[发明专利]一种风力发电机组安全控制系统及安全控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种兆瓦级风力发电机组的安全控制领域，特别是风力发电机组安全控制系统及其安全控制方法。

背景技术

随着国家发展规划对环保的要求越来越高，风电作为一种环保无污染的清洁能源，得到国家相关部门的大力支持。风经过桨叶时会带动风轮转动，将风能转化为机械能，风轮带动发电机再将机械能转化为电能，从而实现了风力发电。目前，风力发电机组的样式很多，可分为垂直轴和水平轴风力机组，根据桨叶数目又可分为单桨叶风力发电机、三桨叶风力发电机等。桨叶位置对风能的吸收具有重要作用，当桨叶位置处于顺桨位置时，叶片作为气动刹车阻止风轮转动，叶片处于工作位置时则吸收风能。根据桨叶位置是否能够变化，风力发电机组又分为定桨距风力发电机组和变桨距风力发电机组。

风力发电机组控制系统可分为主控系统、变桨系统、及变流系统。当风速变化时，对变桨距风力发电机组来说，风力发电机组控制系统通过调桨等措施使风力发电机组的运行参数保持在它们的正常运行范围内，使机组运行最佳化和转化风能，保证风力发电机组稳定、高效、安全运行。

变桨系统不仅是风力发电机组安全运行的气动刹车保障，而且也是改变桨叶位置的执行结构，接受主控系统下发的桨叶位置调节命令并执行。变桨系统可采用电子驱动的液压机构来驱动桨叶位置变化，也可采用电动机构来驱动桨叶位置变化。电动变桨系统采用伺服驱动器控制电机，电机通过减速齿轮与叶片齿轮连接在一起。在正常运行状态，主控系统通过通讯方式将桨叶位置目标值传送给变桨系统，变桨系统使用电动机控制桨叶位置从而达到控制风轮转速的目的。

为了确保风力发电机组的安全，风力发电机组还提供一套独立于风力发电机组控制系统的风力发电机组安全系统来保护风力发电机组，当发生严重故障时，安全系统将闭锁控制系统，直接向变桨系统下发紧急停机命令，变桨系统将迅速调桨至顺桨位置，阻止风机叶片旋转。风力发电机组安全系统主要有两种形式，一种为总线方式，一种为硬接线方式。总线方式采用安全控制模块，硬接线方式采用安全继电器模块，两种方案都提供一路24V安全信号给变桨系统，当24V信号丢失时变桨系统执行紧急顺桨，将桨叶位置调节到顺桨位置。

如图1所示为一种安全链控制系统，24V为安全信号，K1、K2…Kn，为风力发电机组重要参数监测点，24V到地之间串联K1、K2…Kn的各常闭开关，自锁继电器KM1的线圈与主触头，形成一个安全链控制回路。S1为安全链复位按钮，与自锁继电器KM1的主触头并联。C1、C2、C3为三个桨叶对应的变桨系统伺服驱动器，均通过自锁继电器KM1的对应辅助触头连接24V安全信号。在正常情况下，安全链各节点开关K1、K2…Kn闭合，安全链自锁继电器KM1吸合，安全链正常信号通过KM1辅助触头分别传送给三个变桨驱动器，此时变桨系统将接受主控系统命令进行正常调桨。当安全链中任意一个接点出现异常，常闭接点断开，从而KM1线圈失电，辅助触头断开，驱动器将检测不到24V安全信号，一旦检测不到24V安全信号，驱动器或急停回路将驱动变桨电机紧急向停机方向调桨，实现紧急顺桨。当故障消失后，各监测点常闭开关复位闭合，点击安全链复归按钮S1，自锁继电器KM1复位，KM1各触头重新闭合，驱动器检测到安全信号后将重新响应主控系统变桨命令。

上述安全链系统的方案中变桨系统对主控系统依赖性较高，只有在接收到主控系统停机命令或安全系统急停信号后才执行顺桨操作。如果在风机实际运行过程中，因现场接线错位、程序控制错误等问题导致主控系统不能下达命令，会造成安全系统不能启动——风力发电机组不能停机——事故不断扩大而不能受到控制——风力发电机组飞车，产生严重后果。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机组安全控制系统及其安全控制方法，用以解决现有技术中由于安全链控制系统对风电的主控系统依赖度过高而带来的安全隐患。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种风力发电机组安全控制系统，包括安全链控制回路及各桨叶对应的变桨系统伺服驱动器的安全信号接入回路，还设有一个过速监测回路，该过速监测回路包括一个防过速继电器的线圈与一个用于响应风轮转速的开关，该开关与所述防过速继电器的线圈串联，接在电源上；该防过速继电器的各组触头（12、13，14、15，16、17）分别串接在各伺服驱动器对应的安全信号接入回路中。

本发明的另一种方案是：一种风力发电机组安全控制方法，设置一个响应变桨系统的过速监测回路，当风轮速度过大时，所述过速监测回路输出信号，控制断开各伺服驱动器的安全信号接入回路。