一種電動順槳控制系統的製作方法

2023-10-05 08:36:34 4

一種電動順槳控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種電動順槳控制系統，包括由直流電源和直流順槳控制開關KM5的串連電路，交流驅動電源和所述變頻器以及交流順槳控制開關KM3的串連電路，共兩路電路並連後組成的並連電路，再與直流電機串連，其中，所述交流順槳控制開關KM3和所述直流順槳控制開關KM5是互鎖設計，由所述緊急順槳控制繼電器K1分別控制所述交流順槳控制開關KM3和所述直流順槳控制開關KM5的通斷，而由時間繼電器組的共同工作，控制緊急順槳控制繼電器K1每隔一段時間導通，再隔一段時間斷開的方式實現直流電源與交流電源互為備用的電動順槳控制系統，只要確保交直流順槳電路有一路正常，則能夠完成風機緊急順槳，提高風電機組的安全性，減少直流順槳電路使用頻次，保護電池。
【專利說明】一種電動順槳控制系統

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於風力發電設備【技術領域】，特別涉及一種電動變槳系統的順槳控制 系統。

【背景技術】
[0002] 安全鏈是風機的最後一道保護，由輪轂急停、塔基急停、機艙急停、震動檢測、主軸 超速、偏航限位開關串連組成，當這些串連在一起的部分有一個出現問題，整個串連迴路都 會斷開。一旦風機安全鏈斷開，風機就會報緊急停機，此時就由電源驅動槳葉實現快速順 槳，利用槳葉的空氣動力特性實現氣動剎車，使風機葉輪停轉，實現安全停機。
[0003] 為了增加對風機的保護，順槳系統一般都要配備用電池以確保機組發生嚴重故障 或重大事故的情況下可以安全停機。
[0004] 而直流電機以其無級調速，低速性能好，結構簡單、控制精度高，響應快，因而被廣 泛應用於風力發電變槳系統中。尤其是串勵直流電機起動力矩大，對於轉動重達數噸、直 徑數十米的葉片非常有好處。
[0005] 但這種方式的缺點是只能依靠電池工作，一旦電池損壞或其它原因導致電池無法 放電，風機就無法正常順槳，增加了風機非在緊急故障情況下無法停機而導致"飛車"的風 險。 實用新型內容
[0006] 有鑑於現有技術上的缺陷，本實用新型提供了風機在發生安全鏈故障後，啟動緊 急順槳系統時，即觸發安全鏈EFC信號（Emergency Feathering Control)時，在順槳電路 中先用直流供電驅動順槳，再用交流電源作為備用電源驅動順槳的方式。
[0007] 安全鏈EFC信號為：安全鏈故障時觸發的緊急順槳控制信號，由機艙通過滑環輪 轂提供，為24V電壓帶電常閉迴路設計，未發生安全鏈故障時，該迴路閉合，即安全鏈EFC信 號輸出24V高電平；當發生安全鏈故障時，該迴路斷開，也即，安全鏈EFC信號輸出0V低電 平，此時執行順槳動作。
[0008] 本實用新型提供一種電動順槳控制系統，包括直流電源、直流順槳控制開關KM5、 交流驅動電源、變頻器、交流順槳控制開關KM3、直流電機和緊急順槳控制繼電器K1，其中， 直流電源和直流順槳控制開關KM5串連後與由交流驅動電源和變頻器以及交流順槳控制 開關KM3串連後的電路並連，然後連接到直流電機，交流順槳控制開關KM3和直流順槳控制 開關KM5為互鎖設計，由緊急順槳控制繼電器K1分別控制交流順槳控制開關KM3和直流順 槳控制開關KM5的通斷。
[0009] 系統還包括主限位開關S1，為槳葉91度限位開關，槳葉位置達到91度，被觸發，即 S1斷開，此外還需要一個冗餘限位開關S2,當槳葉位置達到95度，被觸發，即S2斷開。限 位開關S2在主限位開關即91度限位開關失效時可以確保變槳電機的安全制動。
[0010] 當限位開關S1、限位開關S2閉合時，也即順槳未成功時，通過不斷控制緊急順槳 控制繼電器K1的通斷，來控制直流電源或者交流驅動電源的接通或斷開，達到依照先執行 直流電源驅動順槳，再執行交流電源驅動順槳的順序，驅動順槳，直到順槳成功。
[0011] 本實用新型與現有技術相比，是在原有直流順槳電路中增加交流供電以驅動順槳 的交流電路，該交流順槳電路由機艙通過輪轂滑環向輪轂內提供電源，當檢測到安全鏈故 障後，該交流電源進入軸控櫃經變頻器變頻輸出直流電源，與原有直流順槳電路並連到順 槳系統的直流電機，以實現風機的電動順槳。通過執行直流電源與交流電源互為備用的電 動順槳控制方法，只要確保直流、交流順槳電路有一路正常，則能夠順利完成風機緊急順 槳，提高風電機組的安全性，同時減少直流順槳電路的使用頻次，保護電池。
[0012] 緊急順槳控制繼電器Κ1為24V控制繼電器，由兩種方式控制：
[0013] (1)由安全鏈EFC信號控制，未發生安全鏈故障時，EFC為高電平，緊急順槳控制繼 電器導通；當發生安全鏈故障時，觸發EFC信號（0V低電平），則緊急順槳控制繼電器斷開；
[0014] (2)由交流緊急順槳控制開關Κ2控制，Κ2由延時繼電器控制其通斷，通過交流緊 急順槳控制開關Κ2給定緊急順槳控制繼電器Κ1。當發生安全鏈故障，並且直流順槳失敗 時，延時繼電器控制交流緊急順槳控制開關Κ2導通，然後緊急順槳控制繼電器Κ1導通（為 24V高電平），執行交流緊急順槳；當交流順槳也失敗時，延時繼電器繼續工作，控制交流緊 急順槳控制開關Κ2斷開，然後緊急順槳控制繼電器Κ1斷開（為0V低電平），執行直流緊急 順槳。
[0015] 優選的，可以增加延時繼電器，用於控制直流電源驅動順槳的時間和交流驅動電 源驅動順槳的時間以及系統順槳總時間。
[0016] 順槳是否成功的判斷是：葉片是否順槳到91度限位位置。此外還需要一個冗餘限 位開關，用於95度限位，在主限位開關即91度限位開關失效時可以確保變槳電機的安全制 動。
[0017] 優選的，在直流電路中可以提供一個直流斷路器，為直流主電源開關，提供過流保 護；在交流電路中還可以提供一個斷路器，為交流主電源開關，提供過流保護。
[0018] 交流驅動電源為400V(Ll-3、Ν);交流控制電源為230V，由輪轂滑環400V電源提 供，UPS電源（6)為230V交流電，以上電源經過輪轂滑環向輪轂內供電。
[0019] 系統中的直流電源可以由電池組提供，230V交流控制電源可以為電池充電。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 下面結合附圖對本實用新型所述的交直流互為備用控制方法進行具體說明。
[0021] 圖1是本實用新型的電路圖。

【具體實施方式】
[0022] 本實用新型提供的一種電動順槳控制方法和系統，只適用於故障類型為安全鏈故 障。
[0023] 安全鏈EFC信號為：安全鏈故障時觸發的緊急順槳控制信號，由機艙通過滑環輪 轂提供，為24V電壓帶電常閉迴路設計，未發生安全鏈故障時，該迴路閉合，即安全鏈EFC信 號輸出24V高電平；當發生安全鏈故障時，該迴路斷開，也即，安全鏈EFC信號輸出0V低電 平，此時執行順槳動作。
[0024] 如圖1所示，本實用新型提供了一種電動順槳控制系統，包括直流電源3、直流順 槳控制開關KM5、交流驅動電源4、變頻器7、交流順槳控制開關KM3、直流電機8和緊急順槳 控制繼電器K1，直流電源3和直流順槳控制開關KM5串連後與交流驅動電源4和變頻器7 以及交流順槳控制開關KM3串連後的電路並連，然後，連接到直流電機8,其中，交流順槳控 制開關KM3和直流順槳控制開關KM5是互鎖設計，由緊急順槳控制繼電器K1分別控制。
[0025] 系統還包括主限位開關S1，為槳葉91度限位開關，槳葉位置達到91度，被觸發，即 S1斷開，此外還需要一個冗餘限位開關S2,當槳葉位置達到95度，被觸發，即S2斷開。限 位開關S2在主限位開關即91度限位開關失效時可以確保變槳電機的安全制動。
[0026] 系統還包括交流順槳控制開關KM3的控制迴路和直流順槳控制開關KM5的控制回 路。交流順槳控制開關KM3的控制迴路採用交流控制電源5供電；直流順槳控制開關KM5 的控制迴路採用UPS電源6供電。
[0027] 交流順槳控制開關KM3的控制迴路：由緊急順槳控制繼電器K1常開觸點、限位開 關S1、限位開關S2和直流順槳控制開關KM5的常閉觸點以及交流順槳控制開關KM3的線圈 串連；
[0028] 直流順槳控制開關KM5的控制迴路：由緊急順槳控制繼電器K1常閉觸點、限位開 關S1、限位開關S2和交流順槳控制開關KM3的常閉觸點以及直流順槳控制開關KM3的線圈 串連。
[0029] 本實用新型還設置延時繼電器KT1、KT2和KT3,其中KT1控制直流電源驅動順槳 的時間；KT2控制交流電源驅動順槳的時間；KT3控制直流電源和交流電源互為備用依次驅 動順槳的總時間。
[0030] 交流緊急順槳控制開關K2控制迴路由：
[0031] 延時繼電器KT1的常開觸點與交流緊急順槳控制開關K2線圈的串連電路、
[0032] 延時繼電器KT1的常開觸點與延時繼電器KT2線圈的串連電路、
[0033] 延時繼電器KT2的常閉觸點與延時繼電器KT1線圈的串連電路，
[0034] 共三電路並連組成的並連電路與延時繼電器KT3的常閉觸點串連後，
[0035] 再與延時繼電器KT3線圈並連，
[0036] 最後再與繼電器K4常閉觸點串連。
[0037] 其中，繼電器K4,由安全鏈信號控制，當發生安全鏈故障時，EFC24V電源失電，繼 電器K4斷開。
[0038] 在未發生安全鏈故障時，緊急順槳控制繼電器K1閉合、直流順槳控制開關KM5斷 開、交流順槳控制開關KM3閉合、繼電器K4閉合、交流緊急順槳控制開關K2斷開，延時繼電 器KT1、KT2、KT3不工作。
[0039] 當發生安全鏈故障時：繼電器Κ4斷開，令延時繼電器ΚΤ3得電。
[0040] (1)先執行直流電源驅動順槳動作。此時緊急順槳控制繼電器Κ1斷開，此時，延時 繼電器ΚΤ1、ΚΤ2、ΚΤ3都處於斷開狀態，因此，延時繼電器ΚΤ1的常開觸點斷開，ΚΤ2的常閉 觸點閉合；由於延時繼電器ΚΤ2的常閉觸點閉合，導致延時繼電器ΚΤ1得電。
[0041] 由於緊急順槳控制繼電器Κ1常開觸點斷開，所以交流順槳控制開關ΚΜ3控制迴路 斷開；此時由於緊急順槳控制繼電器Κ1常閉觸點閉合、限位開關未觸發（閉合）、交流順槳 控制開關ΚΜ3(已斷開）的常閉觸點閉合，因此直流順槳控制開關ΚΜ5的控制迴路導通，此 時由直流電源3驅動順槳。
[0042] 延遲一段時間（即延時KT1的延時時間）後：如果限位開關S1或S2未被觸發，則 直流順槳失敗，繼續執行下一步；如果限位開關S1或S2被觸發，則直流順槳成功，交流順槳 控制開關KM3的控制迴路和直流順槳控制開關KM5的控制迴路全部斷開，本系統執行結束。
[0043] (2)如果直流順槳失敗，執行交流電源驅動順槳動作，當達到延時繼電器KT1的延 時時間後，延時繼電器KT1導通，延時繼電器KT2、KT3都處於斷開狀態，此時，延時繼電器 KT1的常開觸點閉合，延時繼電器KT2的常閉觸點閉合；由於延時繼電器KT2的常閉觸點閉 合，導致延時繼電器KT1繼續得電；由於延時繼電器KT1的常開觸點閉合，導致，交流緊急順 槳控制開關K2接通，延時繼電器KT2得電。
[0044] 由於交流緊急順槳控制開關K2接通，緊急順槳控制繼電器K1導通，緊急順槳控制 繼電器K1的常閉觸點斷開，所以直流緊急順槳控制開關KM5控制迴路斷開；此時由於緊急 順槳控制繼電器K1常開觸點閉合、限位開關未觸發（閉合）、直流順槳控制開關KM5 (已斷 開）的常閉觸點閉合，因此交流順槳控制開關KM3的控制迴路導通，系統切換到由交流驅動 電源4驅動的順槳電路繼續執行順槳，延遲一段時間（即延時繼電器KT2的延時時間）後： 如果限位開關S1或S2未被觸發，則交流順槳失敗，繼續執行下一步；如果限位開關S1或S2 被觸發，則交流順槳成功，交流順槳控制開關KM3的控制迴路和直流順槳控制開關KM5的控 制迴路全部斷開，本系統執行結束。
[0045] (3)如果交流順槳失敗，繼續執行直流電源驅動順槳動作
[0046] 當達到延時繼電器KT2的延時時間後，延時繼電器KT2導通，延時繼電器KT2的常 閉觸點斷開，則延時繼電器KT1斷開，導致延時繼電器KT1的常開觸點斷開，令延時繼電器 KT2和交流緊急順槳控制開關K2斷開。此時，延時繼電器KT1、KT2、KT3都處於斷開狀態。 由於，交流緊急順槳控制開關K2斷開，系統繼續執行步驟（1)。
[0047] (4)總延時時間到，系統執行完畢
[0048] 當延遲時間達到延時繼電器KT3的延時時間後，延時繼電器KT3導通，此時延時繼 電器KT3的常閉觸點斷開，因此，延時繼電器KT1、KT2和K2同時斷開，交流緊急順槳控制開 關K2控制迴路停止工作，交流緊急順槳控制開關K2-直處於斷開狀態，本系統執行結束。
[0049] 由此，當限位開關S1、限位開關S2閉合時，也即順槳未成功時，通過不斷控制緊急 順槳控制繼電器K1的通斷，來控制直流電源或者交流驅動電源的接通或斷開，達到依照先 執行直流電源驅動順槳，再執行交流電源驅動順槳的順序，驅動順槳，直到順槳成功。
[0050] 因此，只要確保直流、交流順槳電路有一路正常，則能夠順利完成風機緊急順槳， 提高風電機組的安全性，同時減少直流順槳電路的使用頻次，保護電池。
[0051] 優選的，還包括交流400V控制開關KM4,軸控櫃2得電後，接通控制開關KM4,為變 頻器提供交流400V電源。
[0052] 優選的，還包括交流斷路器Q1，交流驅動電源4、交流斷路器Q1與交流400V控制 開關KM4連接。
[0053] 優選的，還包括直流斷路器Q2,是直流電源開關，直流電源3、直流主電源開關Q2 和直流電源順槳控制開關KM5串連。
[0054] 其中，400V主電源開關Q1、交流400V控制開關KM4、變頻器7、交流順槳控制開關 KM3、直流主電源開關Q2和直流順槳控制開關KM5位於軸控櫃2內。
[0055] 如圖1所示，圖中各器件為：
[0056] Q1 :交流斷路器，400V交流電源開關，提供過流保護。
[0057] Q2 :直流斷路器，電池組電源開關，提供過流保護。
[0058] K1 :24V控制繼電器，緊急順槳控制繼電器，由兩路控制信號控制：
[0059] 1)為安全鏈EFC信號控制，當發生安全鏈故障時，EFC24V電源失電，即觸發EFC信 號（低電平），則緊急順槳控制繼電器K1斷開；
[0060] 2)由交流緊急順槳控制開關K2控制，當發生安全鏈故障，並且直流順槳失敗時， 交流緊急順槳控制開關K2導通，控制緊急順槳控制繼電器K1導通（為24V高電平），執行 交流緊急順槳；當交流順槳也失敗時，交流緊急順槳控制開關K2斷開，控制緊急順槳控制 繼電器K1斷開（為0V低電平），執行直流緊急順槳。
[0061] K2 :控制繼電器，交流緊急順槳控制開關。由繼電器K4,及三個延時繼電器KT1、 KT2和KT3共同作用，控制K2導通和斷開。
[0062] K4 :控制繼電器，由安全鏈信號控制，當發生安全鏈故障時，EFC24V電源失電，繼 電器K4斷開。
[0063] KT1 :得電延時型延時繼電器，為直流電源驅動順槳的時間，KT1的延時時間可以 是12秒到20秒之間的任意時間，優選15秒。
[0064] KT2 :得電延時型延時繼電器，為交流電源驅動順槳的時間，KT2的延時時間可以 是12秒到20秒之間的任意時間，優選15秒。
[0065] KT3 :得電延時型延時繼電器，為總的順槳時間，本實用新型中KT3的時間設置為 KT3延時的時間=(KT1延時的時間）X4次+(KT2延時的時間）X3次，也根據直流/交流 電源驅動順槳的次數和其各自需要的時間設置，ΚΤ3的延時時間可以是94秒到140秒之間 的任意時間，優選105秒。
[0066] ΚΜ3:接觸器，交流順槳控制開關，為直流電機提供直流電源，得電後，接通變頻器 直流輸出與直流電機，同時使能變頻器，輸出直流電源，執行交流電源驅動變槳動作。接通 條件：緊急順槳控制繼電器Κ1導通（為高電平），同時，直流順槳控制開關ΚΜ5為斷開狀態， 同時，槳葉91度、95度位置限位開關未接通，即槳葉未達到91度、95度位置，S1、S2為閉合 狀態。
[0067] KM4 :接觸器，400V交流電源4的控制開關，軸控櫃2得電後，由交流控制電源5供 電，為變頻器提供400V交流電源。
[0068] KM5:接觸器，直流順槳控制開關，為直流電機提供直流電源，得電後，直流電源接 通，直流電源驅動順槳動作。接通條件：安全鏈EFC信號被觸發，即緊急順槳控制繼電器K1 斷開，並且交流順槳電路開關KM3斷開，同時，槳葉91度、95度位置限位開關未接通，即槳葉 未達到91度、95度位置，SI、S2為閉合狀態。
[0069] S1 :為槳葉91度限位開關，槳葉位置達到91度，被觸發，即S1斷開。
[0070] S2 :為槳葉95度限位開關，槳葉位置達到95度，被觸發，即S2斷開。在限位開關 S1失效時確保變槳電機的安全制動。
[0071] 優選的，交流驅動電源4,400V，由輪轂滑環供電。
[0072] 交流控制電源5, 230V，由400V交流驅動電源提供，為交流順槳控制開關KM3提供 控制電源。
[0073] UPS電源6,230V由位於機艙控制櫃內的UPS裝置經過輪轂滑環向輪轂內供電，為 直流順槳控制開關KM5提供控制電源。
[0074] 直流電源3可以是電池組，由230V交流控制電源5充電。
[0075] 以上所述僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的 限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型，任何熟悉 本專利的技術人員在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述提示的技術內容作 出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容， 依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬 於本實用新型方案的範圍內。
【權利要求】
1. 一種電動順槳控制系統，其特徵在於：包括直流電源（3)、直流順槳控制開關KM5、交 流驅動電源（4)、變頻器（7)、交流順槳控制開關KM3、直流電機（8)、緊急順槳控制繼電器 K1、交流緊急順槳控制開關K2和安全鏈EFC信號，其中， 所述安全鏈EFC信號由機艙通過滑環輪轂提供； 所述交流緊急順槳控制開關K2的常開觸點，與所述安全鏈EFC信號並連後，再與所述 緊急順槳控制繼電器K1的線圈串連； 所述直流電源（3)和所述直流順槳控制開關KM5的串連電路，所述交流驅動電源（4) 和所述變頻器（7)以及所述交流順槳控制開關KM3的串連電路，共兩路電路並連後組成的 並連電路，與所述直流電機（8)串連，所述交流順槳控制開關KM3和所述直流順槳控制開關 KM5是互鎖設計，由所述緊急順槳控制繼電器K1分別控制所述交流順槳控制開關KM3和所 述直流順槳控制開關KM5的通斷。
2. 根據權利要求1所述電動順槳控制系統，其特徵在於，還包括繼電器K4,所述繼電器 K4與所述安全鏈EFC信號並連。
3. 根據權利要求2所述電動順槳控制系統，其特徵在於，還包括延時繼電器KT1、延時 繼電器KT2和延時繼電器KT3,其中， 所述延時繼電器KT1的常開觸點與所述交流緊急順槳控制開關K2線圈的串連電路、 所述延時繼電器KT1的常開觸點與所述延時繼電器KT2線圈的串連電路、 所述延時繼電器KT2的常閉觸點與所述延時繼電器KT1線圈的串連電路， 共三電路並連組成的並連電路與所述延時繼電器KT3的常閉觸點串連後， 再與所述延時繼電器KT3線圈並連的並連電路， 最後與所述繼電器K4的常閉觸點串連。
4. 根據權利要求3所述電動順槳控制系統，其特徵在於，所述延時繼電器KT1的延時 時間為15秒；所述延時繼電器KT2的延時時間為15秒；所述延時繼電器KT3的延時時間為 105 秒。
5. 根據權利要求1所述電動順槳控制系統，其特徵在於，還包括91度限位開關S1和 95度限位開關S2,當槳葉槳矩角為91度時，觸發限位開關S1，即所述限位開關S1閉合；當 槳葉槳矩角為95度時，觸發限位開關S2,即所述限位開關S2閉合。
6. 根據權利要求5所述電動順槳控制系統，其特徵在於，所述緊急順槳控制繼電器K1 的常開觸點、所述限位開關S1、所述限位開關S2、所述交流順槳控制開關KM3的常閉觸點和 所述直流順槳控制開關KM5的線圈串連。
7. 根據權利要求5所述電動順槳控制系統，其特徵在於，所述緊急順槳控制繼電器K1 的常閉觸點、所述限位開關S1、所述限位開關S2、所述直流順槳控制開關KM5的常閉觸點和 所述交流順槳控制開關KM3的線圈串連。
【文檔編號】F03D7/00GK203879683SQ201420334671
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】李清義, 袁恩來, 辛克鋒, 苗繼春, 劉峰, 程學文 申請人:北京普華億能風電技術有限公司