变桨电路以及风机

技术领域

本公开涉及发电风机技术领域，具体地，涉及一种变桨电路以及风机。

背景技术

发电风机是一种利用风能转换为电能的设备。它是可再生能源领域中最常见的发电设备之一，具有环保、可持续和高效的优点。风机通常部署在沿海、高原、草原等风资源较好的地区。风机叶片在转动过程中，如果发生失速飞车，可能会导致火灾、风机倒塌等事故。一旦发生飞车事件，往往伴随着安全链收桨失效，导致后续火灾、风机倒塔等更为严重的危险事故。

发明内容

本公开提供一种变桨电路以及风机，旨在风机发生飞车时，控制风机变桨，以避免后续的危险事故。

为了实现上述目的，本公开提供一种变桨电路，所述电路包括：

变桨电机，用于与风机的叶轮连接；

叶片离心力开关，与所述变桨电机连接；

后备电源，通过所述叶片离心力开关与所述变桨电机连接；

所述叶片离心力开关，用于在所述风机飞车时，处于闭合状态，实现所述后备电源为所述变桨电机供电，以通过所述变桨电机控制所述叶轮变桨。

可选地，所述电路还包括：接触器；

所述接触器的常开触点的两端分别与所述后备电源和所述变桨电机连接；所述接触器与所述叶片离心力开关并联。

可选地，所述叶片离心力开关的数量为多个，多个叶片离心力开关并联。

可选地，所述电路还包括：柜门接近开关；

所述后备电源通过所述柜门接近开关与所述叶片离心力开关连接，所述柜门接近开关安装在所述风机的主控柜的柜门上；

所述柜门接近开关，用于在所述柜门开启时，处于断开状态。

可选地，所述电路还包括：限位开关；

所述叶片离心力开关通过所述限位开关与所述变桨电机连接；

所述限位开关，用于在所述叶轮收桨至预设位置时，处于断开状态。

可选地，所述电路还包括：控制器；

所述控制器与所述叶片离心力开关连接；

所述控制器，用于控制所述叶片离心力开关闭合。

可选地，所述电路还包括：测速装置；

所述叶片离心力开关和所述测速装置均安装在所述叶轮的轮毂内，且所述叶片离心力开关和所述测速装置距离所述叶轮的转子轴心的距离相同；

所述测速装置与所述控制器连接；

所述测速装置，用于测量所述叶片离心力开关的转速；

所述控制器，用于根据所述叶片离心力开关的转速、所述离心力开关的质量、以及所述叶片离心力开关距离所述叶轮的转子轴心的距离，获得所述叶片离心力开关所受的离心力；

所述控制器，还用于若所述离心力大于预设离心力，则控制所述叶片离心力开关处于闭合状态。

可选地，当所述变桨电机为交流电机时，所述电路还包括：逆变器；

所述叶片离心力开关通过所述逆变器与所述变桨电机连接。

可选地，所述变桨电机为直流电机。

本公开还提供一种风机，包括前述电路。

本公开提供的一种变桨电路以及风机，通过叶片离心力开关实现后备电源和变桨电机的连接，在风机飞车时，叶片离心力开关处于闭合状态，以连通后备电源和变桨电机，使得后备电源为变桨电机供电，实现变桨电机控制叶轮变桨，降低叶轮的受力，以避免后续发生更为严重的事故。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开一示例性实施例提供的变桨电路的示意图；

图2是本公开另一示例性实施例提供的变桨电路的示意图。

附图标记说明

100-变桨电路；110-变桨电机；120-叶片离心力开关；130-后备电源；140-接触器；150-柜门接近开关；160-限位开关。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

需要说明的是，本公开中所有获取信号、信息或数据的动作都是在遵照所在地国家相应的数据保护法规政策的前提下，并获得由相应装置所有者给予授权的情况下进行的。

发电风机是一种利用风能转换为电能的设备。它是可再生能源领域中最常见的发电设备之一，具有环保、可持续和高效的优点。风机通常部署在沿海、高原、草原等风资源较好的地区。通常来说，风力发电机组大多布置在边远地区，气候环境较为恶劣，容易受到狂风、闪电、暴雪的袭击。同时，风能的能量密度低、稳定性较差，风速和风向的随机性将迫使风机长期在负荷大范围波动的条件下工作，极易导致各机械、电气部件的疲劳损伤。同时，风电机组结构紧凑，各组成部分的功能联系紧密，应要求具有更高的可靠性。随着运行时间的推移，风电机组的健康状况必然受到影响，轻则使得机组偏离原来的设计指标造成能量转换效率下降，重则可能发生叶片破损断裂，乃至飞车、倒塔、毁机等重大安全事故。

在风电机组可能发生的众多事故中，叶轮超速事故较为突出，造成的后果尤其严重，例如，造成火灾、风机倒塔等危险事故。风机突然甩负荷、风速突变、联轴器损坏等故障可能导致传动链严重超速；处于超速状态下的风机叶轮如果得不到及时控制，轮毂在大风中吸收的能量将迫使机组转速不断上升，直到桨叶、主轴、主轴轴承和发电机等部件无法承受过大的惯性负载，超出各自的机械强度而遭到破坏，甚至直接断裂，引起飞车、倒塔、毁机的灾难性后果。自风电机组大量投运以来，国内外已有不少风电场出现了机组超速、飞车事故，这其中既有建设期设计、制造等质量原因，也有运营期存在运行、维护不到位的情况，现在急需开发一套风机转速状态监测及冗余保护系统能感知风机当前转速、当转速超过设定的报警值，会立即进入紧急收桨状态，保证风机的安全。

据统计，近年来因叶片不能及时收桨导致的飞车、倒塔事故造成有人员伤亡的重大事故有多起。在实际应用中发现主要原因有两个：一是因为传感器故障、滑环故障或通讯线路虚接等情况造成通讯和控制功能无法实现的情况时有发生；二是电池问题，电池剩余容量无法保证紧急状况下能安全收桨，最终导致机组出现超速甚至更为严重的故障。

发明人基于长期的研究，发现对轮毂的转动状态进行实时监测并在紧急情况下进行必要的冗余保护是十分必要，在安全链失效时，造成这些事故的原因是变桨系统没有顺桨，导致风机超速飞车，更严重的可能会导致倒塔，因此，冗余保护可以起到控制变桨的作用。由此，本公开提供一种变桨电路，用于对风机的叶轮进行变桨，如图1所示，变桨电路100包括：变桨电机110、叶片离心力开关120以及后备电源130。

变桨电机110，用于与风机的叶轮连接。

可以理解的是，叶轮包括叶片和轮毂。

叶片离心力开关120，与所述变桨电机110连接。

后备电源130，通过所述叶片离心力开关120与所述变桨电机110连接。

参阅图1，后备电源130的正极端通过叶片离心力开关120与变桨电机110的一端连接，后备电源130的负极端与变桨电机110的另一端连接。

可选地，后备电源为直流电源。

所述叶片离心力开关120，用于在所述风机飞车时，处于闭合状态，实现所述后备电源130为所述变桨电机110供电，以通过所述变桨电机110控制所述叶轮变桨，使得叶片顺桨，从而减缓飞车带来的各种严重的危害。

在叶片离心力开关120处于断开状态时，后备电源130与变桨电机110未连通，后备电源130无法为变桨电机110供电。在风机处于飞车时，风机的安全链收桨时效，在这种情况下，使用冗余的收桨电路进行收桨，例如，在叶片离心力开关120处于闭合状态时，叶片离心力开关120将后备电源130与变桨电机110导通，使得后备电源130通过导通的叶片离心力开关120为变桨电机110供电，变桨电机110上电工作，控制叶轮变桨，其中，控制叶轮变桨可以是调解叶轮的攻角至预设角度范围内以降低受力。

可以理解的是，飞车指的是风机在运行过程中，由于各种原因导致的叶轮的叶片旋转速度时空，超出转速对应的安全范围的情况。

可选地，叶片离心力开关120可以为继电器。

本实施例提供的变桨电路，通过叶片离心力开关实现后备电源和变桨电机的连接，在风机飞车时，叶片离心力开关处于闭合状态，以连通后备电源和变桨电机，使得后备电源为变桨电机供电，实现变桨电机控制叶轮变桨，降低叶轮的受力，以避免后续发生更为严重的事故。

在一种实施方式中，变桨电机110可以为直流电机，在叶片离心力开关120处于闭合状态时，后备电源130流出的直流电可以直接为变桨电机110供电。

在另一种实施方式中，变桨电机110可以为交流电机，由于后备电源130为变桨电机110提供的是直流电，因此，变桨电路还包括：逆变器，所述叶片离心力开关通过所述逆变器与所述变桨电机连接。叶片离心力开关120处于闭合状态时，后备电源130流出的直流电通过叶片离心力开关120进入逆变器中，通过逆变器将直流电逆变为交流电，通过逆变器流出的交流电为变桨电机110供电。可选地，逆变器可以为单独的逆变器，还可以为变桨电机中内置的逆变器。

可选地，在图1的基础上，如图2所示，变桨电路100还包括：接触器140；所述接触器140的常开触点的两端分别与后备电源130和变桨电机110连接；所述接触器140与所述叶片离心力开关120并联。

其中，接触器140可以变桨电机中内置的接触器，还可以为单独的接触器。

在本实施方式中，接触器140的常开触点的两端分别与后备电源130和变桨电机110连接，锁死变桨电路以确保收桨动作完成。

可选地，所述叶片离心力开关的数量为多个，多个叶片离心力开关并联。例如叶片离心力开关120的数量可以是图2所示的3个。在多个叶片离心力开关中的任意一个闭合时，后备电源130与变桨电机110接通，变桨电机110控制变桨。多个叶片离心力开关中的任意一个关闭便可触发变桨动作，提升变桨的灵敏性，并且多个叶片离心力开关之间互为冗余，当其中部分叶片离心力开关损坏时，其余的叶片离心力开关还可以控制变桨电机变桨，提升了变桨的可靠性。

可选地，如图2所示，变桨电路100还包括：柜门接近开关150；

所述后备电源130通过所述柜门接近开关150与所述叶片离心力开关120连接，所述柜门接近开关150安装在所述风机的主控柜的柜门上。所述柜门接近开关150，用于在所述柜门开启时，处于断开状态。可以理解的是，在工作人员进入主控柜检修或维护时，主控柜的柜门打开，柜门接近开关150处于断开状态，切断后备电源130与变桨电机110的连接，那么变桨电机110不会出现变桨动作，保证工作人员的人身安全。

可选地，如图2所示，变桨电路100还包括：限位开关160。所述叶片离心力开关120通过所述限位开关160与所述变桨电机110连接。所述限位开关160，用于在所述叶轮收桨至预设位置时，处于断开状态，断开后备电源130和变桨电机110之间的连接，使得后备电源130无法为变桨电机110供电，结束变桨电机110的收桨动作。

其中，预设位置可以根据限位开关160设定，例如，限位开关160为90°限位开关时，在叶轮收桨至90°时，限位开关160处于断开状态。

在上述实施例的基础上，变桨电路100还包括：控制器(在图中未示出)。所述控制器与所述叶片离心力开关120连接。所述控制器，用于控制所述叶片离心力开关120闭合。可选地，控制器将控制信号发送至叶片离心力开关120，以控制叶片离心力开关120处于闭合状态。其中，控制信号可以是电平信号，例如，控制信号为高电平信号或者低电平信号。

可选地，控制器可以被一个或多个应用专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。

可选地，变桨电路100还包括：测速装置(在图2中未示出)。

所述叶片离心力开关120和所述测速装置均安装在所述叶轮的轮毂内，且所述叶片离心力开关120和所述测速装置距离所述叶轮的转子轴心的距离相同，可以理解的是，以转子轴心为圆点，叶片离心力开关120与轴心的距离为半径所得的圆，测速装置可以在圆周的任意位置。在叶片离心力开关120和测速装置两者与转子轴心的距离相同的情况下，两者的转速相同。

所述测速装置与所述控制器连接。

所述测速装置，用于测量所述叶片离心力开关的转速，并且将转速发送至与其连接的控制器。

所述控制器，用于根据所述叶片离心力开关的转速、所述离心力开关的质量、以及所述叶片离心力开关距离所述叶轮的转子轴心的距离，获得所述叶片离心力开关所受的离心力。

离心力可以通过下式计算：

F＝mv2/r

其中，F为离心力，m为离心力开关的质量，v为叶片离心力开关随着叶轮转动的转速，此处的转速可以理解为线速度，r为叶片离心力开关与轴心之间的距离。

可以理解的是，在叶片离心力开关的数量为多个时，多个叶片离心力开关可以安装在距离轴心不同距离处。每个叶片离心力开关受到的离心力的大小可能不同。

需要说明的是，上述计算离心力的方式仅是一种可能的实现方式，并不限于上述方式，例如还可以通过叶片离心力开关的角速度、所述离心力开关的质量、以及所述叶片离心力开关距离所述叶轮的转子轴心的距离，获得所述叶片离心力开关所受的离心力，如下式所示：

F＝mω2r

其中，F为离心力，m为离心力开关的质量，ω为叶片离心力开关随着叶轮转动的角速度，r为叶片离心力开关与轴心之间的距离。

所述控制器，还用于若所述离心力大于预设离心力，则控制所述叶片离心力开关处于闭合状态。

可选地，前述变桨电路100可以在现有的风机的基础上进行改造，方便易行。在原有的风机上新增叶片离心力开关，利用叶轮自身旋转的离心力提供保护，且叶片离心力开关属于机械类保护，独立于风电机组变桨保护的电气回路，在发生超速飞车事故后为风电机组收桨动作提供可靠性更高的保护。并且在原有风机设计的基础上改动较小，具备非常高的可行性。另外，本申请是保护风电机组已发生超速飞车后介入保护，三只叶片各自独立收桨，只要有一支叶片完成收桨动作就能满足叶轮降速的需求，达到保护的目的。

本公开还提供一种风机，所述风机包括前述变桨电路100。

综上所示，本公开提供的变桨电路以及风机，通过叶片离心力开关实现后备电源和变桨电机的连接，在风机飞车时，叶片离心力开关处于闭合状态，以连通后备电源和变桨电机，使得后备电源为变桨电机供电，实现变桨电机控制叶轮变桨，降低叶轮的受力，以避免后续发生更为严重的事故。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。