一种风电变桨系统手操控制盒及手操控制方法
阅读说明：本技术 一种风电变桨系统手操控制盒及手操控制方法 (Manual operation control box and manual operation control method for wind power pitch control system ) 是由 王旭昊 赵瑞杰 代兴华 张聪 王海明 刘德林 王萌 唐涛 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种风电变桨控制系统手操控制盒及风电变桨控制系统,其中手操控制盒包括：盒体及分别与风电变桨系统的变桨控制柜电连接的使能控制组件、转向控制组件和转速控制组件。使能控制组件、转向控制组件和转速控制组件均设置于盒体的表面；使能控制组件依据第一外界控制指令向变桨控制柜发出使能控制信号；转向控制组件依据第二外界控制指令向变桨控制柜发出转向控制信号；转速控制组件依据第三外界控制指令向变桨控制柜发出转向控制信号。通过转速控制组件,实现叶片开桨和收桨过程的转速控制,克服现有手操控制盒只能实现收桨和开桨的功能简单且无法满足需求的缺陷,提高了风电收桨系统对于各种使用环境的适应性。(The invention discloses a manual control box of a wind power pitch control system and the wind power pitch control system, wherein the manual control box comprises: the wind power pitch control system comprises a box body, and an enabling control assembly, a steering control assembly and a rotating speed control assembly which are respectively and electrically connected with a pitch control cabinet of the wind power pitch control system. The enabling control assembly, the steering control assembly and the rotating speed control assembly are all arranged on the surface of the box body; the enabling control assembly sends enabling control signals to the variable pitch control cabinet according to the first external control instruction; the steering control assembly sends a steering control signal to the variable pitch control cabinet according to the second external control instruction; and the rotating speed control assembly sends a steering control signal to the variable pitch control cabinet according to a third external control instruction. Through the rotating speed control assembly, the rotating speed control of the blade in the blade opening and closing processes is realized, the defects that the existing manual control box only can realize the functions of closing and opening the blades, is simple and cannot meet the requirements are overcome, and the adaptability of the wind power blade closing system to various service environments is improved.)
技术领域
本发明涉及风电设备控制技术领域，特别涉及一种风电变桨控制系统手操控制盒及风电变桨控制系统。
背景技术
本发明属于风电变桨技术领域，专门针对操作风电变桨系统手操盒时无法控制叶片转速、无法指示系统状态的问题提出一套解决方案。大型水平轴风力发电机组一般配置有三只叶片(又称桨叶)，每只叶片都配备有独立的变桨系统(主要由变桨驱动器、变桨电机、传动齿圈、后备电源等几大部件组成)。正常情况下，变桨驱动器根据风机主控系统下发的控制指令(通过Canopen等通讯方式)控制变桨电机按照一定转速朝着正向或反向转动，而变桨电机又进一步通过传动齿圈来带动叶片朝着收桨(90°方向)或开桨(0°方向)方向转动。
当风电机组处于维护或检修状态时，现场运维人员有时需要通过手操的方式控制叶片桨距角，此时变桨驱动器不再根据主控系统下发的控制指令来控制变桨电机的运动状态，而是根据运维人员手中的手操盒(需要与变桨柜连接)控制按钮来控制变桨电机的运动状态。
如图1所示，变桨系统的手操控制盒(以下简称手操盒)主要由盒体和线缆两部分组成。手操盒的盒体上总共设置有S1和S2两个控制按钮，依次按下后可分别控制叶片朝收桨和开桨两个方向运动。手操盒线缆为4 芯线缆，线缆的一端与手操盒的盒体直接相连，线缆的另一端设有接插端子，可直接插入变桨控制柜相应的接线端子中。
当手操盒正确连接至变桨控制柜后，手操盒线缆内的信号线①负责将变桨控制柜输出的24V电平传递给手操盒盒体，然后在手操盒盒体内部短接后通过信号线②回传给变桨控制柜的24V开入DI1。当变桨控制柜的DI1 检测到24V电平的上升沿后，变桨系统会自动复位一次故障，如果故障复位成功则变桨系统自动转入手操控制状态(若变桨系统本身无故障，则直接转入手操控制状态)。当按下手操盒按钮S1后，信号线③闭合，24V传递给变桨控制柜的24V开入DI2，变桨控制柜检测到DI2为高电平时启动手操收桨控制。当按下S2后信号线④闭合，24V传递给变桨控制柜的24V 开入DI3，变桨控制柜检测到DI3为高电平时启动手操开桨控制。
上述技术方案存在如下问题：一是借助手操盒进行手操控制时，现有技术方案只考虑到对叶片的转动方向(开桨方向、收桨方向)进行控制，没有考虑到对叶片的转动速度进行控制，叶片只能以事先设定好的某个固定转速(如800RPM)运动。在某些需要降低或提高叶片转速的手操应用场合下，现有技术方案无法满足应用需要；二是接入手操盒后，现有的手操盒面板上由于没有指示灯，无法指示手操过程中变桨系统的实时工作状态，不便于异常情况下的问题排查。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种风电变桨系统手操控制盒及风电变桨控制系统，通过转速控制组件，实现叶片开桨和收桨过程的转速控制，克服现有手操控制盒只能实现收桨和开桨的功能简单的缺陷，满足了叶片在需要降低或提高叶片收开桨转速的使用需求，提高了风电收桨系统对于各种使用环境的适应性。
为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种风电变桨控制系统手操控制盒，包括：盒体及分别与风电变桨系统的变桨控制柜电连接的使能控制组件、转向控制组件和转速控制组件；
所述使能控制组件、所述转向控制组件和所述转速控制组件均设置于所述盒体的表面；
所述使能控制组件依据第一外界控制指令向所述变桨控制柜发出使能控制信号，所述变桨控制柜依据所述使能控制信号使能所述手操控制盒或去使能所述手操控制盒；
所述转向控制组件依据第二外界控制指令向所述变桨控制柜发出转向控制信号，所述变桨控制柜依据所述转向控制信号使叶片收桨或开桨；
所述转速控制组件依据第三外界控制指令向所述变桨控制柜发出转向控制信号，所述变桨控制柜依据所述转向控制信号控制所述叶片以多种转速进行开桨或收桨。
进一步地，所述转速控制组件包括：分别与变桨控制柜电连接的第一转速控制器件和第二转速控制器件；
所述第一转速控制器件包括：第一运行状态和第二运行状态，所述第二转速控制器件包括：第三运行状态和第四运行状态；
当所述第一转速控制器件处于所述第一运行状态且所述第二转速控制器件处于所述第三运行状态时，所述叶片停止转向；
当所述第一转速控制器件处于所述第一运行状态且所述第二转速控制器件处于所述第四运行状态时，所述叶片低速转向；
当所述第一转速控制器件处于所述第二运行状态且所述第二转速控制器件处于所述第三运行状态时，所述叶片中速转向；
当所述第一转速控制器件处于所述第二运行状态且所述第二转速控制器件处于所述第四运行状态时，所述叶片高速转向。
进一步地，所述使能控制组件包括：第五运行状态和第六运行状态；
当所述使能控制组件处于所述第五运行状态时，所述手操控制盒使能；
所述使能控制组件处于所述第六运行状态时，所述手操控制盒去使能。
进一步地，所述转向控制组件包括：第七运行状态和第八运行状态；
当所述转向控制组件处于所述第七运行状态时，使所述叶片进行开桨；
当所述转向控制组件处于所述第八运行状态时，使所述叶片进行收桨。
进一步地，所述的风电变桨控制系统手操控制盒还包括：设置于所述盒体表面的状态显示组件；
所述状态显示组件与所述变桨控制柜电连接，显示所述手操控制盒的运行状态和/或所述叶片的收开桨状态。
进一步地，所述状态显示组件包括：分别与所述变桨控制柜电连接的第一显示器件和第二显示器件；
所述第一显示器件包括：第一显示状态和第二显示状态，所述第二显示器件包括：第三显示状态和第四显示状态；
所述第一显示器件处于所述第一显示状态时，所述手操控制盒为使能状态；
所述第一显示器件处于所述第二显示状态时，所述手操控制盒为去使能状态；
所述第二显示器件处于所述第三显示状态时，所述叶片为开桨状态；
所述第二显示器件处于所述第四显示状态时，所述叶片为收桨状态。
进一步地，所述使能控制组件、所述转向控制组件和/或所述转速控制组件为机械按钮。
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种风电变桨控制系统，包括变桨控制柜，还包括如上述任一所述的风电变桨控制系统手操控制盒；
所述风电变桨控制系统手操控制盒与所述变桨控制柜电连接，依据多个外界控制指令通过所述变桨控制柜控制叶片以多种转速进行开桨或收桨。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过转速控制组件，实现叶片开桨和收桨过程的转速控制，克服现有手操控制盒只能实现收桨和开桨的功能简单的缺陷，满足了叶片在需要降低或提高叶片收开桨转速的使用需求，提高了风电收桨系统对于各种使用环境的适应性。
附图说明
图1是现有技术中手操控制盒电气结构示意图；
图2是本发明实施例提供的手操控制盒电气结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图2是本发明实施例提供的手操控制盒电气结构示意图。
请参照图2，本发明实施例的第一方面提供了一种风电变桨控制系统手操控制盒，包括：盒体及分别与风电变桨系统的变桨控制柜电连接的使能控制组件、转向控制组件和转速控制组件。使能控制组件、转向控制组件和转速控制组件均设置于盒体的表面；使能控制组件依据第一外界控制指令向变桨控制柜发出使能控制信号，变桨控制柜依据使能控制信号使能手操控制盒或去使能手操控制盒；转向控制组件依据第二外界控制指令向变桨控制柜发出转向控制信号，变桨控制柜依据转向控制信号使叶片收桨或开桨；转速控制组件依据第三外界控制指令向变桨控制柜发出转向控制信号，变桨控制柜依据转向控制信号控制叶片以多种转速进行开桨或收桨。
具体的，转速控制组件包括：分别与变桨控制柜电连接的第一转速控制器件和第二转速控制器件。第一转速控制器件包括：第一运行状态和第二运行状态，第二转速控制器件包括：第三运行状态和第四运行状态。
当第一转速控制器件处于第一运行状态且第二转速控制器件处于第三运行状态时，叶片停止转向；当第一转速控制器件处于第一运行状态且第二转速控制器件处于第四运行状态时，叶片低速转向；当第一转速控制器件处于第二运行状态且第二转速控制器件处于第三运行状态时，叶片中速转向；当第一转速控制器件处于第二运行状态且第二转速控制器件处于第四运行状态时，叶片高速转向。
通过两路开入通道高低电平的组合(0代表低电平，1代表高电平)，增设4个档位的叶片调速控制，状态“00”对应零转速档、状态“01”对应低转速档、状态“10”对应中转速档、状态“11”对应高转速档。手操控制盒增设调速功能，共设置零转速档、低转速档、中转速档、高转速档这4个速度档位。
具体的，使能控制组件包括：第五运行状态和第六运行状态。
当使能控制组件处于第五运行状态时，手操控制盒使能；使能控制组件处于第六运行状态时，手操控制盒去使能。
在手操控制盒上增加了使能控制按钮，变桨系统故障复位不成功时，不需要反复插拔手操盒。只有按下手操盒的使能控制按钮时，变桨系统才能进入手操使能状态，杜绝了插入手操盒后变桨系统立即手操使能并控制叶片转动的情况。
具体的，转向控制组件包括：第七运行状态和第八运行状态。
当转向控制组件处于第七运行状态时，使叶片进行开桨；当转向控制组件处于第八运行状态时，使叶片进行收桨。
将叶片的转向控制由原先的双路DI控制调整为现在的单路DI控制，尽量减少对变桨控制柜开入开出通道的资源消耗，当DI检测结果为低电平时代表收桨方向，当DI检测结果为高电平时代表开桨方向。
此外，风电变桨控制系统手操控制盒，还包括：设置于盒体表面的状态显示组件。状态显示组件与变桨控制柜电连接，显示手操控制盒的运行状态和/或叶片的收开桨状态。
具体的，状态显示组件包括：分别与变桨控制柜电连接的第一显示器件和第二显示器件。
第一显示器件包括：第一显示状态和第二显示状态，第二显示器件包括：第三显示状态和第四显示状态。
第一显示器件处于第一显示状态时，手操控制盒为使能状态；第一显示器件处于第二显示状态时，手操控制盒为去使能状态；第二显示器件处于第三显示状态时，叶片为开桨状态；第二显示器件处于第四显示状态时，叶片为收桨状态。手操控制盒增设状态指示功能，可对变桨系统的工作状态(正常状态、故障状态、开桨状态、收桨状态)进行指示。在手操盒上增设信号指示灯，用于指示变桨系统的当前工作状态，方便系统异常情况下的问题排查。通过上述状态显示组件，增加了手操控制盒的状态显示功能及叶片的操作状态功能，提高了操作的便利性，提升了变桨控制系统运行的安全性。
更进一步地，在手操盒上增加两个信号指示灯。1号指示灯用于指示系统的正常(点亮)和故障(熄灭)状态。当1号指示灯点亮时，2号指示灯用于指示叶片的开桨(点亮)和收桨(熄灭)方向。当1号指示灯熄灭时，2号指示灯处于常灭状态不指示任何信息。
具体的，使能控制组件、转向控制组件和/或转速控制组件为机械按钮。
具体的，如图1所示，在本实用实施例一个具体实施方式中，变桨控制柜的24V开入DI1继续保持为手操使能功能，在手操盒中增加使能控制按钮S1。当接入手操盒后，按下按钮S1，信号线②闭合，24V开入DI1 收到上升沿电平，变桨系统可自动复位一次故障(若无故障则忽略)，若故障复位不成功，则可再次释放和按下按钮S1尝试继续复位变桨系统故障，不再需要反复插拔接线端子。当变桨系统本身无故障或者故障复位成功，变桨控制柜的DO1会输出高电平，手操盒指示灯L1点亮。如果故障复位不成功，或者手操过程中变桨系统突然出现故障，则变桨控制柜DO1 输出低电平，手操盒指示灯L1熄灭。
变桨控制柜的24V开入DI2为手操转向控制。当变桨系统状态正常(此时手操盒指示灯L1点亮)且手操使能控制DI1为高电平时(此时手操盒按钮S1被按下)，如果释放手操盒按钮S2(信号线③断开，DI2为低电平)，手操模式按照收桨方向运行，此时手操盒指示灯L1点亮L2熄灭；当按下手操盒按钮S2时(信号线③闭合，DI2为高电平)，手操模式按照开桨方向运行，此时手操盒指示灯L1点亮L2点亮。
变桨控制柜的24V开入DI3和DI4为手操转速控制。当同时释放手操盒按钮S3和S4时(DI3和DI4均为低电平)，此时控制叶片进入手操零转速状态；当按下S3并释放S4时(DI3为高电平，DI4为低电平)，此时控制叶片进入手操低速状态；当按下S4并释放S3时(DI4为高电平，DI3 为低电平)，此时控制叶片进入手操中速状态；当同时按下S3和S4时(DI3 和DI4均为高电平)，此时控制叶片进入手操高速状态。
表1
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种风电变桨控制系统，包括变桨控制柜，还包括如上述任一的风电变桨控制系统手操控制盒。
风电变桨控制系统手操控制盒与变桨控制柜电连接，依据多个外界控制指令通过变桨控制柜控制叶片以多种转速进行开桨或收桨。
本发明实施例旨在保护一种风电变桨控制系统手操控制盒及风电变桨控制系统，其中手操控制盒包括：盒体及分别与风电变桨系统的变桨控制柜电连接的使能控制组件、转向控制组件和转速控制组件。使能控制组件、转向控制组件和转速控制组件均设置于盒体的表面；使能控制组件依据第一外界控制指令向变桨控制柜发出使能控制信号，变桨控制柜依据使能控制信号使能手操控制盒或去使能手操控制盒；转向控制组件依据第二外界控制指令向变桨控制柜发出转向控制信号，变桨控制柜依据转向控制信号使叶片收桨或开桨；转速控制组件依据第三外界控制指令向变桨控制柜发出转向控制信号，变桨控制柜依据转向控制信号控制叶片以多种转速进行开桨或收桨。上述技术方案具备如下效果：
通过转速控制组件，实现叶片开桨和收桨过程的转速控制，克服现有手操控制盒只能实现收桨和开桨的功能简单的缺陷，满足了叶片在需要降低或提高叶片收开桨转速的使用需求，提高了风电收桨系统对于各种使用环境的适应性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
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