CN102352815B - 一种风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风力发电机组的控制方法，该控制方法包括：检测风力发电机组的磁钢温度T；判断检测的磁钢温度T是否大于预设定的磁钢检测对比温度T0；如果检测的磁钢温度T大于所述磁钢检测对比温度T0，则降低风力发电机组的输出功率，以保护磁钢的性能。根据本发明的风力发电机组的控制方法可保障风力发电机组的磁钢能在安全的设计温度下工作，降低磁钢由于温度升高而产生的失磁风险。

Description

一种风力发电机组
技术领域
本发明属于风力发电领域，涉及一种风力发电机组的控制方法。
背景技术
直驱式风力发电机组可以直接与风轮相连，省去了传统风力发电系统中的故障率较高的齿轮箱部件，减少了发电机组的维护工作，并且降低了噪音，具有效率高、可靠性好的优点而被广泛使用。
图1是一种永磁直驱风力发电机组的发电机部分的结构示意图，其中，标号1表示定子，标号2表示轴承，标号3表示转子，标号4表示铁芯，标号5表示绕组(线圈)，标号6表示磁钢。
参照图1，风力发电过程就是通过叶片转动带动发电机的转子3转动，转子3带动磁钢6一起转动，而绕组(线圈)5相对于转子3和磁钢6静止，从而使得绕组(线圈)5切割磁体磁力线以进行发电。在发电过程中，发电机的绕组(线圈)5会产生较大的热量，因此会使发电机的转子3上的磁钢6的温度上升。如果发电机持续进行长时间发电，则发热量会持续增加，可能会使磁钢的温度进一步上升，导致磁钢的性能会受到较大影响。随着温度升高，磁场强度减弱，从而会影响发电机的效率。在风力发电机组不断大型化的情况下，对发电机的功率要求也在提高，相应会造成发热量的不断增加，这对磁钢本身的性能或发电机的冷却设计提出了更高的要求。
解决上述问题的一种现有技术中是提高磁钢的性能。磁钢的性能与磁钢本身材料有着密切关系，选择磁体材料等级更高的磁钢能在更高的安全工作温度下使用。然而，选择更高材料等级的磁钢意味着更高的成本。另外，随着风力发电机组的不断大型化，发电机的尺寸也在不断增大，对磁钢的使用量也在不断增多，导致成本的不断上升。
发明内容
在一般情况下，在根据应用需求设计完成风力发电机组后，风力发电机组具备一定的额定功率。风力发电机组在额定的风速下工作，输出额定的功率。如果风力发电机组的冷却效果不佳或外界温度较高，则会使得发电机的磁钢的温度上升，会导致磁钢的性能下降，进一步恶化有可能使得磁钢失磁，此时就需要重新更换发电机的磁钢，从而造成较大的损失。
针对上述问题，本发明提供一种风力发电机组的控制方法，该控制方法包括：检测风力发电机组的磁钢温度T；判断检测的磁钢温度T是否大于预设定的磁钢检测对比温度T0；如果检测的磁钢温度T大于所述磁钢检测对比温度T0，则降低风力发电机组的输出功率。
如果检测的磁钢温度T小于或等于所述磁钢检测对比温度T0，则继续检测风力发电机组的磁钢温度T。
在降低风力发电机组的输出功率之后，继续检测风力发电机组的磁钢温度T。
可检测至少两个不同位置的磁钢的温度，获得至少两个磁钢温度，并且将所述至少两个磁钢温度中的最高温度作为检测的磁钢温度T。
可通过下列方式中的一种来获得所述至少两个磁钢温度：通过贴装在风力发电机组的至少两个不同位置的磁钢上的至少两个贴片式温度传感器来检测至少两个磁钢温度，获得所述至少两个磁钢温度；使用红外温度传感器检测至少两个不同位置的磁钢的温度，获得所述至少两个磁钢温度。
可通过对风力发电机组的叶片进行变桨控制，增大风力发电机的叶片与风轮旋转平面之间的桨距角，来降低风力发电机组的输出功率。
所述磁钢检测对比温度T0可小于或等于风力发电机组的磁钢的极限安全工作温度T1。
所述磁钢检测对比温度T0可以是2T1/3至4T1/5。
当检测的磁钢温度T＞1.5×T0时，控制发电机组停机。
可根据(T-T0)/T0的比值来设置风力发电机组的输出功率的调整范围和时间。
在检测风力发电机组的磁钢温度T之前，风力发电机组以额定功率P0进行发电输出。
如果检测的磁钢温度T大于所述磁钢检测对比温度T0，则将风力发电机组的额定功率P0下调P0/10至P0/3，并持续预定时间段。
根据本发明的风力发电机组的控制方法可保障风力发电机组的磁钢能在安全的设计温度下工作，降低磁钢由于温度升高而产生的失磁风险。
附图说明
通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：
图1是一种永磁直驱风力发电机组的发电机部分的结构示意图，
图2是根据本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法的流程图；
图3是风力发电机组的变桨控制的示意图；
图4是根据本发明另一示例性实施例的风力发电机组的控制方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种风力发电机组的控制方法，其基本构思是，根据风力发电机组的磁钢的温度来控制发电机组的输出功率。一般情况下，发电机组的输出功率越高，发电机组的绕组部分的发热量越大，会使得磁钢的温度越高。在检测到磁钢温度不断升高接近某一预定值(可以是设计的极限值，也可以是不同的梯度值)时，相应地控制发电机组降低输出功率，使得绕组部分的发热量减少，从而使得磁钢的温度在安全的工作温度下，以保护磁钢的性能，延长磁钢的使用寿命。
以下，参照附图来详细描述本发明的实施例。
图2是根据本发明示例性实施例的风力发电机组的控制方法的流程图。
参照图2，在步骤201，检测风力发电机组的磁钢温度T。优选地，可检测至少两个不同位置的磁钢的温度，获得至少两个磁钢温度，并且将所述至少两个磁钢温度中的最高温度作为检测的磁钢温度T。进一步优选地，可通过下列方式中的一种来获得所述至少两个磁钢温度：通过贴装在风力发电机组的至少两个不同位置的磁钢上的至少两个贴片式温度传感器(即，每个位置的磁钢上贴装一个贴片式温度传感器)来检测至少两个磁钢温度，获得所述至少两个磁钢温度；使用红外温度传感器检测至少两个不同位置的磁钢的温度，获得所述至少两个磁钢温度。
在步骤202，判断检测的磁钢温度T是否大于预设定(或预设计)的磁钢检测对比温度T0。
如果检测的磁钢温度T大于磁钢检测对比温度T0，则在步骤203，降低风力发电机组的输出功率，以保护磁钢的性能。
下面将参照图3来描述降低风力发电机组的输出功率的优选方式。
图3是风力发电机组的变桨控制的示意图。风力发电机的每个叶片(桨叶)与风轮旋转平面(风轮旋转时桨叶柄所扫过的平面)形成一个角度，称为安装角，也称为桨距角，如图3所示，其中，剖面线部分表示桨叶的截面。当桨距角为0°左右时，风能利用系数相对最大，这个角度范围称为发电状态桨叶频繁动作角度范围。如果桨叶角增大，则风能利用系数将明显减小。当桨距角为90°左右时，叶片静止，这个角度范围称为停机角度范围。风力发电机组的变桨系统通过改变桨距角，当风速低于额定风速时追踪最大风速以尽可能吸收风能，当风速高于额定风速时，变桨系统通过调整桨叶桨距角，改变气流对桨叶的作用，以保持发电机功率恒定。
因此，在本发明中，通过对风力发电机组的叶片进行变桨控制，增大风力发电机的叶片与风轮旋转平面之间的桨距角，由此降低风力发电机组的输出功率。
返回参照图2，如果检测的磁钢温度T小于或等于磁钢检测对比温度T0，则返回到步骤201，继续检测风力发电机组的磁钢温度T。
在执行完步骤203(降低风力发电机组的输出功率)之后，返回到步骤201，继续检测风力发电机组的磁钢温度T。因此，可实时检测风力发电机组的磁钢温度T，一旦发现磁钢温度T大于磁钢检测对比温度T0，可及时降低风力发电机组的输出功率，以保护磁钢的性能。
风力发电机组的磁钢的极限安全工作温度为T1，则预设定的磁钢检测对比温度T0≤T1。
可选择T0＝T1，通过检测并控制磁钢温度T，以保证磁钢的工作温度始终不超过磁钢的极限安全工作温度T1。
优选地，可选择T0＜T1，例如T0为2T1/3至4T1/5。由于某种情况(如发电机组所处环境温度较高，冷却出现故障等)下，磁钢的热交换的过程不足以使得磁钢温度还处于缓慢上升的情况，此时需要预留出与磁钢的极限安全工作温度T1存在一段距离的空间。
在紧急情况下，例如当T＞1.5×T0时，可以控制发电机组停机。
更详细地，风力发电机组的输出功率的调节范围和时间与检测的磁钢温度T和磁钢检测对比温度T0的差值T-T0有关，可根据(T-T0)/T0的比值来设置风力发电机组的输出功率的调整范围和时间。
图4是根据本发明另一示例性实施例的风力发电机组的控制方法的流程图。
图4所示的控制方法与图2所示的控制方法类似，下面具体说明。
在步骤401，风力发电机组以额定功率P0进行发电输出。
在步骤402，检测风力发电机组的磁钢温度T。
在步骤403，判断检测的磁钢温度T是否大于预设定(或预设计)的磁钢检测对比温度T0。
如果检测的磁钢温度T大于磁钢检测对比温度T0，则在步骤404，可将风力发电机组的额定功率P0下调P0/10至P0/3，并持续预定时间段(例如，5至30分钟)，以保护磁钢的性能。如前所述，可通过对风力发电机组的叶片进行变桨控制，将风力发电机的叶片与风轮旋转平面之间的桨距角增大到适合的角度，由此将风力发电机组的额定功率P0下调P0/10至P0/3。
如果检测的磁钢温度T小于或等于磁钢检测对比温度T0，则返回到步骤402，继续检测风力发电机组的磁钢温度T。
在执行完步骤404(降低风力发电机组的输出功率)之后，返回到步骤402，继续检测风力发电机组的磁钢温度T。因此，可实时检测风力发电机组的磁钢温度T，一旦发现磁钢温度T大于磁钢检测对比温度T0，可及时降低风力发电机组的输出功率，以保护磁钢的性能。
图2中所描述的控制方法的对比温度T0的取值范围以及降低风力发电机组的输出功率的方式同样可适用于图4中所示的控制方法，这里不再赘述。
根据本发明的风力发电机组的控制方法可保障风力发电机组的磁钢能在安全的设计温度下工作，降低磁钢由于温度升高而产生的失磁风险。
虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (11)

1.一种风力发电机组的控制方法，包括：
检测风力发电机组的磁钢温度T；
判断检测的磁钢温度T是否大于预设定的磁钢检测对比温度T0；
如果检测的磁钢温度T大于所述磁钢检测对比温度T0，则降低风力发电机组的输出功率，
其中，通过对风力发电机组的叶片进行变桨控制，增大风力发电机的叶片与风轮旋转平面之间的桨距角，来降低风力发电机组的输出功率。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，如果检测的磁钢温度T小于或等于所述磁钢检测对比温度T0，则继续检测风力发电机组的磁钢温度T。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其中，在降低风力发电机组的输出功率之后，继续检测风力发电机组的磁钢温度T。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其中，检测至少两个不同位置的磁钢的温度，获得至少两个磁钢温度，并且将所述至少两个磁钢温度中的最高温度作为检测的磁钢温度T。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其中，通过下列方式中的一种来获得所述至少两个磁钢温度：
通过贴装在风力发电机组的至少两个不同位置的磁钢上的至少两个贴片式温度传感器来检测至少两个磁钢温度，获得所述至少两个磁钢温度；使用红外温度传感器检测至少两个不同位置的磁钢的温度，获得所述至少两个磁钢温度。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述磁钢检测对比温度T0小于或等于风力发电机组的磁钢的极限安全工作温度T1。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其中，所述磁钢检测对比温度T0为2T1/3至4T1/5。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其中，当检测的磁钢温度T＞1.5×T0时，控制发电机组停机。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其中，根据(T-T0)/T0的比值来设置风力发电机组的输出功率的调整范围和时间。
10.根据权利要求1所述的控制方法，其中，在检测风力发电机组的磁钢温度T之前，风力发电机组以额定功率P0进行发电输出。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其中，如果检测的磁钢温度T大于所述磁钢检测对比温度T0，则将风力发电机组的额定功率P0下调P0/10至P0/3，并持续预定时间段。
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