CN103225586A - 一种风力发电机组防飞车安全控制方法 - Google Patents

一种风力发电机组防飞车安全控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出的一种风力发电机组防飞车安全控制方法，具体包括：当风力发电机组出现故障时，风力发电机组的主控制系统PLC进入停机过程；判断进行停机后或进入PLC安全模式，启动变流器进入安全模式，变流器安全模式能够使变流器屏蔽非关键故障，最大可能维持风力发电机组工作，当风力发电机现行的转速大于启动转速时，变流器发电运行；当风力发电机的转速不大于启动转速时，变流器不运行。本发明增加了PLC安全模式控制环节，此控制环节能够自动识别风机运行状态，并自动上报中央监控系统，及早通知现场处置人员，大大提高了风力发电机组控制系统的安全级别，极大的降低了由于变桨失控造成的风机飞车安全隐患。

Description

一种风力发电机组防飞车安全控制方法
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组防飞车安全控制方法。
背景技术
目前兆瓦级直驱风力发电机组控制系统中，具备较为完善的控制逻辑和保护机制，能够防止风力发电机组飞车事故的发生。但如果控制系统失效则会造成变桨机构无法回到顺桨状态，风机发电机将受到持续的风能作用不断加速，超过风机发电机组塔架结构载荷要求，最终导致发电机轴承断裂甚至机组倒塌等重大飞车事故的发生。风机发电机组控制系统中通常保护机制按各个子部件进行故障分类判断，一旦任一子部件保护机制被触发，控制逻辑将进入停机过程，将兆瓦级风力发电机组的变桨执行机构回到顺桨状态，保证机组不再接受风能运行。而在风力发电机组控制系统中对于停机过程中，变桨执行机构无法回到顺桨状态的条件下，进行有效的检测和控制，成为防止飞车事故发生的一项重要关键技术。
如图1所示，为直驱风力发电系统构成图，系统中采用背靠背双PWM变流器3，分别与直驱风力发电机2和电网4进行连接。PLC作为风力发电机组控制系统的主控制单元6，负责协调机组各个部件的工作。其中主要部件包括偏航机构7、3个变桨机构5、变流器3；其中偏航机构7负责整个风力发电机组面对风向的角度，当风向发生变化时，偏航机构7根据风向标反馈风向进行对风，这样能够最大程度接收风能；而3个变桨机构5分别控制3个叶片1的旋转，从而控制直驱风力发电机叶片1接受风能的大小，当处于顺桨状态时，机组处于停机状态；变流器3为连接发电系统的中间环节，实现了能量从风力发电机2馈入电网4的作用，为风力发电机2的运行提供负载。
然而，上述的现有技术中存在的缺点如下：当风力发电机组故障发生时，控制系统将启动停机过程，停止变流器工作，不再施加负载，发电机处于空载运行状态。而对于停机过程中，风力发电机组能够出现飞车危险的情况只有1个，就是3个叶片同时不能收回。3个变桨执行机构无法回到顺桨状态的条件下，发电机完全由叶片接收的风能控制，在风速大于克服发电机空载扭矩的条件下，发电机将持续加速，直至飞车。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种风力发电机组防飞车安全控制方法，增加了PLC安全模式控制环节，能够自动识别风机运行状态，并自动上报中央监控系统，大大提高了风力发电机组控制系统的安全级别。
本发明提出一种风力发电机组防飞车安全控制方法。包括以下步骤：
步骤一：风力发电机组启动后，正常运行并网发电，当风力发电机组出现故障时，风力发电机组的主控制系统PLC进入停机过程；
步骤二：主控制系统PLC进入停机过程后，判断是否进入停机状态，若进入停机状态，则重新启动并返回步骤一，若未进入停机状态，则进入主控制系统安全模式，然后进入步骤三；
步骤三：启动变流器进入变流器安全模式，变流器安全模式是为了减少不必要的故障可能性，屏蔽非关键性硬件故障和软件故障，最大程度保证变流器配合主控制系统PLC能够正常工作，当风力发电机现行的转速大于启动转速时，变流器发电运行；当风力发电机的转速不大于启动转速时，变流器不运行；
步骤四：风力发电机的转速维持在额定转速以下后，进行人工强行锁定叶轮，并进行人工顺桨。
进一步地，所述步骤二中判断是否进入停机状态具体为：当进入停机过程20秒以内，风力发电机组三个桨叶均完全回到大于85°的顺桨状态或风力发电机的转速低于2rpm时，则风力发电机组从停机过程进入停机状态；当超过20秒，风力发电机组的三个桨叶中任意一个不能回到大于85°顺桨状态或风力发电机的转速不低于2rpm时，则主控制系统PLC进入安全模式，并上报中央监控系统，同时偏航机构进行偏航动作，使风力发电机组侧风90°偏航运行。
进一步地，所述步骤三中变流器安全模式是为了减少不必要的故障可能性，屏蔽非关键性硬件故障和软件故障，最大程度保证变流器配合主控制系统PLC能够正常工作，当风力发电机现行的转速大于启动转速时，变流器发电运行具体为：由主控制系统PLC控制给风力发电机施加负载扭矩Te，变流器则根据公式Te=1.5pψfIq，得到变流器执行电流值Iq，其中p为电机极对数、ψf为电机永磁体磁链。
本发明具有的优点在于：
本发明提出的一种风力发电机组防飞车安全控制方法，增加PLC安全模式控制环节后，此控制环节能够自动识别风机运行状态，使变流器屏蔽非关键故障，最大可能维持风力发电机组工作，并自动上报中央监控系统，及早通知现场处置人员，大大提高了风力发电机组控制系统的安全级别，极大的降低了由于变桨失控造成的风机飞车安全隐患。
附图说明
图1是现有技术中直驱风力发电系统构成图；
图2是本发明提出的一种风力发电机组防飞车安全控制方法。
图1中：1-叶片；2-直驱风力发电机；3-变流器；4-电网；5-变桨机构；6-主控制系统PLC；7-偏航机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提出的一种风力发电机组防飞车安全控制方法，如图2所示，具体包括以下步骤：
步骤一：风力发电机组启动后，正常运行并网发电，当风力发电机组出现故障时，风力发电机组的主控制系统PLC6进入停机过程。
步骤二：在停机过程中，3个变桨执行机构5将执行顺桨动作，正常情况下，于20秒以内（包括20秒），风力发电机组三个桨叶均完全回到大于85°顺桨状态或转速下降低于2rpm，则认为风力发电机组从停机过程进入停机状态，停机后，可以重新启动开机；非正常情况下，当超过20秒，风力发电机组三个桨叶中任意一个不能回到大于85°顺桨状态或转速高于2rpm，则主控制系统PLC6进入主控制系统安全模式，并上报中央监控系统，同时偏航机构7进行偏航动作，使风力发电机组侧风90°偏航运行，从而减小风力发电机组接收风能，避免风力发电机转速急剧提升，保证即使大风环境下，风力发电机接收的风能仍在额定功率以下。
步骤三：主控制系统PLC6进入安全模式之后向变流器3发送安全模式控制命令，使变流器3进入变流器安全模式，之后主控制系统PLC6根据当前转速判断，当风力发电机现行的转速大于启动转速4.5rpm时，变流器3发电运行，适时启动变流器3运行在安全模式，由主控制系统PLC6控制策略给风力发电机施加负载扭矩Te，变流器3则根据公式（1），得到变流器执行电流值Iq。其中p为电机极对数、ψf为电机永磁体磁链。当风力发电机的转速不大于启动转速时，变流器3不运行。
Te=1.5pψfIq         （1）
从而使风力发电机维持额定转速以下，以保证机组安全，避免引起飞车事故。变流器安全模式是为了减少不必要的故障可能性，屏蔽非关键性硬件故障和软件故障，主控制系统PLC6判断风力发电机现行的转速是否大于其启动转速4.5rpm，如不大于，则变流器3停机不运行，进行人工强制锁定叶轮，如大于根据主控制系统PLC6控制策略进行发电机发电模式控制，保持风力发电机转速在额定转速之下。待风力发电机2转速持续下降至2rpm进入机组停机后，进行人工强行锁定叶轮，并人工顺桨。
其中变流器安全模式主要用于执行以下操作：
1）接收主控制系统PLC6安全模式控制命令；
2）屏蔽变流器3非关键故障，包括各类温度故障、通讯故障、预充电超时故障、变流安全链故障、各类继电器与开关反馈故障等，一旦运行中发生故障不再报出；
3）复位变流器故障。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (3)

1.一种风力发电机组防飞车安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：风力发电机组启动后，正常运行并网发电，当风力发电机组出现故障时，风力发电机组的主控制系统PLC进入停机过程；
步骤二：主控制系统PLC进入停机过程后，判断是否进入停机状态，若进入停机状态，则重新启动并返回步骤一，若未进入停机状态，则进入主控制系统安全模式，然后进入步骤三；
步骤三：启动变流器进入变流器安全模式，当风力发电机现行的转速大于启动转速时，变流器发电运行；当风力发电机的转速不大于启动转速时，变流器不运行；
步骤四：风力发电机的转速维持在额定转速以下后，进行人工强行锁定叶轮，并进行人工顺桨。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组防飞车安全控制方法，其特征在于：所述步骤二中判断是否进入停机状态具体为：当进入停机过程20秒以内，风力发电机组三个桨叶均完全回到大于85°的顺桨状态或风力发电机的转速低于2rpm时，则风力发电机组从停机过程进入停机状态；当超过20秒，风力发电机组的三个桨叶中任意一个不能回到大于85°顺桨状态或风力发电机的转速不低于2rpm时，则主控制系统PLC进入安全模式，并上报中央监控系统，同时偏航机构进行偏航动作，使风力发电机组侧风90°偏航运行。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组防飞车安全控制方法，其特征在于：所述步骤三中当风力发电机现行的转速大于启动转速时，变流器发电运行具体为：由主控制系统PLC控制给风力发电机施加负载扭矩Te，变流器则根据公式Te=1.5pψfIq，得到变流器执行电流值Iq，其中p为电机极对数、ψf为电机永磁体磁链。
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