CN104533713B - 控制风力发电机组停机的方法和装置 - Google Patents

控制风力发电机组停机的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种控制风力发电机组停机的方法和装置，上述方法包括：实时测量风力发电机组各叶片的桨距角，并实时监测风力发电机组是否能够产生制动扭矩；当监测到风力发电机组不能够产生制动扭矩，且当前测量到的各叶片对应的桨距角的平均桨距角小于预设的桨距角阈值时，控制各叶片以第一收桨速度收桨，并记录以第一收桨速度收桨的第一时间；当第一时间超出预设的时间阈值时，控制各叶片以第二收桨速度收桨直到各叶片的平均桨距角达到停机角度；其中，第一收桨速度大于第二收桨速度。本发明的技术方案实现了对运转中的风力发电机组的停机操作，同时也有效降低了风力发电机组塔架的极限负荷。

Description

控制风力发电机组停机的方法和装置
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种控制风力发电机组停机的方法和装置。
背景技术
当风力发电机组运行过程中需要停机，且在停机过程中发电机仍然可以提供制动扭矩时，采用恒定的收桨速率不会导致塔架极限载荷过大。但是，当风力发电机组因脱网或其它故障导致停机，并且发电机因脱网无法产生制动扭矩时，如果此时机组遭遇较大的阵风，仍然采用恒定速率收桨的停机方式将导致塔架极限载荷加大。
发明内容
本发明的实施例提供了一种控制风力发电机组停机的方法和装置，解决了发电机因脱网无法产生制动扭矩且遭遇较大的阵风时，恒定速率收桨的停机方式将导致塔架极限载荷加大的问题。
本发明的实施例提供了一种控制风力发电机组停机的方法，包括：
实时测量风力发电机组各叶片的桨距角，并实时监测所述风力发电机组是否能够产生制动扭矩；
当监测到所述风力发电机组不能够产生制动扭矩，且当前测量到的各所述叶片对应的桨距角的平均桨距角小于预设的桨距角阈值时，控制各所述叶片以第一收桨速度收桨，并记录以所述第一收桨速度收桨的第一时间；
当所述第一时间超出预设的时间阈值时，控制各所述叶片以第二收桨速度收桨直到各所述叶片的平均桨距角达到停机角度；
其中，所述第一收桨速度大于所述第二收桨速度。
本发明的实施例还提供了一种控制风力发电机组停机的装置，包括：
测量模块，用于实时测量风力发电机组各叶片桨距角；
监测模块，用于实时监测所述风力发电机组是否能够产生制动扭矩；
第一控制模块，用于当监测到所述风力发电机组不能够产生制动扭矩，且当前测量到的各所述叶片对应的桨距角的平均桨距角小于预设的桨距角阈值时，控制各所述叶片以第一收桨速度收桨，并记录以所述第一收桨速度收桨的第一时间；
第二控制模块，用于当所述第一时间超出预设的时间阈值时，控制各所述叶片以第二收桨速度收桨直到各所述叶片的平均桨距角达到停机角度；
其中，所述第一收桨速度大于所述第二收桨速度。
本发明实施例提供的控制风力发电机组停机的方法和装置，能够实时测量风力发电机组各叶片的桨距角并监测风力发电机组是否能够产生制动扭矩，以便当监测到风力发电机组不能够产生制动扭矩时，可以根据当前测量到的各叶片的桨距角采用两段式变桨速收桨方式完成停机，由此实现了对运转中的风力发电机组的停机操作，同时也有效降低了发电机因脱网无法产生制动扭矩且遭遇较大的阵风时风力发电机组塔架的极限负荷。
附图说明
图1为本发明提供的控制风力发电机组停机的方法一个实施例的方法流程图；
图2为本发明提供的控制风力发电机组停机的方法另一个实施例的方法流图；
图3为本发明提供的控制风力发电机组停机的装置一个实施例的结构示意图。
附图标号说明
31-测量模块、32-监测模块、33-第一控制模块；34-第二控制模块。
具体实施方式
本发明的实施例提供的方案能够实时测量风力发电机组各叶片的桨距角，从而在监测到风力发电机组不能够产生制动扭矩时，可以根据当前测量到的各叶片的桨距角的平均桨距角来控制叶片以两种收桨速度先后结合的方式完成停机。本发明实施例的技术方案可以适用于各种风力发电机组。需要说明的是，本发明的实施例及实施例中的特征在不冲突的前提下可以相互结合。
图1为本发明提供的控制风力发电机组停机的方法一个实施例的方法流程图，该方法的执行主体可以为风力发电机组中控制风机停机的系统，或是集成在该系统中的控制装置或模块。如图1所示，该控制风力发电机组停机的方法具体包括：
S101，实时测量风力发电机组各叶片的桨距角，并实时监测风力发电机组是否能够产生制动扭矩；
风力发电机组(以下简称机组)在工作期间，风机停机存在三种情况：一是监督检查到故障触发停机；二是小风停机或大风切出停机；三是机组定期维护巡检时的手动停机。本实施例提供的是针对故障停机中机组因脱网或其它故障导致停机并且机组的发电机无法产生制动扭矩时的一种停机方法。
在机组工作期间，首先需要测量和监测装置实时测量机组各叶片的桨距角，并实时监测机组是否能够产生制动扭矩，根据测量得到的机组各叶片的桨距角的变化情况可以在一定程度上获悉当前风速的大小。这是因为：机组在额定风速以下时，为了能够使叶轮最大效率捕获风能，桨距角会维持在最优位置不变，机组在额定风速以上时，通过比例积分控制器(Proportional Integral Controller，PIC)自动调节桨距角以控制机组恒功率运行，并且风速越大桨距角越大。监测机组是否能够产生制动扭矩是触发本实施例中根据叶片对应的桨距角控制叶片的收桨速度的条件。
S102，当监测到风力发电机组不能够产生制动扭矩，且当前测量到的各叶片对应的桨距角的平均桨距角小于预设的桨距角阈值时，控制各叶片以第一收桨速度收桨，并记录以第一收桨速度收桨的第一时间；
现有技术中，当监测到风力发电机组不能够产生制动扭矩时，可通过控制叶片收桨来实现风机停机。常采用的方法是通过匀速收桨来实现风机停机，但这种方法没有考虑当前风速的情况。当出现较强的阵风，并且机组在额定风速附近停机，如果初始阶段收桨速率过慢，会导致气动载荷无法快速卸掉而使塔架载荷过大，如果收桨速率过快并且收桨速率恒定，又会因“气弹”效应使塔架载荷过大；当机组在较大风速附近停机，若停机速率较快，也会使塔架载荷过大。
本实施例中，给出了一种根据当前的风速来合理控制收桨速度的解决方案。由于前述内容提到风机的叶片对应的桨距角在一定程度上反映了当前风速大小的情况，因此，本实施中根据当前测量到的各叶片的桨距角采用两段式变桨速收桨方式收桨以完成停机，两段式变速收桨为通过大小不同的两个速度完成收桨过程。当测量到的各叶片对应的桨距角的平均桨距角小于预设的桨距角阈值时，控制各叶片以第一收桨速度收桨，并记录以第一收桨速度收桨的第一时间。
优选地，可以先对实时测量的各叶片对应的桨距角构成的波形信号进行一阶低通滤波处理，各叶片的一阶低通滤波处理后的桨距角的整体平均值即为平均桨距角。桨距角阈值为间接表征风速大小的一个固定桨距角值，是一个用于判定是否需要进行两段式变桨速收桨的临界值，本实施例中该桨距角阈值可以为8度～20度之间的任一值。
若当前获得的平均桨距角小于桨距角阈值，则表征当前风速较小，为尽量减少风机停机过程中机组塔架承受的负荷，则先采用速度较大的第一收桨速度，实现收桨停机过程，同时在收桨过程中记录以第一收桨速度收桨的持续时间，即上述第一时间。
S103，当第一时间超出预设的时间阈值时，控制各叶片以第二收桨速度收桨直到各叶片的平均桨距角达到停机角度；第一收桨速度大于第二收桨速度；
当风机以第一收桨速度收桨的第一时间超出了预设的时间阈值时，则采用速度较低的第二收桨速度继续完成风机的收桨过程直到各叶片的平均桨距角达到停机角度，如88度。其中，预设的时间阈值可通过公式：Time_Threshold＝0.5/Tower_f计算获得，其中，Time_Threshold为上述时间阈值，Tower_f为机组塔架的一阶固有频率。该时间阈值与上述桨距角阈值存在关联关系，即在确定风机以第一收桨速度实现快速收桨超过时间阈值规定的时间后，可认为当前机组塔架承受的气动载荷以基本达到可承受范围，而此时继续采用速度较低的第二收桨速度可以减小因“气弹”效应导致的塔架载荷过大。
当然，如果风机以第一收桨速度收桨的第一时间未到达预设的时间阈值时，上述平均桨距角已达到停机角度，则收桨停机过程停止。
在实际应用场景中还可能出现上述平均桨距角不小于桨距角阈值的情况，针对该情况可执行如图2所示的控制风力发电机组停机的方法。图2所示实施例可视为图1所示实施例的拓展方法，即在图1所示实施例的基础上在步骤101之后增加了一种收桨的执行方式，包括：
S104，当监测到风力发电机组不能够产生制动扭矩，且当前测量到的各所述叶片对应的桨距角的平均桨距角不小于预设的桨距角阈值时，控制各叶片以第二收桨速度收桨直到各叶片的平均桨距角达到停机角度；
如果当前获得的平均桨距角不小于桨距角阈值，则表征当前风速较大，可采用速度较低的第二收桨速度直接完成收桨过程，直到各叶片的平均桨距角达到上述停机角度。
进一步的，本实施例中的第一收桨速度和第二收桨速度是根据不同机型机组以及风机机型的特点运用仿真技术获得的经验值。其中，第一收桨速度的取值范围为4度/秒～7度/秒；第二收桨速度的取值范围为2度/秒～3度/秒。
本发明实施例提供的控制风力发电机组停机的方法，通过实时测量风力发电机组各叶片的桨距角，并实时监测风力发电机组是否能够产生制动扭矩，从而当监测到风力发电机组不能够产生制动扭矩时，根据当前测量到的各叶片的桨距角的平均桨距角采用两段式变桨速收桨方式收桨，完成停机。该方案即实现了对风力发电机组的停机过程，同时在具体收桨过程中根据叶片的桨距角引入了第一收桨速度和第二收桨速度相结合的两段式变桨速收桨方式进行收桨，有效降低了风机停机时机组塔架的极限载荷。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
图3为本发明提供的控制风力发电机组停机的装置一个实施例的结构示意图，可用于执行图1所示实施例的方法步骤，如图3所示，该控制风力发电机组停机的装置具体包括：测量模块31、监测模块32、第一控制模块33和第二控制模块34；其中：
测量模块31，用于实时测量风力发电机组各叶片的桨距角；
监测模块32，用于实时监测风力发电机组是否能够产生制动扭矩；
第一控制模块33，用于当监测模块31监测到风力发电机组不能够产生制动扭矩，且测量模块31当前测量到的各叶片对应的桨距角的平均桨距角小于预设的桨距角阈值时，控制各叶片以第一收桨速度收桨，并记录以第一收桨速度收桨的第一时间；
第二控制模块34，用于当第一时间超出预设的时间阈值时，控制各叶片以第二收桨速度收桨直到各叶片的平均桨距角达到停机角度；
其中，第一收桨速度大于第二收桨速度。
进一步，上述第二控制模块34还用于：当监测模块32监测到风力发电机组不能够产生制动扭矩，且测量模块31当前测量到的各叶片对应的桨距角的平均桨距角不小于预设的桨距角阈值时，控制各叶片以第二收桨速度收桨直到各叶片的平均桨距角达到停机角度。
进一步的，上述时间阈值为根据公式：Time_Threshold＝0.5/Tower_f计算获得，其中，Time_Threshold为时间阈值，Tower_f为风力发电机组的塔架的一阶固有频率。
进一步的，上述桨距角阈值的取值范围可以为8度～20度；第一收桨速度的取值范围可以为4度/秒～7度/秒；第二收桨速度的取值范围可以为2度/秒～3度/秒。
上述图2所示实施例的方法步骤可通过本实施例所示的控制风力发电机组停机的装置执行，在此对其方法原理不做赘述。
本发明实施例提供的控制风力发电机组停机的装置，能够实时测量风力发电机组各叶片的桨距角，并实时监测风力发电机组是否能够产生制动扭矩，从而当监测到风力发电机组不能够产生制动扭矩时，可以根据当前测量到的各叶片对应的桨距角采用两段式变桨速收桨方式收桨，完成停机。该方案即实现了对风力发电机组的停机过程；同时，在具体收桨过程中根据叶片的桨距角引用了第一收桨速度和第二收桨速度相结合的两段式变桨速收桨方式进行收桨，给出了一种具体可行的实现方式，有效降低了风机停机时机组塔架的极限载荷。
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。

Claims (8)

1.一种控制风力发电机组停机的方法，其特征在于，包括：
实时测量风力发电机组各叶片的桨距角，并实时监测所述风力发电机组是否能够产生制动扭矩；
当监测到所述风力发电机组不能够产生制动扭矩，且当前测量到的各所述叶片对应的桨距角的平均桨距角小于预设的桨距角阈值时，控制各所述叶片以第一收桨速度收桨，并记录以所述第一收桨速度收桨的第一时间；
当所述第一时间超出预设的时间阈值时，控制各所述叶片以第二收桨速度收桨直到各所述叶片的平均桨距角达到停机角度；
其中，所述第一收桨速度大于所述第二收桨速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当监测到所述风力发电机组不能够产生制动扭矩，且当前测量到的各所述叶片对应的桨距角的平均桨距角不小于预设的桨距角阈值时，控制各所述叶片以所述第二收桨速度收桨直到各所述叶片的平均桨距角达到停机角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述时间阈值为根据公式：
Time_Threshold＝0.5/Tower_f计算获得；
其中，所述Time_Threshold为所述时间阈值，所述Tower_f为所述风力发电机组的塔架的一阶固有频率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述桨距角阈值的取值范围为8度～20度；
所述第一收桨速度的取值范围为4度/秒～7度/秒；
所述第二收桨速度的取值范围为2度/秒～3度/秒。
5.一种控制风力发电机组停机的装置，其特征在于，包括：
测量模块，用于实时测量风力发电机组各叶片桨距角；
监测模块，用于实时监测所述风力发电机组是否能够产生制动扭矩；
第一控制模块，用于当监测到所述风力发电机组不能够产生制动扭矩，且当前测量到的各所述叶片对应的桨距角的平均桨距角小于预设的桨距角阈值时，控制各所述叶片以第一收桨速度收桨，并记录以所述第一收桨速度收桨的第一时间；
第二控制模块，用于当所述第一时间超出预设的时间阈值时，控制各所述叶片以第二收桨速度收桨直到各所述叶片的平均桨距角达到停机角度；
其中，所述第一收桨速度大于所述第二收桨速度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二控制模块还用于：
当监测到所述风力发电机组不能够产生制动扭矩，且当前测量到的各所述叶片对应的桨距角的平均桨距角不小于预设的桨距角阈值时，控制各所述叶片以所述第二收桨速度收桨直到各所述叶片的平均桨距角达到停机角度。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述时间阈值为根据公式：
Time_Threshold＝0.5/Tower_f计算获得；
其中，所述Time_Threshold为所述时间阈值，所述Tower_f为所述风力发电机组的塔架的一阶固有频率。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述桨距角阈值的取值范围为8度～20度；
所述第一收桨速度的取值范围为4度/秒～7度/秒；
所述第二收桨速度的取值范围为2度/秒～3度/秒。
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