[实用新型]一种垂直轴风力发电机组的控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种垂直轴风力发电机组控制系统。 

背景技术

众所周知，地球资源特别是不可再生资源，并非取之不尽、用之不竭的。全球能源日渐枯竭的21世纪，经济的发展越来越受制于能源的开发利用。风力发电是清洁可再生能源，蕴存量大，具有巨大的实际开发利用价值。中国水电资源有370GW，风能资源有250GW。根据国家规划，到2020年我国风电装机容量可达3000万千瓦，风电机组也逐渐向兆瓦级大型化方向发展。 

风电属于间歇性能源，风力发电机组运行是否稳定可靠，直接影响到电网的安全运行，因此需要一套能对风电机组正常运行进行控制、对运行状态进行监测、对故障报警进行及时判断及处理、方便机组维护、各种运行参数可方便地设置、与中央监控高效通信、保障机组安全运行的自动控制系统。 

与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机组具有以下优点： 

（1）任何方向的风都可以发电，不需对风，节省了对风选向装置，使结构设计简单化； 

（2）无陀螺力，对机组安全运行、发电有利； 

（3）控制柜，发电机传动、制动、润滑等关键装置都在机组下方，安装、维修方便； 

（4）叶片形状可塑变化性强，可做成各种形状；且面积能适当增大。 

论文《新型垂直轴风力发电机的初步研究与设计》中提及了基于PLC的垂直轴风机控制系统，但未给出具体实施方式及控制过程。 

论文《基于AT89C52的立轴风机控制系统设计》（王国强，微计算机信息，2010年第26卷第7-2期）中提到了基于AT89C52的垂直轴风机控制系统，但是受单片机本身工作频率及模块扩展的限制，只适用于小功率风机，不能满足MW级大功率风机的需求，且各种通讯接口的设置较困难，程序开发、调试较复杂。 

公开号为201020516049.X的实用新型专利《离网型具备不间断供电的垂直轴风力发电机控制系统》提出了一种基于PLC的垂直轴控制系统，控制结构简单，易于实现。但其缺点是：只适用于KW级的小功率风机，不适用于MW级的大功率风机，且属于离网型风机，不能满足并网的需求；选用的PLC为S7-200，模块及通讯的扩展不方便；没有远程监控系 统；转速测量采用的是普通DI输入端口，所测转速值不如高速脉冲计数模块精确。 

文献《基于PLC控制的垂直轴风力发电控制系统中通信系统的研究》（王全胜宋建成，电气技术，2008年第五期）中提到了基于S7-200PLC自由口通信系统的远程监控通信研究，数据实时传输准确。但其有效通信距离只有2500米，通信速率慢，不足以满足风电现场复杂、远距离的通讯要求，而且通信线路有一处故障时，通信就会中断。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种运行可靠、控制功能齐全、性能稳定、操作方便、易于维护的垂直轴风力发电机组控制系统。 

本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的： 

一种垂直轴风力发电机组的控制系统，其特征在于：所述的控制系统包括CPU处理器、工业以太网交换机、人机界面。CPU处理器通过自身的通讯接口和人机界面通信，通过DP接口转RS485的通信模块与变流器通信；通过电量采集模块PAC3200获取所述风力发电机组的三相电压、三相电流、电网频率、功率因数、有功功率、有功发电总量、无功发电总量等电网信息。CPU处理器通过工业以太网冗余环网与中央监控室进行通信。本发明控制系统还包括与CPU处理器进行信息传输的高速脉冲计数模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、温度模块，以及由风力发电机组各故障节点组成的安全链回路；高速脉冲计数模块采集高速脉冲信号；模拟量输入模块采集润滑系统、液压系统的压力及机舱振动加速度值；数字量输入模块采集发电机、液压系统、润滑系统、电气元件反馈的开关量信号；数字量输出模块输出开关量控制信号，用于控制刹车阀、冷却设备、加热设备及各种执行机构电机的启停；温度模块采集发电机轴承温度、齿轮油温度、发电机线圈绕组温度、环境温度等温度信号。 

所述高速脉冲计数模块采集的高速脉冲信号为所述的风力发电机组的高速轴转速传感器、低速轴转速传感器、发电机转速传感器、风速传感器输出的高速脉冲信号。