一种风力发电机组偏航控制装置、方法和风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组偏航控制装置、方法和风力发电机组。

背景技术

风力发电机组中的偏航系统又称对风装置，是风力发电机组机舱的一部分，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。目前，用于偏航电机组正反转的控制电路，以两路接触器改变电机电源的相序实现，并在该两路接触器辅助触点串接入控制回路进行互锁接线，以避免两路同时导通引发短路，控制信号分两路输出单独控制，控制逻辑较为简单，易于实现。例如文件CN105715451A公开的一种风力发电机组控制电路，图1是文件CN105715451A的附图，如图1所示，在该文件中顺时针和逆时针方向的控制逻辑是：C闭合致A得电，A得电致E断开，E断开致D无法得电，形成互锁；同理F闭合致D得电，D得电致B断开，B断开致A无法得电。该文件中使能控制子电路也是这种方式互锁，而这种电路对于顺时针和逆时针的控制逻辑在分别控制时没有问题，但是这种电路存在的风险为：若出现C、F瞬间同时闭合，A、D线圈也会同时得电，主回路短路和B、E处的断开同时发生，互锁失效，发生短路，导致顺时针和逆时针控制回路都导通，使风机机舱处于较大的安全风险中。基于此，目前对于风力发电机组的控制电路还需要进行改进，以解决因为控制错误造成的互锁失效短路问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种风力发电机组偏航控制装置、方法和风力发电机组，以解决控制电路因为控制错误造成的互锁失效短路问题。

第一方面，本发明提供了一种风力发电机组偏航控制装置，包括：偏航主电路和控制电路；

所述偏航主电路包括第一偏航接触器和第二偏航接触器，所述第一偏航接触器的输入端和所述第二偏航接触器的输入端均与三相主电源连接，所述第一偏航接触器的输出端按照和输入端相同的线序与偏航电机组连接，所述第二偏航接触器的输出端相比输入端是变换一组线序后与偏航电机组连接；所述控制电路包括偏航使能开关和偏航方向开关，所述偏航使能开关的输入端与控制电源正极连接，所述偏航使能开关的输出端与所述偏航方向开关的方向输入端连接，所述偏航方向开关的第一输出端与所述第一偏航接触器的使能输入端连接，所述第一偏航接触器的使能输出端与控制电源负极连接，所述偏航方向开关的第二输出端与所述第二偏航接触器的使能输入端连接，所述第二偏航接触器的使能输出端与控制电源负极连接，所述偏航方向开关用于将所述第一输出端和所述方向输入端导通，或者用于将所述第二输出端和所述方向输入端导通。

在一种可选地实施方式中，所述偏航使能开关和所述偏航方向开关是继电器，所述偏航使能开关的常开触点作为所述偏航使能开关用于与所述偏航方向开关连接的输出端，所述偏航方向开关的常开触点作为所述第二输出端，所述偏航方向开关的常闭触点作为所述第一输出端。

在一种可选地实施方式中，所述装置还包括控制源设备，所述控制源设备的第一控制端与所述偏航使能开关的控制线圈的输入端连接，所述控制源设备的第二控制端与所述偏航方向开关的控制线圈的输入端连接，所述偏航使能开关的控制线圈的输出端和所述偏航方向开关的控制线圈的输出端均接地。

在一种可选地实施方式中，所述控制源设备包括：方向控制模块，用于接收风机偏航控制指令，并响应于所述风机偏航控制指令通过所述第二控制端输出偏航方向控制信号；使能模块，用于当通过所述第一控制端输出所述偏航方向控制信号之后，通过所述第一控制端输出偏航使能控制信号。

在一种可选地实施方式中，所述装置还包括偏航断路器，所述偏航断路器的输入端与所述三相主电源连接，所述偏航断路器的输出端分别与所述第一偏航接触器的输入端和所述第二偏航接触器的输入端连接。

在一种可选地实施方式中，所述装置还包括分励脱扣器，所述分励脱扣器的控制端与所述偏航断路器的被控端连接，所述分励脱扣器的使能输入端与脱扣器使能继电器的输出端连接，所述分励脱扣器的使能输出端与控制子电源的负极连接，所述使能继电器的输入端与所述控制子电源的正极连接，所述使能继电器的控制线圈连接到所述控制源设备的第三控制端。

在一种可选地实施方式中，所述控制源设备还包括：断路保护模块，用于接收主动断路指令，并响应于所述主动断路指令通过所述第三控制端输出主动电路控制信号。

在一种可选地实施方式中，所述控制源设备的第一控制端与所述偏航使能开关的控制线圈之间还连有偏航合闸反馈开关，所述偏航合闸反馈开关与风力发电机组的刹车系统通信连接。

第二方面，本发明提供了一种风力发电机组，包括：风力发电机组主体和第一方面任意一种可选实施方式提供的风力发电机组偏航控制装置，所述风力发电机组偏航控制装置与所述风力发电机组主体中的偏航电机组电性连接。

第三方面，本发明提供了一种风力发电机组偏航控制方法，应用于一种风力发电机组偏航控制装置，所述方法包括：将偏航方向开关闭合在第一输出端和方向输入端之间，或者将偏航方向开关闭合在第二输出端和方向输入端之间；将偏航使能开关闭合，使偏航主电路中的第一偏航接触器或第二偏航接触器导通，以使偏航电机组运行。

本发明提供的技术方案，具有如下优点：

本发明提供的技术方案为偏航主电路设置了控制电路，通过控制电路控制偏航主电路中的第一偏航接触器和第二偏航接触器轮流闭合，从而实现偏航电机组的顺时针或逆时针转向控制。关于控制电路，本发明实施例在控制电源正极和控制电源负极之间连接了偏航使能开关和偏航方向开关，且第一偏航接触器和第二偏航接触器的使能输入端以及使能输出端也连接在控制电源正极和控制电源负极之间，从而通过偏航使能开关和偏航方向开关给第一偏航接触器使能信号，或者给第二偏航接触器使能信号。本实施例提供的技术方案弃用接触器辅助触点互锁，使用单独的偏航方向开关控制选择方向，配合偏航使能开关实现使能控制，不需要区分顺时针控制和逆时针控制的使能，两种控制用一种使能，且方向控制开关必须通过二选一在两个输出端的其中一个上进行闭合，只有两个开关同时闭合时才能实现偏航控制，并且同时闭合偏航使能开关和偏航方向开关还不会令第一偏航接触器和第二偏航接触器同时置高，解决了两接触器同时闭合引起的大短路问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是相关技术互锁控制电路的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种风力发电机组偏航控制装置的偏航主电路结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种风力发电机组偏航控制装置的控制电路结构示意图；

图4是根据本发明实施例的一种风力发电机组偏航控制装置的控制源设备结构示意图；

图5是根据本发明实施例的一种风力发电机组偏航控制装置的另一个偏航主电路结构示意图；

图6是根据本发明实施例的一种风力发电机组偏航控制装置的又一个偏航主电路结构示意图；

图7是根据本发明实施例的一种风力发电机组偏航控制装置的另一个控制源设备结构示意图；

图8是根据本发明实施例的一种风力发电机组偏航控制装置的又一个控制源设备结构示意图；

图9是根据本发明实施例的一种风力发电机组偏航控制方法的流程示意图；

图10是根据本发明实施例的一种风力发电机组的结构示意图。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明实施例，提供了一种风力发电机组偏航控制装置实施例，该装置包括：偏航主电路和控制电路；如图2所示，偏航主电路包括第一偏航接触器KM1和第二偏航接触器KM2，第一偏航接触器KM1的输入端和第二偏航接触器KM2的输入端均与三相主电源L1连接，第一偏航接触器KM1的输出端按照和输入端相同的线序与偏航电机组G连接，第二偏航接触器KM2的输出端相比输入端反变换一组线序后与偏航电机组G连接。如图3所示，控制电路包括偏航使能开关K1和偏航方向开关K2，偏航使能开关K1的输入端与控制电源正极L2连接，偏航使能开关K1的输出端与偏航方向开关K2的方向输入端连接，偏航方向开关K2的第一输出端与第一偏航接触器KM1的使能输入端连接，第一偏航接触器KM1的使能输出端与控制电源负极M2连接，偏航方向开关K2的第二输出端与第二偏航接触器KM2的使能输入端连接，第二偏航接触器KM2的使能输出端与控制电源负极M2连接，偏航方向开关K2用于将第一输出端和方向输入端导通，或者用于将第二输出端和方向输入端导通。

具体地，在本发明实施例中，为偏航主电路设置了控制电路，通过控制电路控制偏航主电路中的第一偏航接触器KM1和第二偏航接触器KM2轮流闭合，从而实现偏航电机组G的顺时针或逆时针转向控制，其中偏航主电路的电路结构为现有技术，本实施例不再赘述。关于控制电路，本发明实施例在控制电源正极L2和控制电源负极M2之间连接了偏航使能开关K1和偏航方向开关K2，且第一偏航接触器KM1和第二偏航接触器KM2的使能输入端以及使能输出端也连接在控制电源正极L2和控制电源负极M2之间，从而通过偏航使能开关K1和偏航方向开关K2给第一偏航接触器KM1使能信号，或者给第二偏航接触器KM2使能信号。假设第一偏航接触器KM1用于控制偏航电机组G顺时针旋转，第二偏航接触器KM2用于控制偏航电机组G逆时针旋转，通过上述连接方式，当需要偏航电机组G进行顺时针旋转时，可以将偏航方向开关K2闭合在的第一输出端和输入端之间，然后闭合偏航使能开关K1，从而令第一偏航接触器KM1的使能输入\输出端与控制电源导通，给予第一偏航接触器KM1使能信号，第一偏航接触器KM1在偏航主电路中闭合，从而令偏航电机组G按照第一偏航接触器KM1所在支路的线序接收三相电信号，实现顺时针控制。同理，当需要偏航电机组G进行逆时针旋转时，可以将偏航方向开关K2闭合在的第二输出端和输入端之间，然后闭合偏航使能开关K1，从而令第二偏航接触器KM2的使能输入端\输出端与控制电源导通，给予第二偏航接触器KM2使能信号，第二偏航接触器KM2在偏航主电路中闭合，从而令偏航电机组G按照第二偏航接触器KM2所在支路的线序接收三相电信号，实现逆时针控制。本实施例提供的技术方案弃用接触器辅助触点互锁，使用单独的偏航方向开关K2控制选择方向，配合偏航使能开关K1实现使能控制，不需要区分顺时针控制和逆时针控制的使能，两种控制用一种使能，且方向控制开关必须通过二选一在两个输出端的其中一个上进行闭合，只有两个开关同时闭合时才能实现偏航控制，并且同时闭合偏航使能开关K1和偏航方向开关K2还不会令第一偏航接触器KM1和第二偏航接触器KM2同时置高，解决了两接触器同时闭合引起的大短路问题。

其中，偏航使能开关K1和偏航方向开关K2同样可以使用接触器实现两路控制，在一个可选地实施例中，本实施例采用继电器部署偏航使能开关K1和偏航方向，如图3所示，其中继电器的常开触点作为偏航使能开关K1用于与偏航方向开关K2连接的输出端，保证偏航使能开关K1没有接收到控制信号前，默认断开，避免发生误导通，维持电路稳定。另外，偏航方向开关K2的常开触点作为第二输出端，偏航方向开关K2的常闭触点作为第一输出端，使控制电路收到默认控制信号时以第一偏航接触器KM1控制偏航电机组G，适配用户使用习惯。特别地，本实施例考虑到接触器辅助触点普遍对密封性能要求不高，长时间工作易发生触点氧化/污染导致控制回路失效，本实施例采用密封性优于接触器辅助触点的继电器作为主要控制元件，解决了触点容易氧化/污染而失效的问题。

在一些可选地实施方式中，如图4所示，本发明实施例提供的风力发电机组偏航控制装置还包括：控制源设备CON，其中控制源设备CON的第一控制端DO1与偏航使能开关K1的控制线圈的输入端连接，控制源设备CON的第二控制端DO2与偏航方向开关K2的控制线圈的输入端连接，偏航使能开关K1的控制线圈的输出端和偏航方向开关K2的控制线圈的输出端均接地GND。其中，控制源设备CON包括：

方向控制模块，用于接收风机偏航控制指令，并响应于风机偏航控制指令通过第二控制端DO2输出偏航方向控制信号；

使能模块，用于当通过第一控制端DO1输出偏航方向控制信号之后，通过第一控制端DO1输出偏航使能控制信号。

具体地，在本发明实施例中，还提供了控制源设备CON对风力发电机组偏航控制进行自动化控制，来提高控制的稳定性和可靠性。其中控制源设备CON包括但不限于PLC控制器、ARM控制芯片、X86控制芯片等，本实施例仅以此举例，不以此为限。特别地，在本实施例中，在控制源设备CON中部署了用于执行控制的程序模块，具体包括方向控制模块和使能模块，在本实施例中，当需要进行偏航控制时，首先通过方向控制模块接收外部输入的风机偏航控制指令，并响应于风机偏航控制指令(例如顺时针或逆时针)通过第二控制端DO2输出偏航方向控制信号，从而优先控制偏航方向开关K2闭合，然后运行使能模块，在第一控制端DO1输出偏航方向控制信号之后才通过第一控制端DO1输出偏航使能控制信号，令偏航使能开关K1闭合。这一控制逻辑的意义在于，令偏航电机组G的运行更符合用户的预期逻辑，避免逻辑错误的问题出现，保证线路稳定运行。例如：用户想让第二偏航接触器KM2得电，但是偏航方向开关K2的常闭触点接线方式默认第一偏航接触器KM1，如果先闭合偏航使能开关K1，会导致第一偏航接触器KM1先得电，等闭合偏航方向开关K2才能令第二偏航接触器KM2得电，这与预期的控制逻辑不符，从而对电机和线路造成风险。

例如，在一个实施方式中，第一控制端DO1可以通过输出0或1实现偏航使能，1代表开关闭合，0代表开关断开。第二控制端DO2可以通过输出0或1控制两种偏航方向，第一偏航接触器KM1或第二偏航接触器KM2对应的信号为1表示当前偏航接触器闭合。具体控制效果如表1所示

表1.控制信号与接触器状态对应表

在一些可选地实施方式中，如图5所示，偏航主电路还包括偏航断路器F1，偏航断路器F1的输入端与三相主电源L1连接，偏航断路器F1的输出端分别与第一偏航接触器KM1的输入端和第二偏航接触器KM2的输入端连接。从而当偏航主电路出现过电压、过电流等电量特性不正常的危险状况时，能够通过偏航断路器F1熔断主回路，避免偏航电机组G损坏，保证人员安全。

在一些可选地实施方式中，如图6所示，所示，本发明实施例提供的风力发电机组偏航控制装置还包括分励脱扣器F2，分励脱扣器F2的控制端与偏航断路器F1的被控端连接，分励脱扣器F2的使能输入端与脱扣器使能继电器K3的输出端连接，分励脱扣器F2的使能输出端与控制子电源的负极M3连接，使能继电器K3的输入端与控制子电源的正极L3连接，如图7所示，使能继电器K3的控制线圈连接到控制源设备CON的第三控制端DO3。其中控制源设备CON还包括另一个代码指令模块，即断路保护模块，该模块用于接收主动断路指令，并响应于主动断路指令通过第三控制端DO3输出主动电路控制信号。

具体地，在本发明实施例中，还为偏航断路器F1配备了分励脱扣器F2，并通过控制源设备CON实现主动控制分励脱扣器F2的动作。当用户想要主动断开偏航主电路时，通过控制源设备CON的第三控制端DO3发出主动电路控制信号，主动电路控制信号到使能继电器K3的控制线圈，从而令使能继电器K3闭合，从而令分励脱扣器F2与控制子电源导通，令分励脱扣器F2工作，主动断开偏航断路器F1。相关技术中，偏航主电路中的偏航断路器F1只能因为过压、过流等电性问题实现断路，而不能因为逻辑错误进行主动断路。通过本实施例提供的方案，偏航主电路还能在出现逻辑问题时响应用户的指令主动断开，进一步提高了偏航电机组G偏航主电路的稳定性和可靠性。

在一些可选地实施方式中，如图8所示，控制源设备CON的第一控制端DO1与偏航使能开关K1的控制线圈之间还连有偏航合闸反馈开关K7，偏航合闸反馈开关K7与风力发电机组的刹车系统通信连接。

具体地，在本发明实施例中，还在第一控制端DO1与偏航使能开关K1的控制线圈之间设置了用于反馈刹车系统是否处于刹车状态的偏航合闸反馈开关K7。从而在刹车系统处于刹车状态时，偏航合闸反馈开关K7断开，令第一控制端DO1输出的控制信号不能传输到偏航使能开关K1，当刹车系统处于松开状态时，偏航合闸反馈开关K7闭合，第一控制端DO1输出的控制信号可以传输到偏航使能开关K1，达到避免偏航电机组G在刹车状态启动，进一步提高了电路的安全性和可靠性。

另外，本发明实施例还提供了一种风力发电机组偏航控制方法，应用于上述实施例提供的风力发电机组偏航控制装置，如图9所示，是一种风力发电机组偏航控制方法的流程示意图，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。该流程包括如下步骤：

步骤S101，将偏航方向开关K2闭合在第一输出端和方向输入端之间，或者将偏航方向开关K2闭合在第二输出端和方向输入端之间；

步骤S102，将偏航使能开关K1闭合，使偏航主电路中的第一偏航接触器KM1或第二偏航接触器KM2导通，以使偏航电机组G运行。

具体地，通过本实施例提供的方法，当需要进行偏航控制时，首先接收外部输入的风机偏航控制指令，并响应于风机偏航控制指令(例如顺时针或逆时针)通过第二控制端DO2输出偏航方向控制信号，从而优先控制偏航方向开关K2闭合，在第一控制端DO1输出偏航方向控制信号之后才通过第一控制端DO1输出偏航使能控制信号，令偏航使能开关K1闭合。这一控制逻辑的意义在于，令偏航电机组G的运行更符合用户的预期逻辑，避免逻辑错误的问题出现，保证线路稳定运行。

如图10所示，本发明实施例还提供了一种风力发电机组，包括：风力发电机组主体003和上述实施例提供的风力发电机组偏航控制装置004，其中风力发电机组偏航控制装置004与风力发电机组主体中的偏航电机组G电性连接，用于控制风力发电机组的顺时针或逆时针偏航。其中，风力发电机组003主体包括风轮、升速齿轮箱、发电机、偏航电机组G、控制系统、塔架等部件。风轮用于将风能转换为机械能，通过叶片装在轮毂上所组成，低速转动的风轮通过传动系统由升速齿轮箱增速，以便与发电机运转所需要的转速相匹配并将动力传递给发电机。由于风能是随机性的，风力的大小时刻变化，必须根据风力大小及电能需要量的变化及时通过控制系统和升速齿轮箱来实现对风力发电机组的起动、调节(转速、电压、频率)、停机、故障保护(超速、振动、过负荷等)以及对电能用户所接负荷的接通调整及断开等。更多关于风力发电机组003部件的描述为现有技术，本实施例不再赘述。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。