CN103912449B - 一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法 - Google Patents

一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法，其包括以下步骤：步骤1、当结冰触发条件满足时，即判断机组已结冰，则机组停机且停止偏航，并检测叶片是否收桨至顺桨位置；步骤2、机组进入结冰保护状态，并使机头与塔筒门夹角大于或等于设定值，偏航动作完成后，偏航状态切换至停止偏航，机组处于结冰故障处理阶段；步骤3、结冰故障解除后，通过手动复位的方式，重新启动风力发电机组。本发明由于通过检测结冰状况时机组和塔筒门的位置，从而避免了当机头和塔筒门的位置处于同一垂直位置时冰块跌落至塔筒门。特别是通过提供了一种快速向左或向右的偏航方法，有效地减少了偏航动作的时间，降低了机组的载荷。

Description

一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法
技术领域
本发明涉风力发电领域，尤其涉及一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法。
技术背景
风力发电机组通常安装在风资源较好的地方，而这些地方的环境一般较为恶劣，尤其在严寒的冬天极易出现结冰状况，此时机组的风向标已无法提供正确的风向值，来实现自动偏航对风，故机组通常处于停机且停止偏航状态。倘若机组停机后的机头位置正好处于塔筒门的正上方时，则会出现从机头上坠落的冰块将塔筒门处的爬梯和其它设备砸坏的情况，同时这对维护人员的人身安全也构成了一定的威胁。某风电场已经出现了几起此类事故，机组塔筒门处的爬梯和水冷风扇均被损坏，导致机组长时间停机，损失了大量的发电量。目前在风力发电机组的控制策略中，暂未对机组在此工况下停机后的机头位置进行特殊的控制。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺陷，提供一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法。
本发明的技术方案是，一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法，其包括以下步骤：
步骤1、当结冰触发条件满足时，即判断机组已结冰，则机组停机且停止偏航，并检测叶片是否收桨至顺桨位置，若三个叶片都已到达顺桨位置，则偏航状态由自动偏航切换至结冰保护状态，否则等待，直到三个叶片均收桨至顺桨位置；
步骤2、机组进入结冰保护状态，计算停机时机头的位置与塔筒门的夹角是否大于设定值，若大于或等于设定值，则机组偏航状态切换至停止偏航；否则，根据实际机头的位置，在确保不触发扭缆限定值的情况下，使机组向左或向右偏航，直至机头与塔筒门夹角大于或等于设定值，偏航动作完成后，偏航状态切换至停止偏航，机组处于结冰故障处理阶段；
步骤3、结冰故障解除后，通过手动复位的方式，将机组的偏航状态从停止偏航切换至自动偏航，重新启动风力发电机组；
所述步骤2中确保不触发扭缆限定值使机组向左或向右偏航的方法是：
通过机组电缆扭缆值判断机头与塔筒门的夹角，计算所需的最小偏航圈数，并将所述最小偏航圈数和实际扭缆圈数相加后的结果与扭缆限定值进行比较，若结果小于限定值，则机组朝最小偏航圈数的方向进行偏航，否则机组进行反方向偏航，并计算出按此方向偏航所需的偏航行程。
进一步的，所述步骤2的机组向左或向右的具体偏航办法为：
1、输入参数的处理，将机头位置以及与塔筒门之间的初始夹角值按所占的圈数换算成一个绝对值小于或等于0.5的值，将机组机头位于塔筒门正上方时的扭缆值作为机头位置与塔筒门的初始夹角值并换算出初始值A，保存机组因结冰故障停机时对应的实际扭缆值C并换算出位置值B，设定机组左、右扭缆的限定值分别为-L和L，机头与塔筒门安全夹角设定值为E；
2、根据换算出的A、B的正负情况，各分为a、b、c三种情况向左或右偏航的选择：
1)当A≥0时
①当B≥0时
a：当0≤B–A<E时，若C+(E–(B–A))≤L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E–(B–A)；若C+(E–(B–A))>L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E+(B–A)。
b：当–E<B–A<0时，若C-(E-(A–B))≥-L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E-(A–B)；若C-(E-(A–B))<-L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E+(A–B)。
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于E，则机组切换至停止偏航状态。
②当B<0时
a：当|B|+A<E时，若C-(E–A–|B|)≥-L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E–A–|B|；若C-(E–A–|B|)<-L,则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E+A+|B|。
b：当(0.5–A)+(0.5–|B|)<E时，若C+(E–(0.5–A)–(0.5–|B|))≤L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E–(0.5–A)–(0.5–|B|)；若C+(E–(0.5–A)–(0.5–|B|))>L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E+(0.5–A)+(0.5–|B|)。
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于E，则机组切换至停止偏航状态。
2)当A<0时
①当B>0时
a：当0≤B+|A|<E时，若C+(E–B–|A|)≤L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E–B–|A|；若C+(E–B–|A|)>L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E+B+|A|。
b：当(0.5–|A|)+(0.5–B)<E时，若C–(E–(0.5–|A|)–(0.5–B))≥-L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E–(0.5–|A|)–(0.5–B)；若C–(E–(0.5–|A|)–(0.5–B))<-L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E+(0.5–|A|)+(0.5–B)。
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于E，则机组切换至停止偏航状态。
②当B≤0时
a：当0≤|B|–|A|<E时，若C-(E–(|B|–|A|))≥-L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E–(|B|–|A|)；若C-(E–(|B|–|A|))<-L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E+(|B|–|A|)；
b：当–E<|B|–|A|<0时，若C+(E–(|A|–|B|))≤L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E–(|A|–|B|)；若C+(E–(|A|–|B|))>L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E+(|A|–|B|)。
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于E，则机组切换至停止偏航状态。
优选的，所述机头与塔筒门安全夹角设定值大于或等于120°，换算值E为大于或等于1/3。
本发明的有益技术效果是，由于通过检测结冰状况时机组和塔筒门的位置，并进行自动偏航，从而避免了当机头和塔筒门的位置处于同一垂直位置时冰块跌落至塔筒门，导致塔筒门附近的辅助设备的损坏。特别是通过提供了一种快速向左或向右的偏航方法，有效地减少了偏航动作的时间，降低了机组的载荷。
附图说明
图1为本发明的控制流程图
具体实施方式
为了使本发明所要解决的问题更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步的说明。具体实施步骤如下：
步骤1、当结冰触发条件满足时，即判断机组已结冰，则机组停机且停止偏航，并检测叶片是否收桨至顺桨位置，若三个叶片都已到达顺桨位置，则偏航状态由自动偏航切换至结冰保护状态，否则等待，直到三个叶片均收桨至顺桨位置，如附图1所示的状态S1；
步骤2、机组进入结冰保护状态，计算停机时机头的位置与塔筒门的夹角是否大于设定值，若大于或等于设定值，则机组偏航状态切换至停止偏航；否则，根据实际机头的位置，在确保不触发扭缆限定值的情况下，使机组向左或向右偏航，直至机头与塔筒门夹角大于或等于设定值，偏航动作完成后，机组偏航状态切换至停止偏航，机组处于结冰故障处理阶段，如附图1所示的状态S2和S3；
步骤3、结冰故障解除后，通过手动复位的方式，将机组的偏航状态从停止偏航切换至自动偏航，重新启动风力发电机组，如附图1所示的状态S4。
所述步骤2的机组向左或向右的偏航方法为：
1、输入参数的处理，将机头位置以及与塔筒门之间的初始夹角值按所占的圈数换算成一个绝对值小于或等于0.5的值，即将0至360度换算成-0.5圈至0.5圈，即从0顺时针旋转至180度对应0至0.5圈，从0逆时针旋转至180度对应0至-0.5圈；将机组机头位于塔筒门正上方时的扭缆值作为机头位置与塔筒门的初始夹角值并换算出初始值A，例如，当机头位于塔筒门正上方时扭缆值为1.2，则换算后A值为0.2，若扭缆值为1.8，则换算后A值为-0.2；保存机组因结冰故障停机时对应的实际扭缆值C并换算出位置值B，例如，C为0.6时，换算后B为-0.4，C为2.1时，换算后B为0.1)；设定机组左、右扭缆的限定值分别为-2.2和2.2，机头与塔筒门安全夹角设定值为120°，换算后为0.34；
2、根据换算出的A、B的正负情况，各分为a、b、c三种情况向左或右偏航的选择：
1)当A≥0时
①当B≥0时
a：当0≤B–A<0.34时，若C+(0.34–(B–A))≤2.2，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为0.34–(B–A)；若C+(0.34–(B–A))>2.2，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为0.34+(B–A)。
b：当–0.34<B–A<0时，若C-(0.34-(A–B))≥-2.2，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为0.34-(A–B)；若C-(0.34-(A–B))<-2.2，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为0.34+(A–B)。
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于0.34，则机组切换至停止偏航状态。
②当B<0时
a：当|B|+A<0.34时，若C-(0.34–A–|B|)≥-2.2，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为0.34–A–|B|；若C-(0.34–A–|B|)<-2.2,则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为0.34+A+|B|。
b：当(0.5–A)+(0.5–|B|)<0.34时，若C+(0.34–(0.5–A)–(0.5–|B|))≤2.2，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为0.34–(0.5–A)–(0.5–|B|)；若C+(0.34–(0.5–A)–(0.5–|B|))>2.2，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为0.34+(0.5–A)+(0.5–|B|)。
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于0.34，则机组切换至停止偏航状态。
2)当A<0时
①当B>0时
a：当0≤B+|A|<0.34时，若C+(0.34–B–|A|)≤2.2，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为0.34–B–|A|；若C+(0.34–B–|A|)>2.2，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为0.34+B+|A|。
b：当(0.5–|A|)+(0.5–B)<0.34时，若C–(0.34–(0.5–|A|)–(0.5–B))≥-2.2，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为0.34–(0.5–|A|)–(0.5–B)；若C–(0.34–(0.5–|A|)–(0.5–B))<-2.2，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为0.34+(0.5–|A|)+(0.5–B)。
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于0.34，则机组切换至停止偏航状态。
②当B≤0时
a：当0≤|B|–|A|<0.34时，若C-(0.34–(|B|–|A|))≥-2.2，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为0.34–(|B|–|A|)；若C-(0.34–(|B|–|A|))<-2.2，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为0.34+(|B|–|A|)。
b：当–0.34<|B|–|A|<0时，若C+(0.34–(|A|–|B|))≤2.2，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为0.34–(|A|–|B|)；若C+(0.34–(|A|–|B|))>2.2，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为0.34+(|A|–|B|)。
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于0.34，则机组切换至停止偏航状态。

Claims (3)

1.一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1、当结冰触发条件满足时，即判断机组已结冰，则机组停机且停止偏航，并检测叶片是否收桨至顺桨位置，若三个叶片都已到达顺桨位置，则偏航状态由自动偏航切换至结冰保护状态，否则等待，直到三个叶片均收桨至顺桨位置；
步骤2、机组进入结冰保护状态，计算停机时机头的位置与塔筒门的夹角是否大于设定值，若大于或等于设定值，则机组偏航状态切换至停止偏航；否则，根据实际机头的位置，确保不触发扭缆限定值使机组向左或向右偏航，直至机头与塔筒门夹角大于或等于设定值，偏航动作完成后，偏航状态切换至停止偏航，机组处于结冰故障处理阶段；
步骤3、结冰故障解除后，通过手动复位的方式，将机组的偏航状态从停止偏航切换至自动偏航，重新启动风力发电机组；
所述步骤2中确保不触发扭缆限定值使机组向左或向右偏航的方法是：
通过机组电缆扭缆值判断机头与塔筒门的夹角，计算所需的最小偏航圈数，并将所述最小偏航圈数和实际扭缆圈数相加后的结果与扭缆限定值进行比较，若结果小于限定值，则机组朝最小偏航圈数的方向进行偏航，否则机组进行反方向偏航，并计算出按此方向偏航所需的偏航行程。
2.根据权利要求1所述的一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法，其特征在于，所述步骤2中确保不触发扭缆限定值使机组向左或向右偏航的方法是：
步骤1：输入参数的处理，将机头位置以及与塔筒门之间的初始夹角值按所占的圈数换算成一个绝对值小于或等于0.5的值，将机组机头位于塔筒门正上方时的扭缆值作为机头位置与塔筒门的初始夹角值并换算出初始值A，保存机组因结冰故障停机时对应的实际扭缆值C并换算出位置值B，设定机组左、右扭缆的限定值分别为-L和L，机头与塔筒门安全夹角设定值为E；
步骤2：
1)当A≥0时
①当B≥0时
a：当0≤B–A<E时，若C+(E–(B–A))≤L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E–(B–A)；若C+(E–(B–A))>L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E+(B–A)；
b：当–E<B–A<0时，若C-(E-(A–B))≥-L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E-(A–B)；若C-(E-(A–B))<-L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E+(A–B)；
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于E，则机组切换至停止偏航状态；
②当B<0时
a：当|B|+A<E时，若C-(E–A–|B|)≥-L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E–A–|B|；若C-(E–A–|B|)<-L,则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E+A+|B|；
b：当(0.5–A)+(0.5–|B|)<E时，若C+(E–(0.5–A)–(0.5–|B|))≤L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E–(0.5–A)–(0.5–|B|)；若C+(E–(0.5–A)–(0.5–|B|))>L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E+(0.5–A)+(0.5–|B|)；
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于E，则机组切换至停止偏航状态；
2)当A<0时
①当B>0时
a：当0≤B+|A|<E时，若C+(E–B–|A|)≤L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E–B–|A|；若C+(E–B–|A|)>L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E+B+|A|；
b：当(0.5–|A|)+(0.5–B)<E时，若C–(E–(0.5–|A|)–(0.5–B))≥-L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E–(0.5–|A|)–(0.5–B)；若C–(E–(0.5–|A|)–(0.5–B))<-L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E+(0.5–|A|)+(0.5–B)；
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于E，则机组切换至停止偏航状态；
②当B≤0时
a：当0≤|B|–|A|<E时，若C-(E–(|B|–|A|))≥-L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E–(|B|–|A|)；若C-(E–(|B|–|A|))<-L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E+(|B|–|A|)；
b：当–E<|B|–|A|<0时，若C+(E–(|A|–|B|))≤L，则机组执行向右顺时针偏航，所需偏航的圈数为E–(|A|–|B|)；若C+(E–(|A|–|B|))>L，则机组执行向左逆时针偏航，所需偏航的圈数为E+(|A|–|B|)；
c：若a和b两个条件都不成立时，表明机头位置与塔筒门的夹角已大于或等于E，则机组切换至停止偏航状态。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法，其特征在于，所述机头与塔筒门安全夹角设定值大于或等于120度。
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