安全收桨控制电路及安全收桨控制方法与流程

1.本发明涉及风力发电设备技术领域，具体为一种安全收桨控制电路及安全收桨控制方法。


背景技术：

2.随着国际社会对保障能源安全、保护生态环境、应对气候变化等问题日益重视，可再生能源已成为全球能源产业发展的焦点。很多国家通过制定发展可再生能源的政策法规，促进其国内能源结构向清洁低碳转型，取得了积极成效，风力发电在我国的电力行业中也具有举足轻重的作用。
3.目前，风电变桨系统的收桨控制可分为三种情况：一是正常停机收桨，如风速过低停机或人为手动停机等，此种停机方式是由主控plc实时发送速度位置命令，控制桨叶从工作位置到顺桨位置收桨的；二是一般故障停机收桨，如某个空开跳开而故障停机等，此种停机方式也是由主控plc实时发送速度位置命令，控制桨叶从工作位置到顺桨位置收桨的，只不过收桨的速度较第一种更大一些；三是紧急停机收桨，如主控与变桨通讯故障停机或安全链断开故障停机导致的收桨，此种停机方式不需要主控plc的参与，完全由变桨驱动器自主控制叶片从工作位置收桨至顺桨位置。不难看出：前两种停机方式都是由主控plc全程参与控制桨叶收桨停机的，优先级别较低；而第三种则是变桨系统独立于主控系统自主完成收桨停机的，优先级别高，同时也具有更高的安全性和可靠性。如中国专利cn103352798b即揭示了上述的收桨方式。
4.中国专利cn102705159b揭示了另一种安全收桨的控制方法及装置，采用直流的后备电源进行收桨。当触发严重故障时，由后备电源直接带电机顺桨。事实上，长时间的运行或运维方式不当，后备电源驱动收桨回路不一定能够有效的触发，极端情况下，例如电池电量不够等因素都会导致桨叶无法完成收桨，形成风机飞车；此外，频繁的后备电源进行直流收桨，运行速度不可控，对电机的伤害和风机塔筒的冲击较大，甚至会导致倒塔风险，造成严重经济损失。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种安全收桨控制方法及安全收桨控制电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种安全收桨控制电路，包括：主控plc上位机，控制变桨电机的驱动器和控制器，所述驱动器具有四个信号输入端口和二个信号输出端口；所述四个信号输入端口包括用于接收所述主控plc上位机的运维信号输入端口、efc安全链信号输入端口、用于接收控制器输入的心跳信号输入端口，以及用于接收所述变桨电机反馈的限位信号输入端口；所述二个信号输出端口分别为用于向所述变桨电机输入的刹车信号输出端口和
收桨信号输出端口。
7.优选的，所述运维信号输入端口与所述主控plc上位机的高电平信号输出端连接，其连接电路上设有常开开关18f1，所述常开开关18f1与运维信号输入端口的连接侧具有一支路，其上通过第一继电器18k5连通所述变桨电机的低电平线。
8.优选的，所述efc安全链信号输入端口与所述主控plc上位机的高电平信号输出端连接，其上并入所述第一继电器18k5的常闭端。
9.优选的，所述刹车信号输出端口连通第二继电器18k1至所述变桨电机的低电平线。
10.优选的，所述收桨信号输出端口连通第三继电器8k5至所述变桨电机的低电平线。
11.优选的，所述限位信号输入端口与所述变桨电机的低电平线连接，其上设置有第二常开开关6k3。
12.优选的，还包括第四继电器5k1，所述第三继电器8k5的常开端连接所述变桨电机的高电平线，通过二极管5v3连接所述第四继电器5k1后连通至所述主控plc上位机的低电平信号端。
13.本发明还揭示了一种安全收桨控制方法，包括如下步骤：s1、当所述驱动无法接收到主控plc上位机的有效的efc安全链信号和控制器的心跳信号时，所述驱动器先发出刹车信号，第二继电器18k1得电，控制变桨电机刹车；s2、当刹车信号发出100毫秒后，所述驱动器发出收桨信号，第三继电器8k5得电，所述第三继电器8k5的常开端闭合，通过二极管5v3导通，第四继电器5k1得电，所述主控plc上位机驱动后备电源收桨；当后备电源收桨时，所述变桨电机的运行速度信号传输至所述驱动器，所述驱动器对运行速度信号进行检测，当运行速度小于正常电池收桨速度6度/秒时，则判定当后备电源收桨失效，所述主控plc上位机将电池收桨程序切换为通过市电控制驱动器来驱动变桨电机执行收桨流程，收桨过程中分多段速度，先进行快速收桨再以低速收桨。
14.s3、当电机收桨到安全位置时，第二常开开关6k3闭合，所述驱动器的限位信号输入端口接收到限位信号，则收桨流程结束。
15.正常风机运行时，常开开关18f1断开，第一继电器18k5失电；当需要运维的时候，常开开关18f1闭合，第一继电器18k5得电，则位于所述efc安全链信号传输线上的第一继电器18k5的常闭端断开，则驱动器的efc安全链信号输入端口无法接收到主控plc上位机的高电平信号，此时，驱动器不会进行自主收桨即可进行风机正常维护工作。
16.当运维结束后，需要打开常开开关18f1，当未打开常开开关18f1，则位于所述efc安全链信号传输线上的第一继电器18k5的常闭端一直断开，驱动器无法正常接收主控plc上位机的高电平信号。
17.本发明的有益效果主要体现在：在不改变原有安全链控制逻辑的前提下，增加一道安全收桨保护回路，多一道冗余流程；弥补由于后备电源收桨通道失效、后备电源容量不够等极端情况导致无法收桨的安全漏洞；驱动器收桨速度可控，降低收桨对风机塔筒的冲击。
附图说明
18.图1为本发明优安全收桨控制电路选实施例的结构示意图。
具体实施方式
19.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。
20.本发明提供技术方案：如图1所示，包括：主控plc上位机，控制变桨电机的驱动器和控制器，所述驱动器具有四个信号输入端口和二个信号输出端口；所述四个信号输入端口包括用于接收所述主控plc上位机的运维信号输入端口、efc安全链信号输入端口、用于接收控制器输入的心跳信号输入端口，以及用于接收所述变桨电机反馈的限位信号输入端口。
21.所述运维信号输入端口与所述主控plc上位机的高电平信号输出端连接，其连接电路上设有常开开关18f1，所述常开开关18f1与运维信号输入端口的连接侧具有一支路，其上通过第一继电器18k5连通所述变桨电机的低电平线。
22.所述efc安全链信号输入端口与所述主控plc上位机的高电平信号输出端连接，其上并入所述第一继电器18k5的常闭端。所述限位信号输入端口与所述变桨电机的低电平线连接，其上设置有第二常开开关6k3。
23.所述二个信号输出端口分别为用于向所述变桨电机输入的刹车信号输出端口和收桨信号输出端口。所述刹车信号输出端口连通第二继电器18k1至所述变桨电机的低电平线。所述收桨信号输出端口连通第三继电器8k5至所述变桨电机的低电平线。
24.还包括第四继电器5k1，所述第三继电器8k5的常开端连接所述变桨电机的高电平线，通过二极管5v3连接所述第四继电器5k1后连通至所述主控plc上位机的低电平信号端。
25.所述主控plc上位机的高电平信号输出端与所述第一继电器18k5的常闭端之间具有高电平输出结点，其通过第二常开开关6k3的常闭侧、二极管5v2连接所述第四继电器5k1后连通至所述主控plc上位机的低电平信号端。
26.现有的控制系统正常控制流程：控制器通过串口通信接收主控上位机的控制命令，变桨系统需要运行时，控制器会通过其刹车信号输出端先发出刹车信号经过二极管18v1控制第二继电器18k1动作，打开电机刹车；接着，再发送运行命令控制电机运行。发送运行命令一般分两种情况：1、变桨系统压限位时即第二常开开关6k3的常闭侧断开，控制器则发送一次旁路信号通过二极管5v1控制所述第四继电器5k1，从而控制变桨电机运行；变桨电机运行后脱开限位，即第二常开开关6k3的常闭侧闭合，变桨系统通过主控安全链efc经过6k3的常闭回路再经过二极管5v2控制第四继电器5k1接通；2、变桨系统没有压限位时，即第二常开开关6k3的常闭侧闭合，此时无需发送旁路信号，第四继电器5k1即可通过二极管5v2回路接通，直接控制变桨电机运行。
27.现有的安全链也比较简单，当出现紧急情况，主控plc上位机断开efc信号，此时，第四继电器5k1不再接通，无法控制变桨电机运行，原系统只能通过后备电源收桨回路进行收桨工作且收桨速度不可控，对塔筒冲击较大。
28.本发明的基于所述安全收桨控制电路的安全收桨控制方法，包括如下步骤：1、正常风机运行时，常开开关18f1断开，第一继电器18k5失电，此时驱动器的：（1）
运维信号输入端口接收不到运维信号，（2）efc安全链信号输入端口正常接收主控plc上位机的高电平信号，（3）心跳信号输入端口正常接收控制器发出的正常脉冲心跳信号，三个条件都符合则默认系统正常，驱动器执行正常变桨控制流程。
29.2、当需要运维的时候，常开开关18f1闭合，第一继电器18k5得电，则位于所述efc安全链信号传输线上的第一继电器18k5的常闭端断开，则驱动器的efc安全链信号输入端口无法接收到主控plc上位机的高电平信号，此时，驱动器不会进行自主收桨即可进行风机正常维护工作。
30.3、当主控安全链efc断开时，第四继电器5k1无法接通。
31.4、当控制器死机时，会产生失效的脉冲心跳信号。
32.5、当以上的第3、第4点情况产生时（即efc安全链信号断开，或接收到失效的脉冲心跳信号），所述驱动器先发出刹车信号，第二继电器18k1得电，控制变桨电机刹车。
33.6、当刹车信号发出100毫秒后，所述驱动器发出收桨信号，第三继电器8k5得电，所述第三继电器8k5的常开端闭合，通过二极管5v3导通，第四继电器5k1得电，所述主控plc上位机驱动后备电源收桨；当后备电源收桨时，所述变桨电机的运行速度信号传输至所述驱动器，对运行速度信号进行检测，正常电池收桨速度6度/秒，后备电源收桨失效（收桨速度过慢等），所述主控plc上位机将电池收桨切换为通过市电控制驱动器来驱动变桨电机执行收桨流程，收桨过程中分多段速度，先进行快速收桨再以低速收桨。
34.8、当电机收桨到安全位置时，第二常开开关6k3闭合，所述驱动器的限位信号输入端口接收到限位信号，则收桨流程结束。
35.9、当运维结束后，需要打开常开开关18f1。如果运维人员忘记打开常开开关18f1，则位于所述efc安全链信号传输线上的第一继电器18k5的常闭端一直断开，驱动器无法正常接收主控plc上位机的高电平信号，就不能进行变桨开机，以此提醒运维人员，保证柔性收桨改造的安全性和稳定性。
36.本发明在不改变原有安全链控制逻辑的前提下，增加一道安全收桨保护回路，多一道冗余流程。
37.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种安全收桨控制电路，包括：主控plc上位机，控制变桨电机的驱动器和控制器，其特征在于：所述驱动器具有四个信号输入端口和二个信号输出端口；所述四个信号输入端口包括用于接收所述主控plc上位机的运维信号输入端口、efc安全链信号输入端口、用于接收控制器输入的心跳信号输入端口，以及用于接收所述变桨电机反馈的限位信号输入端口；所述二个信号输出端口分别为用于向所述变桨电机输入的刹车信号输出端口和收桨信号输出端口。2.根据权利要求1所述的安全收桨控制电路，其特征在于，所述运维信号输入端口与所述主控plc上位机的高电平信号输出端连接，其连接电路上设有常开开关（18f1），所述常开开关（18f1）与运维信号输入端口的连接侧具有一支路，其上通过第一继电器（18k5）连通所述变桨电机的低电平线。3.根据权利要求2所述的安全收桨控制电路，其特征在于，所述efc安全链信号输入端口与所述主控plc上位机的高电平信号输出端连接，其上并入所述第一继电器（18k5）的常闭端。4.根据权利要求3所述的安全收桨控制电路，其特征在于，所述刹车信号输出端口连通第二继电器（18k1）至所述变桨电机的低电平线。5.根据权利要求4所述的安全收桨控制电路，其特征在于，所述收桨信号输出端口连通第三继电器（8k5）至所述变桨电机的低电平线。6.根据权利要求5所述的安全收桨控制电路，其特征在于，所述限位信号输入端口与所述变桨电机的低电平线连接，其上设置有第二常开开关（6k3）。7.根据权利要求6所述的安全收桨控制电路，其特征在于，还包括第四继电器（5k1），所述第三继电器（8k5）的常开端连接所述变桨电机的高电平线，通过二极管（5v3）连接所述第四继电器（5k1）后连通至所述主控plc上位机的低电平信号端。8.根据权利要求7所述的安全收桨控制电路的安全收桨控制方法，其特征在于：包括如下步骤：s1、当所述驱动无法接收到主控plc上位机的有效的efc安全链信号和控制器的心跳信号时，所述驱动器先发出刹车信号，第二继电器（18k1）得电，控制变桨电机刹车；s2、当刹车信号发出100毫秒后，所述驱动器发出收桨信号，第三继电器（8k5）得电，所述第三继电器（8k5）的常开端闭合，通过二极管（5v3）导通，第四继电器（5k1）得电，所述主控plc上位机驱动后备电源收桨；当后备电源收桨时，所述变桨电机的运行速度信号传输至所述驱动器，所述驱动器对运行速度信号进行检测，当运行速度小于正常电池收桨速度6度/秒时，则判定当后备电源收桨失效，所述主控plc上位机将电池收桨程序切换为通过市电控制驱动器来驱动变桨电机执行收桨流程，收桨过程中分多段速度，先进行快速收桨再以低速收桨；s3、当电机收桨到安全位置时，第二常开开关（6k3）闭合，所述驱动器的限位信号输入端口接收到限位信号，则收桨流程结束。9.根据权利要求8所述的安全收桨控制方法，其特征在于，包括如下步骤：正常风机运行时，常开开关（18f1）断开，第一继电器（18k5）失电；当需要运维的时候，常开开关（18f1）
闭合，第一继电器（18k5）得电，则位于所述efc安全链信号传输线上的第一继电器（18k5）的常闭端断开，则驱动器的efc安全链信号输入端口无法接收到主控plc上位机的高电平信号，此时，驱动器不会进行自主收桨即可进行风机正常维护工作。10.根据权利要求9所述的安全收桨控制方法，其特征在于，当运维结束后，需要打开常开开关（18f1），当未打开常开开关（18f1），则位于所述efc安全链信号传输线上的第一继电器（18k5）的常闭端一直断开，驱动器无法正常接收主控plc上位机的高电平信号。

技术总结
本发明公开了一种安全收桨控制电路及安全收桨控制方法，包括：主控PLC上位机，控制变桨电机的驱动器和控制器，所述驱动器具有四个信号输入端口和二个信号输出端口；分别为用于接收所述主控PLC上位机的运维信号输入端口、EFC安全链信号输入端口、用于接收控制器输入的心跳信号输入端口，以及用于接收所述变桨电机反馈的限位信号输入端口；用于向所述变桨电机输入的刹车信号输出端口和收桨信号输出端口。本发明不改变原有安全链控制逻辑，增加一道安全收桨保护回路，多一道冗余流程；弥补由于后备电源收桨通道失效、后备电源容量不够等极端情况导致无法收桨的安全漏洞；驱动器收桨速度可控，降低收桨对风机塔筒的冲击。降低收桨对风机塔筒的冲击。降低收桨对风机塔筒的冲击。


技术研发人员：郑春华 肖庆恩
受保护的技术使用者：苏州格远电气有限公司
技术研发日：2022.12.12
技术公布日：2023/5/11