阅读说明：本技术 一种风电机组自驱动风轮盘车装置及方法 (Self-driven wind wheel turning device and method for wind turbine generator ) 是由 蔡梅园 周祖田 陈寒露 聂思宇 张万军 柯余东 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种风电机组自驱动风轮盘车装置,包括依顺次相连接的变压器、变流器、发电机、传动链、风轮和主控系统；变流器中包括点动控制模块,点动控制模块用于读取发电机参数,还用于控制发电机点动工作；本发明还提供了风电机组自驱动风轮盘车方法,包括以下步骤：风电机组停机顺桨；变流器读取发电机参数,调整变流器输出控制发电机启动转速；变流器控制发电机以点动工作的模式运行,带动风轮间断性旋转；多次点动启动发电机,使风轮旋转逐渐靠近锁紧位置；当风轮转动到锁紧位置时,将风轮锁紧销插入风轮锁紧盘定位孔中；本发明可以解决使用变流器驱动发电机进行盘车时,对工作人员操作容错性较差、安全性不高的技术问题。(The invention provides a self-driven wind wheel turning gear of a wind turbine generator, which comprises a transformer, a converter, a generator, a transmission chain, a wind wheel and a master control system which are connected in sequence; the converter comprises a joggling control module which is used for reading generator parameters and controlling the generator to work in a joggling manner; the invention also provides a wind turbine generator self-driven wind wheel turning method, which comprises the following steps: stopping the wind turbine generator to feather; the converter reads generator parameters and adjusts the output of the converter to control the starting rotating speed of the generator; the converter controls the generator to operate in a inching working mode to drive the wind wheel to rotate discontinuously; the generator is started by inching for multiple times, so that the wind wheel rotates to gradually approach the locking position; when the wind wheel rotates to the locking position, the wind wheel locking pin is inserted into the wind wheel locking disc positioning hole; the invention can solve the technical problems of poor fault tolerance and low safety of the operation of workers when the converter is used for driving the generator to drive the vehicle.)

一种风电机组自驱动风轮盘车装置及方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组自驱动风轮盘车装置及方法。

背景技术

风电机组风轮盘车是指机组维修人员进入机舱或者需要进入轮毂时，为保障机组和人身安全，通过手工或机械、电气方法使风轮缓慢转动，以便风轮锁紧销能轻松***到风轮锁紧盘定位孔中，防止风电机组风轮转动。目前的大型风电机组，大部分都通过手工盘动高速轴刹车盘来实现盘车，当需要进入轮毂时，经常需要借助顺桨状态下风轮的微弱转动来等待风轮锁紧盘定位孔靠近风轮锁紧销***孔；只有少部分陆上大兆瓦机组与海上机组，额外配有专用的盘车变频器与电机。使用手工或机械方法既费时又费力，而安装专用盘车装置的费用又较高而不便于推广。

现有技术提供了一种全功率变流器驱动风力发电机组的发电机进行盘车的系统，该系统包括与电网依次连接的变压器、全功率变流器、同步发电机、齿轮箱和叶轮；全功率变流器包含与同步发电机连接的机侧变流器，以及与变压器连接的网侧变流器。当风电机组需要盘车时，风机主控系统控制网侧变流器使能量从电网经过网侧变流器整流为直流，流向全功率变流器的直流母线；机侧变流器控制机侧IGBT开通和关断，调节输出电压和频率来驱动同步发电机转动，同步电动机驱动叶轮慢速转动实现风电机组的盘车。该系统无需增加任何外置设备，利用风电机组原有的部件，即可完成风电机组自动盘车功能。

但上述技术方案中，同步电动机驱动叶轮慢速转动时是一个连续转动的过程，当风轮转动到需要锁紧的位置时，如果工作人员操作不慎，没有在第一时间将风轮锁紧销***到风轮锁紧盘定位孔中，风轮会在同步电动机的驱动下继续转动，从而错过盘车锁紧位置，该技术方案对工作人员操作的容错性较差、安全性不高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种风电机组自驱动风轮盘车装置及方法，以解决现有技术中存在的使用变流器驱动发电机进行盘车时，对工作人员操作容错性较差、安全性不高的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，提供了一种风电机组自驱动风轮盘车装置；

在第一种可实现方式中，风电机组自驱动风轮盘车装置包括依顺次相连接的变压器、变流器、发电机、传动链、风轮和主控系统；变流器中包括点动控制模块，点动控制模块用于读取发电机参数，还用于控制发电机点动工作。

结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，点动控制模块控制发电机点动工作的方式包括设置单次启动发电机转动圈数和单次启动时间。

结合第一种可实现方式，在第三种可实现方式中，风电机组自驱动风轮盘车装置还包括防止误操作控制器，防止误操作控制器用于控制点动控制模块对指令的接收。

结合第一种或第三种可实现方式，在第四种可实现方式中，风电机组包括全功率变流风电机组和双馈风电机组。

结合第四种可实现方式，在第五种可实现方式中，双馈风电机组的变流器包括定子短接接触器，定子短接接触器与变流器中的并网接触器相连接。

第二方面，提供了一种风电机组自驱动风轮盘车方法；

在第六种可实现方式中，使用第一到第五种可实现方式中任意一项的风电机组自驱动风轮盘车装置进行风轮盘车，包括以下步骤：

风电机组停机顺桨；

变流器的点动控制模块读取发电机参数，根据发电机参数调整变流器输出控制发电机启动转速；

变流器的点动控制模块控制发电机以点动工作的模式运行，使发电机的转子间断性转动，发电机的转子通过传动链带动风轮间断性旋转；

多次点动启动发电机，使风轮旋转逐渐靠近锁紧位置；

当风轮转动到锁紧位置时，将风轮锁紧销***风轮锁紧盘定位孔中。

结合第六种可实现方式，在第七种可实现方式中，变流器读取发电机参数之前，所述方法还包括使用防止误操作控制器控制所述变流器对指令的接收。

结合第六种或第七种可实现方式，在第八种可实现方式中，风电机组为全功率变流风电机组，变流器使用电压空间矢量控制技术控制电动机。

结合第六种或第七种可实现方式，在第九种可实现方式中，风电机组为双馈风电机组，所述变流器使用标量控制方法控制电动机。

由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

1.通过本实施例中的技术方案，可以充分利用风电机组的变流器与发电机，原变流器作盘车变频器运行，原发电机作电动机运行，自驱动风轮缓慢旋转，实现自盘车。在自盘车过程中通过点动控制模块控制发电机以点动工作模式运行，可以提高对工作人员操作的容错性。同时，因风轮是间断性旋转而不是持续旋转，即使在盘车过程中出现意外情况需要紧急制动，也给工作人员留出了处理时间，提高了盘车操作的安全性。

2.对于全功率变流风电机组，变流器使用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术控制电动机；对于双馈风电机组，变流器使用标量控制技术控制电动机；可以实现平稳控制的效果。

3.通过防止误操作控制器的设置，可以有效的防止工作人员的误操作，提高对工作人员操作的容错性，保证风电机组设备安全和工作人员人身安全。

4.通过在双馈风电机组的变流器中增设定子短接接触器，将定子短接接触器与变流器中的并网接触器相连接，可以形成电气互锁，可以实现对发电机的欠压保护和失压保护，进一步提高盘车过程中的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明变流器设在机舱内的装置系统框图。

图2为本发明变流器设在塔基内的装置系统框图。

图3为本发明风电机组自驱动风轮盘车的方法流程图。

图4为本发明实施例3中变流器设在塔基内的装置系统框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

本发明提供一种风电机组自驱动风轮盘车装置，包括依顺次相连接的变压器、变流器、发电机、传动链、风轮和主控系统；变流器中包括点动控制模块，点动控制模块用于读取发电机参数，还用于控制发电机点动工作。

以下对实施例1工作原理进行详细说明：

如图1或图2所示，自驱动风轮盘车装置包括依顺次相连接的变压器、变流器、发电机、传动链和风轮；在图1中变流器设在塔基内，在图2变流器设在机舱内，变流器和发电机通过塔筒动力电缆相连接。在本实施例中，变流器位于塔基内或机舱内对技术方案的实施不构成影响。常用的风电机组包括全功率变流风电机组和双馈风电机组，对上述两种风电机组的自驱动风轮盘车，如图3所示，均按以下步骤进行：

1.风电机组停机顺桨

风电机组停机后，变流器处于待机状态，发电机处于停止转动状态，同时使叶片处于顺桨状态。

2.变流器读取发电机参数，根据发电机参数调整变流器输出控制发电机启动转速

对于变流器的控制，可以使用某一操作终端，比如便携式电脑和变流器实现通信连接；连接的方式不作限定，可以通过网线/光纤/串口线等。也可以使用风电机组自带的主控系统，在主控系统中实现对变流器的调用。

当变流器设在机舱内时，如图1所示，便携式电脑和变流器直接通信连接，便携式电脑向变流器发送指令控制变流器内部的点动控制模块。当变流器设在塔基内时，如图2所示，便携式电脑通过主控系统和变流器通信连接，便携式电脑通过主控系统向变流器发送指令控制变流器内部的点动控制模块。点动控制模块的具体实现形式不作限定，在本实施例中以举例的方式进行说明。点动控制模块可以采用在变流器中新增一个PLC(可编程逻辑控制器)来实现；也可以使用变流器中原有的工控板，在工控板自带的系统中写入嵌入式控制程序实现点动控制功能。

具体的，便携式电脑向变流器发送指令，控制变流器内部的点动控制模块，读取发电机的定、转子等效电路参数，主要包括主电抗、漏抗、直流电阻值、铁阻等性能参数，以及发电机工作电压、转速、频率等运行参数，并将读取到的参数返回便携式电脑。便携式电脑根据点动控制模块读取到的发电机参数，调整变流器的输出，包括输出电流、输出电压等，这样可以控制发电机的启动转速，到达平稳启动的目的，减少启动冲击，避免启动转速过大使风轮单次旋转走的行程过长。

3.变流器控制发电机以点动工作的模式运行，使发电机的转子间断性转动，并通过传动链带动风轮间断性旋转

便携式电脑向变流器内部的点动控制模块发送点动工作模式启动指令，变流器接收到启动指令后控制发电机以点动工作的模式运行。发电机的转子在发电机以点动工作模式运行时，会产生间断性转动；发电机的转子通过传动链带动风轮间断性旋转。

在本实施例中，发电机的点动工作模式要保证风轮转动时不错过合适的固定孔，需要在点动控制模块中设置两个参数：单次启动发电机转动圈数与单次启动时间。这两个参数可后台调整，设置默认值和上限值、下限值，并规定超过最大/最小设置范围后，按照最大/最小值执行。数值不做限定，根据风电机组的实际情况配置，在本实施例中举例说明：因为风轮锁紧销的固定孔中心间距弧度一般为15°，单个固定孔所占弧度为9°，每次点动启动风轮转动的弧度按照单个定位孔所占弧度的1/3计算，即3°，每次风轮转动的圈数为3/360＝1/120圈。风电机组传动链中齿轮箱的传动比一般为90-120，所以变流器控制发电机每次转动3/4圈～1圈，即可保证风轮在转动过程中不会错过合适的固定孔。

风轮锁紧销与固定孔直径相差不大，当风轮转动时，为方便维护人员***风轮锁紧销，在本实施例中优选的，控制单次点动控制启动时间为3s，即发电机启动工作3秒后停止3秒再开始启动工作。

为了实现平稳控制的效果，对于全功率变流风电机组，因风电机组使用的发电机是同步电机，变流器使用电压空间矢量控制技术(SVPWM)控制电动机；对于双馈风电机组，因风电机组使用的发电机是异步电机，变流器使用标量控制技术控制电动机。

4.多次点动启动发电机，使风轮旋转逐渐靠近锁紧位置

变流器的点动控制模块根据预设的程序，按一定的时间间隔多次启动。风轮通过传动链在发电机转子的带动下，逐渐旋转靠近锁紧位置。

5.当风轮转动到锁紧位置时，将风轮锁紧销***风轮锁紧盘定位孔中

在本实施例中，风轮每次转动1/120圈，当风轮转动到锁紧位置附近时，从风轮锁紧盘定位孔的一侧旋转到另一侧时要转动3次，这样就给工作人员留出了9秒的反应准备时间。当风轮旋转到锁紧位置时，还会停留3秒保持不动，这样就给工作人员提供了3秒的操作时间，此时工作人员可以很容易的将风轮锁紧销***风轮锁紧盘定位孔中，基本可以避免工作人员准备不充分，或者将风轮锁紧销***风轮锁紧盘定位孔第一时间没插进去，导致风轮持续旋转错开定位孔。

通过本实施例中的技术方案，可以充分利用风电机组的变流器与发电机，原变流器作盘车变频器运行，原发电机作电动机运行，自驱动风轮缓慢旋转，实现自盘车。在自盘车过程中通过点动控制模块控制发电机以点动工作模式运行，可以提高对工作人员操作的容错性。同时，因风轮是间断性旋转而不是持续旋转，即使在盘车过程中出现意外情况需要紧急制动，也给工作人员留出了处理时间，提高了盘车操作的安全性。

实施例2

在工程现场开展盘车的准备工作时，如果便携式电脑与变流器建立好通信连接后，其它盘车的准备工作还未完成，比如风轮的叶片还未处于顺桨状态，此时如果工作人员因为误操作，通过便携式电脑向变流器内部的点动控制模块发送点动工作模式启动指令，风轮的叶片就会开始旋转。

为解决上述技术问题，在实施例1的基础上进一步优化，给风电机组自驱动风轮盘车装置增加一个防止误操作控制器，用于控制变流器中点动控制模块对启动指令的接收。

防止误操作控制器的具体实现形式不作限定，在本实施例中以举例的方式进行说明。防止误操作控制器可以使用开关、旋钮、按钮等多种形式，比如设备上常见的红色急停按钮。在盘车前按钮处于弹起状态，此时，图1中便携式电脑和变流器的通信连接是断开的，图2中便携式电脑和主控系统的通信连接是断开的，即便携式电脑和变流器的通信连接也是断开的。当盘车的准备工作做好后，工作人员按下防止误操作按钮，此时便携式电脑和变流器的通信连接打开，便携式电脑向变流器内部的点动控制模块发送指令才能被接收到。

在本实施例中，防止误操作控制器对发电机的正常工作模式和点动工作模式的切换，起到的是辅助作用，而最终实现切换的是便携式电脑向点动控制模块发送启动指令。通过防止误操作控制器的设置，可以有效的防止工作人员的误操作，提高对工作人员操作的容错性，保证风电机组设备安全和工作人员人身安全。

实施例3

由于双馈风力发电机组对电网扰动的感应十分灵敏，在自驱动风轮盘车的过程中可能会因为电网短路等故障造成的扰动使得输入到发电机的电压降低；甚至失电造成发电机停机，而在电网恢复供电后发电机又会自启动。这两种情况都会对风轮的转动圈数造成失控。为解决上述技术问题，在实施例1或实施例2的基础上进一步优化，采用以下技术方案：

双馈风电机组的变流器包括定子短接接触器，定子短接接触器与变流器中的并网接触器相连接。

以下对实施例3的工作原理进行详细说明：

如图4所示，在变流器内部包括主断路器、主接触器、并网接触器和功率模块。在变流器内部增加定子短接接触器，定子短接接触器与并网接触器相连接。启动点动控制模式后，定子短接接触器闭合使定子短接，此时双馈发电机作一般异步电动机运行，双馈变流器作全功率变流器运行，通过转子侧进行励磁和控制，同时定子短接接触器与并网接触器形成电气互锁，可以实现对发电机的欠压保护和失压保护，进一步提高盘车过程中的安全性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。