本發明還提供一種應用上述系統的控制風電機組上電的方法，包括檢測電網和機組環境條件，當達到上電條件時，通過主控櫃迴路、機艙迴路和變槳系統迴路的斷電繼電器執行上電過程；或者通過上電按鈕手動上電。作為進一步改進，所述的環境條件包括溫度和溼度，當溫度太低或溼度太大不符合上電條件時，啟動加熱器、除溼器，直至達到上電條件。採用以上技術設計後，本發明與現有技術比較有以下有益效果I、本發明可以防止遠程斷電引起的零器件的損壞，節省大量的備件消耗，從而減少機組的維護成本，有利於提高經濟效益；2、本發明電場管理人員可以有效的對風機進行斷電、上電管理，提高了工作效率，在操作安全性、便捷性方面也有很大程度的提高；3、本發明提高了對機組的安全保護，防止誤操作等原因引起的機組掉電。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
上述僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明，以下結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。圖I是本發明的主控櫃迴路電路原理圖。圖2是本發明的機艙迴路電路原理圖。圖3是本發明的變槳系統迴路電路原理圖。
具體實施例方式本發明控制風電機組斷電、上電的系統包括主控櫃迴路、機艙迴路和變槳系統迴路。
其中，請參閱圖I所示，本發明的主控櫃迴路在主控電源與AC/DC電源轉換模塊10之間設有斷電繼電器11，該斷電繼電器11連接有網側電源檢測模塊12、溫度檢測模塊13、溼度檢測模塊14、上電按鈕15以及PLC繼電器16。AC/DC電源轉換模塊10將主控的400V電源轉化為24V直流，為機組提供24V的控制電源。斷電繼電器11，控制迴路24V電源斷電、上電，受網側電源檢測模塊12、溫度檢測模塊13、溼度檢測模塊14、上電按鈕15以及PLC繼電器16控制，並可連接有自鎖迴路。網側電源檢測模塊12的主要功能就是檢測電網電壓是否達到上電的要求，達到要求，則常開觸點閉合，允許上電，並且具有和PLC通信的功能，PLC可以通過通信實現斷電時間參數寫入。
溫度檢測模塊13至少設有一個常開觸點，當溫度達到上電要求時，該常開觸點閉合，允許上電。此外，溫度檢測模塊13還可通過一常閉觸點連接有加熱器17，若櫃內溫度過低未達到上電溫度，常閉觸點控制加熱器17給櫃體加熱，當達到溫度要求，常閉觸點斷開，停止加熱，常開觸點閉合，允許上電。溼度檢測模塊14至少設有一個常開觸點，當檢測到的溼度達到上電要求時，該常開觸點閉合，允許上電。此外，溼度檢測模塊14還可通過一常閉觸點連接有除溼器18，當未達到上電溼度之前，常閉觸點控制除溼器18除去過高的溼度，防止由於溼度問題引起的器件的損壞，當達到溼度要求，常閉觸點斷開，停止除溼，常開觸點閉合，允許上電。上電按鈕15，可在遇到特殊情況或是需要快速上電時，按此按鈕，就能夠給機組迅速上電。PLC繼電器16可由主控PLC控制機組的斷電，為了防止繼電器頻繁動作，可以採用延時繼電器。請參閱圖2所示，機艙迴路的設計原理基本上和主控櫃迴路相同，在主控電源與AC/DC電源轉換模塊20之間設有斷電繼電器21，該斷電繼電器21連接有溫度檢測模塊23、溼度檢測模塊24以及PLC繼電器26，並可為溫度檢測模塊23、溼度檢測模塊24分別連接加熱器27和除溼器28。自動上電模式主控迴路網側電源檢測模塊12檢測達到允許上電條件，網側電源檢測模塊12常開觸點閉合，通過該觸點給機艙迴路斷電繼電器21上電驅動信號。強制上電模式上電按鈕15被按下，驅動電源信號會直接驅動斷電繼電器11、斷電繼電器21上電。所不同的就是電網檢測上電信號和強制上電信號來自主控櫃迴路。請參閱圖3所示，變槳系統迴路在主控電源與電源轉換模塊之間設有斷電繼電器31，該斷電繼電器31連接有安全鏈控制繼電器32、溫度檢測模塊33和PLC繼電器36。斷電繼電器31，用來為變槳的400V電源斷電，並可連接有自鎖迴路。安全鏈控制繼電器32為外部控制的上電繼電器，當外部安全鏈復位正常之後該繼電器得電，則允許變槳系統內部上電。PLC繼電器36，由變槳PLC控制該變槳系統的斷電，為了防止繼電器頻繁動作，可以採用延時繼電器。溫度檢測模塊33至少設有一個常開觸點，當溫度達到上電要求時，該常開觸點閉合，允許上電。此外，溫度檢測模塊33同樣可通過一常閉觸點連接有加熱器37，若櫃內溫度過低未達到上電溫度，常閉觸點控制加熱器37給變槳系統加熱，當達到溫度要求，常閉觸點斷開，停止加熱，常開觸點閉合，允許上電。此外，還可在變槳系統迴路中設置超級電容30，相應的，變槳系統迴路的電源轉換模塊由輸出電壓為60V的AC/DC轉換模塊38以及輸出電壓為24V的DC/DC轉換模塊39組成，超級電容30即設置在AC/DC轉換模塊38與DC/DC轉換模塊39之間。超級電容30是變槳的後備電源，為變槳內部供電。AC/DC轉換模塊38，為超級電容30充電作為後備的電源，當AC/DC轉換模塊38與網側電源分開之後，有超級電容30為變槳系統供電，此時電源不受網側影響，當時該種情況屬於緊急情況，只能向90°變槳，且沒有完全確認機組控制系統正常之前不再允許向0°變槳。DC/DC轉換模塊39由超級電容30的60V電源供電。
將超級電容30設置在AC/DC轉換模塊38與DC/DC轉換模塊39之間的理由為其一，AC/DC轉換模塊38是直流充電器，若網側電壓不穩定會給內部器件造成直接影響，最好將其隔離開來；其二，一旦網側異常，變槳控制將網側400V斷開，變槳內有超級電容30供電，依然是一套獨立的系統，可以保證正常停機，將網側隔開，防止對變槳櫃內器件繼續造成損壞。本發明首先要應用上述系統解決遠程斷電的問題，要解決由於電場直接斷電給機組帶來的隱患，首先要解決機組怎樣給自己進行正常的斷電過程，然後電網上電之後自動上電過程，另外還要考慮到機組目前的配置和節約成本問題。具體來說，本發明控制風電機組斷電的方法，包括以下步驟步驟A、當電場需要給所有機組進行斷電檢修或對主要輸電設備進行應急處理時，可通過中央監控的軟體，啟用遠程機組停機斷電模式。在該模式下，中央監控首先將停機斷電命令傳給PLC。步驟B、PLC收到此命令之後，判斷機組是否滿足斷電條件，無論機組在何種情況之下，均馬上執行正常停機過程。步驟C、當PLC判斷斷電條件滿足時，PLC通過PLC繼電器控制主控櫃迴路、機艙迴路和變槳系統迴路對機組斷電。若機組內部有負載的情況下斷電很容易對迴路器件造成衝擊，所以要盡力避免在沒有負載的情況下給機組斷電，斷電條件應當滿足自身內沒有負載，這是理想狀態。但必須滿足如偏航電機、冷卻電機、變槳電機等不響應任何動作，此時，機組的負載只有24V電源模塊，方能可以執行斷電過程。此時，機組處於半失電狀態，只有PLC、工控機、交換機等24V供電迴路、UPS迴路處於得電的狀態，一段時間之後機組將完全處於失電狀態。另外，為了保證機組的安全性和完全可監控性，還可在斷電條件中加入在惡劣的環境條件下不允許執行遠程停機斷電模式，如風速異常(例如高於25m/s)、環境溫度特別低(例如低於-io°c)等，在這些環境下不應該失去機組的可監控性。在給機組遠程斷電之後，應避免因電網沒有斷電而過一段時間之後自動上電的情況發生。因為機組斷電之後就去控制，而為了實現自動上電過程而又不得不在硬體上做一些設置，如機組斷電失去控制後不加以限制，若此時電網沒有掉電，肯定馬上硬體又會執行的上電過程。這種情況是不允許的，需要加以限制。限制方式a、通過延時繼電器，該方式結構簡單，成本較低，在一定程度上可以滿足的我們的要求；b、通過智能模塊，效果理想完全可以滿足要求，並可通過自行研發控制成本，同時遠程設置停機時間。在此，結合本發明上述斷電控制方法，進一步強調本發明控制系統中繼電器11、21、31的布置思路。首先，為了實現給機組的斷電，且不對機組造成不良影響，斷電繼電器的位置的選擇也很重要。因為400V用電迴路和用電器之間都有繼電器隔離，因此只要沒有控制命令，那麼負荷是可以斷開的，這一點可以通過PLC的控制來完成。其次，24V的電源，是由一路400V電源通過24V模塊變換成24V之後進行供電的，也就是說根據目前的機組的配置，我們是無法通過控制來斷開該迴路的400V電源，因此，要在400V電源中間加斷電繼電器。不直接給動力迴路斷電，而是通過控制迴路將其斷開。只選擇一個給控制迴路的斷電的繼電器即可，而控制迴路的負載較小，因此選擇斷電繼電器的要求和成本都會大大的降低。因此，本發明在機艙和主控櫃給各選擇一個斷電繼電器，用於給控制迴路斷電，而 變槳系統內則需要在400V主迴路中加裝斷電的繼電器。而增設自鎖迴路，是為了防止在增加斷電繼電器之後，因繞動而造成24V控制迴路的斷電，保證機組24V控制迴路的用電安全。本發明還通過上述系統解決了風電機組安全上電的問題，其控制方法是首先檢測電網和機組環境條件，判斷是否符合上電的要求。由於上電時，通常網側電壓會有一些波動，這樣會對機組的零器件造成不良的影響。因此通過網側電源檢檢測模塊12，當檢測到網側電壓符合上電的要求，延時5分鐘，則允許上電。此外，上電之前還應當考慮機組的環境條件是否滿足上電的要求，例如溫度、溼度等，若是溫度太低或是溼度太大，則首先進行加熱，除溼，當達到上電條件之後，允許執行上電的過程。一旦機組上電之後，溫度和溼度條件不再能對上電迴路進行制約，也就是只要機組已經正常的上電，溫度和溼度檢測模塊不會對其再造成任何的影響。當達到上電條件時，本發明的遠程上電過程由硬體控制來判定並完成，也就是通過斷電繼電器、斷電繼電器、變槳繼電器執行上電過程，這樣可以保證機組準時的上電運行。為了防止因為硬體原因不能上電，本發明還設置了直接上電的功能，即通過上電按鈕15手動上電。在斷電之後，可能會有硬體的損壞，如溫度、溼度檢測模塊故障，所以為了保證機組能夠及時投入運行，可在檢查確實是硬體損壞原因造成無法上電之後，能夠立刻手動為機組上電，保證機組的運行。本發明是一套完整解決機組安全遠程斷電、上電的技術方案。在斷電之前，首先要在中央監控軟體進行斷電時間點和時間段設置，中央監控軟體將時間參數首先傳給PLC，再由PLC將參數寫入網側電源檢檢測模塊12，確認之後方可根據設置執行斷電過程。斷電過程，首先禁止機組的所有響應，保證儘量減小機組的負載，動力負載依次切斷，儘量減少對機組器件的衝擊，最後是控制模塊斷電，這些措施都可有效減少機組器件的損壞。可以通過遠程的設置，來控制機組的斷電時間長度，保證足夠的工作時間。上電之前，首先檢測電網電壓是否穩定，電壓穩定方可向中央監控執行上電請求，經允許之後方可方可控制迴路依次上電。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發明的保護範圍內。·
權利要求
1.一種控制風電機組斷電、上電的系統，其特徵在於包括主控櫃迴路、機艙迴路和變槳系統迴路，其中 主控櫃迴路在主控電源與AC/DC電源轉換模塊之間設有斷電繼電器，該斷電繼電器連接有網側電源檢測模塊、溫度檢測模塊、溼度檢測模塊、上電按鈕以及PLC繼電器； 機艙迴路在主控電源與AC/DC電源轉換模塊之間設有斷電繼電器，該斷電繼電器連接有溫度檢測模塊、溼度檢測模塊以及PLC繼電器，並與主控櫃迴路以及主控櫃迴路的網側電源檢測模塊連接； 變槳系統迴路在主控電源與電源轉換模塊之間設有斷電繼電器，該斷電繼電器連接有溫度檢測模塊、PLC繼電器和安全鏈控制繼電器。
2.根據權利要求I所述的控制風電機組斷電、上電的系統，其特徵在於所述的主控櫃、機艙和變槳系統的溫度檢測模塊分別連接有加熱器，所述的主控櫃和機艙的溼度檢測模塊分別連接有除溼器。
3.根據權利要求I所述的控制風電機組斷電、上電的系統，其特徵在於所述的變槳系統迴路中還設有超級電容。
4.根據權利要求3所述的控制風電機組斷電、上電的系統，其特徵在於所述的變槳系統迴路的電源轉換模塊包括輸出電壓為60V的AC/DC轉換模塊以及輸出電壓為24V的DC/DC轉換模塊，所述的超級電容設置在AC/DC轉換模塊與DC/DC轉換模塊之間。
5.根據權利要求I所述的控制風電機組斷電、上電的系統，其特徵在於所述的主控櫃、機艙和變槳系統的斷電繼電器均連接有自鎖迴路。
6.根據權利要求I所述的控制風電機組斷電、上電的系統，其特徵在於所述的主控櫃、機艙和變槳系統的PLC繼電器採用延時繼電器。
7.一種應用權利要求1-6中任一項所述系統的控制風電機組斷電的方法，其特徵在於包括以下步驟 A、中央監控發送斷電命令給PLC; B、PLC判斷機組是否滿足斷電條件，同時機組執行正常停機過程； C、當PLC判斷斷電條件滿足時，PLC通過PLC繼電器控制主控櫃迴路、機艙迴路和變槳系統迴路對機組斷電，並阻止自動上電。
8.根據權利要求7所述的控制風電機組斷電的方法，其特徵在於所述步驟B中的斷電條件為機組沒有除電源模塊之外的負載。
9.根據權利要求8所述的控制風電機組斷電的方法，其特徵在於所述的斷電條件還包括風速、環境溫度在常規範圍內。
10.根據權利要求7所述的控制風電機組斷電的方法，其特徵在於所述的步驟C中，通過延時繼電器阻止自動上電。
11.一種應用權利要求1-6中任一項所述系統的控制風電機組上電的方法，其特徵在於包括 檢測電網和機組環境條件，當達到上電條件時，通過主控櫃迴路、機艙迴路和變槳系統迴路的斷電繼電器執行上電過程；或者 通過上電按鈕手動上電。
12.根據權利要求11所述的控制風電機組上電的方法，其特徵在於所述的環境條件包括溫度和溼度，當溫度太低或溼度太大不符合上電條件時，啟動加熱器、除溼器，直至達到 上電條件。
全文摘要
本發明提供了一種控制風電機組斷電、上電的方法及系統，該系統包括主控櫃迴路、機艙迴路和變槳系統迴路，所述各迴路在主控電源與電源轉換模塊之間設有繼電器。該控制斷電的方法包括發送斷電命令給PLC;判斷機組是否滿足斷電條件，同時機組執行正常停機過程；當斷電條件滿足時，PLC通過PLC繼電器控制主控櫃迴路、機艙迴路和變槳系統迴路對機組斷電，並阻止自動上電。該控制上電的方法包括檢測電網和機組環境條件，當達到上電條件時，通過主控櫃迴路、機艙迴路和變槳系統迴路的斷電繼電器執行上電過程；或者通過上電按鈕手動上電。本發明能夠在安全模式下實現風電機組的上電和斷電操作，避免高壓衝擊和震蕩對模塊及元器件的損壞。
文檔編號H02J3/38GK102946119SQ20121052118
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者韓世輝 申請人:北京天源科創風電技術有限責任公司