CN105526046A - 风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法，系统包括控制系统、电动泵和加热系统。当齿轮箱油温低于一定值，齿轮箱润滑系统进入低温启动状态后，控制系统控制桨叶变桨至一定角度，维持齿轮箱空载旋转以搅拌润滑油，使得齿轮箱的油温均匀升高，直到高速轴转速维持在设定值时，控制系统开启加热系统。当齿轮箱油温达到最低启机油温后，控制系统预启动电动泵至低速状态，并对电动泵负载电流进行监测，当电动泵负载电流不能满足齿轮箱润滑系统启动条件时，风电机组继续空载旋转并保持对齿轮箱进行加热。本发明能够确保风机低温启动过程的安全运行，加快风机在低温情况下的启动过程，降低工作人员的劳动强度，提高风机发电量。

Description

风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其是涉及一种应用于风力发电机组在低温空载运行条件下的加热控制系统及方法。

背景技术

我国的风资源基本都集中在北部地区(东北、华北、西北)，风资源季节性分布也很不平衡，基本都集中在秋季、冬季和春季。秋冬季节气温寒冷，齿轮箱长时间停机后齿轮箱油温很低，润滑油的粘稠性变大，重新启动风机时难以达到启动条件。同时，常规启动风机易造成润滑系统部件损坏，造成机组启动困难或导致故障。目前，现有技术中的低温启动系统和方法都不能兼顾低温启动过程中油泵电机的安全性，同时保证低温安全启动所耗的时间最少。

在现有技术中，与本发明申请较为相近的主要有以下技术方案：

现有技术1为由国电联合动力技术有限公司于2013年04月11日申请，并于2013年07月10日公开，公开号为CN103195652A的中国发明专利申请《一种风力发电机组低温启动控制方法》。该发明公开了一种风力发电机组低温启动控制方法，当风速达到切入风速后，机组由于齿轮箱油温低或发电机绕组温度低而不满足启动条件时，机组从待机模式进入冷启动模式，齿轮箱加热器及发电机加热器开启，同时风机桨叶打开一定角度，使风轮以某一速度空转（不发电），利用机组的旋转搅动齿轮箱的润滑油和润滑脂，加快润滑油、润滑脂的升温，还可利用润滑油泵加快润滑油的循环，加快润滑油加热，冷启动模式可以根据机组及外部条件自动进入运行模式、停机模式或待机模式。

现有技术2为由陈景新于2011年12月发表在《能源工程》2011年第6期36至39页的论文《风电主齿箱系统低温待机方案的研究》。该论文对风机齿轮箱系统待机时齿轮箱的加热及散热过程进行了计算，对循环周期内各时段润滑油的温度进行推算，并对风机待机下齿轮箱的加热及电动泵的启动作了一定的分析，提出了在风机待机时更改电动泵的启动周期来维持电动泵的正常工作。

但是无论是现有技术1，还是现有技术2都未充分考虑风机齿轮箱润滑油在低温粘稠时如何实现电动泵启动准确控制的技术问题，不合理的启动电动泵会造成泵的损坏。电动泵电机在过载时会产生较大电流，而在正常情况下电动泵是否过载的原因主要包括：润滑油的粘稠度及油路冷却结构情况。根据粘稠度的定义（液体内部运动所受到的阻力）可以分析出，润滑油温高低、润滑油类型都对粘稠度的大小有直接影响，油路冷却结构对润滑油在运动过程中受到阻力也有直接影响。现有技术1中只提到了齿轮箱油温达到0℃时，启动润滑油泵，不能准确判断0℃启动电动泵是否会过载，以及能否在0℃以下安全启动电机，从而缩短启动时间。同时，现有技术在风机进入低温启动前未考虑风机能否安全进入该状态。现有技术1中提到了风机低温时启动变桨，使风机空转，但此时如果风机还存在启动故障，空转可能使风机导致严重问题，如在空转时变桨电池故障，若发生风机断电，风机会存在不能停机的风险.而对于现有技术2，同样利用油温来控制电动泵的运行，其只考虑了风机待机时（即不断电时）风机电动泵的控制，也同样存在与现有技术1的技术问题。

因此，为了解决现有技术中存在的以上技术问题，需要对高寒地区齿轮箱润滑系统低温启动控制系统及控制方法进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法，确保风机低温启动过程的安全运行，保证风机齿轮箱润滑电动泵不受损坏，加快风机在低温情况下的启动过程，降低工作人员的劳动强度，提高风机发电量。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种风力发电机组低温空载运行加热控制系统的技术实现方案，风力发电机组低温空载运行加热控制系统，包括：控制系统、电动泵和加热系统。当齿轮箱的油温低于一定值，齿轮箱润滑系统进入低温启动状态后，所述控制系统控制桨叶变桨至一定角度，维持齿轮箱空载旋转以搅拌润滑油，并使得齿轮箱的油温均匀升高，直到齿轮箱的高速轴转速维持在设定值时，所述控制系统开启所述加热系统对所述齿轮箱进行加热。当齿轮箱的油温达到最低启机油温后，所述控制系统预启动所述电动泵至低速状态，并对所述电动泵的负载电流进行监测，当所述电动泵的负载电流不能满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，风电机组继续空载旋转并保持对齿轮箱进行加热，此后所述控制系统每隔一定时间预启动一次所述电动泵。当所述电动泵的负载电流满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，所述电动泵停止工作，齿轮箱润滑系统退出低温启动状态并正常启动，风电机组正常运行。

优选的，所述风电机组正常运行时，当条件满足齿轮箱的油压达到一定值，需要启动电动泵至高速状态时，所述控制系统对所述电动泵的负载电流进行监测，当负载电流小于过载电流时，所述电动泵正常启动至高速状态，否则电动泵持续运行在低速状态直到满足高速状态的运行条件。

优选的，当所述齿轮箱的高速轴转速维持在不低于300rpm的设定值时，所述控制系统开启所述加热系统对所述齿轮箱的润滑油和所述电动泵的进油口进行加热，并对所述加热系统的加热时间进行定时；如果设定的加热时间到达，所述风电机组仍然处于齿轮箱的油温过低故障中，则风电机组低温启动失效。

优选的，当所述齿轮箱的油温到达-5℃，且加热系统的加热时间在设定的时间范围内，所述控制系统在设定的时间内预启动所述电动泵至低速状态，对所述电动泵的负载电流进行监测，并在此后每隔8～12分钟预启动一次所述电动泵。

优选的，当风电机组停机后，所述风电机组在自检状态下对风机状态、故障信息，以及齿轮箱的油温进行判断，当风电机组除了齿轮箱的油温低于一定阈值外，满足正常启机的其他条件时，所述风电机组进入齿轮箱润滑系统低温启动状态，所述控制系统通过PID变桨闭环控制使所述齿轮箱的高速轴转速维持在设定值。所述齿轮箱进一步包括机械泵，齿轮箱工作带动机械泵运行，所述机械泵辅助所述齿轮箱搅拌润滑油；如果所述风电机组在齿轮箱润滑系统低温启动过程中发生故障，则风电机组进入故障停机状态。

本发明还另外具体提供了一种风力发电机组低温空载运行加热控制方法的技术实现方案，风力发电机组低温空载运行加热控制方法，包括以下步骤：

S101：当齿轮箱的油温低于一定值，齿轮箱润滑系统进入低温启动状态后，风电机组的桨叶变桨至一定角度，维持齿轮箱空载旋转以搅拌润滑油，并使得齿轮箱的油温均匀升高；

S102：当所述齿轮箱的高速轴转速维持在设定值时，加热系统对所述齿轮箱进行加热；

S103：当齿轮箱的油温达到最低启机油温后，预启动电动泵至低速状态，并对所述电动泵的负载电流进行监测，当所述电动泵的负载电流不能满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，风电机组继续空载旋转并保持对齿轮箱进行加热，此后所述电动泵每隔一定时间预启动一次；

S104：当所述电动泵的负载电流满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，所述电动泵停止工作，齿轮箱润滑系统退出低温启动状态并正常启动，风电机组正常运行。

优选的，所述控制方法还包括步骤S105，该步骤进一步包括以下过程：

在所述风电机组正常运行时，当条件满足齿轮箱的油压达到一定值，需要启动电动泵于高速状态时，对所述电动泵的负载电流进行监测，当负载电流小于过载电流时，所述电动泵正常启动至高速状态，否则电动泵持续运行在低速状态直到满足高速状态的运行条件。

优选的，所述步骤S102进一步包括以下过程：

通过PID变桨闭环控制使所述齿轮箱的高速轴转速维持在设定值，同时机械泵辅助所述齿轮箱搅拌润滑油。当所述齿轮箱的高速轴转速维持在不低于300rpm的设定值时，所述加热系统对所述齿轮箱的润滑油和所述电动泵的进油口进行加热，并对所述加热系统的加热时间进行定时。如果定时的加热时间到达，所述风电机组仍然处于齿轮箱的油温过低故障中，则风电机组低温启动失效。

优选的，所述步骤S103进一步包括以下过程：

当所述齿轮箱的油温到达-5℃，且加热系统的加热时间在设定的时间范围内，所述电动泵在设定的时间内预启动至低速状态，对所述电动泵的负载电流进行监测，并在此后每隔8～12分钟预启动一次所述电动泵。

优选的，所述控制方法还包括步骤S100，该步骤进一步包括以下过程：

S100：当风电机组停机后，所述风电机组在自检状态下对风机状态、故障信息，以及齿轮箱的油温进行判断，当风电机组除了齿轮箱的油温低于一定阈值外，满足正常启机的其他条件时，所述风电机组进入齿轮箱润滑系统低温启动状态。如果所述风电机组在齿轮箱润滑系统低温启动过程中发生故障，则风电机组进入故障停机状态。

通过实施上述本发明提供的风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法，具有如下有益效果：

（1）本发明控制系统及其方法在现有启动逻辑中加入了润滑系统低温启动状态，为了保证风电机组安全进入低温启动状态而对风机进行安全检测，保证风机的安全运行在低温启动状态；为了实现齿轮箱油脂的循环，防止齿轮箱润滑油长时间加热而变质，加入了风机空载加热运行控制策略，同时对齿轮箱的加热时间进行控制，保证了齿轮箱油脂的加热效果；

（2）本发明控制系统及其方法通过采用电动泵预启动并监测电动泵负载电流的控制系统及方法，避免了电动泵在油温过低启动时的过载损坏，降低了风电机组运行的故障率，提高了齿轮箱润滑系统的可靠性；

（3）本发明控制系统及其方法在高速泵正常运行逻辑上加入了预启动和负载电流监测，从而避免了高速泵的损坏；

（4）本发明控制系统及其方法增强了齿轮箱润滑系统的低温启动能力和可靠性，极大地缩短了风电机组的低温启动时间，降低了整机故障率，降低了现场工作人员的劳动强度，特别适合在高寒地区推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本发明风力发电机组低温空载运行加热控制系统一种具体实施方式的系统结构框图；

图2是本发明风力发电机组低温空载运行加热控制方法一种具体实施方式的程序流程图；

图中：1-桨叶，2-齿轮箱，3-控制系统，4-电动泵，5-加热系统，6-机械泵，7-发电机，8-变流器，9-电气系统。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

PID：Proportion-Integral-Differential，比例积分微分控制的简称。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1和2所示，给出了本发明风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

在我国的一些高寒地区，秋冬季节气温寒冷，风力发电机组的齿轮箱长时间停机后再次重启难以达到启动条件，易造成润滑系统部件损坏，从而引起风电机组启机困难或导致故障。目前，现有技术中能够查阅到的风电机组低温启动方法都不能兼顾低温启动过程中电动泵的安全性，同时还要保证风电机组低温安全启动耗时少。为了解决上述问题，本发明具体实施例提出了一种适用于高寒地区的风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法。

实施例1：

如附图1所示，整个风力发电系统包括：桨叶1、齿轮箱2、控制系统3、发电机7、变流器8和电气系统9。风能带动风电机组的桨叶1转动，齿轮箱2的低速轴与桨叶1相连，桨叶1带动齿轮箱2转动，齿轮箱2的高速轴与发电机7相连，由发电机7将机械能转化为电能，再经过变流器8进行电能变换后，最终通过电气系统9将电能传输至电网。控制系统3实现整个风力发电系统的控制功能。风电机组低温空载运行加热控制系统的具体实施例，包括：控制系统3、电动泵4和加热系统5。当齿轮箱2的油温低于一定值，齿轮箱润滑系统进入低温启动状态后，控制系统3控制桨叶1变桨至一定角度，维持齿轮箱2空载旋转以搅拌润滑油，并使得齿轮箱2的油温均匀升高，直到齿轮箱2的高速轴转速维持在设定值时，控制系统3开启加热系统5对齿轮箱2进行加热。当齿轮箱2的油温达到最低启机油温后，控制系统3预启动电动泵4（即油泵电机）至低速状态，并对电动泵4的负载电流进行监测。电动泵4的负载电流值，其大小反应电动泵4的负载情况，进而表明齿轮箱润滑系统中油脂的粘稠情况和冷却结构情况。当电动泵4的负载电流不能满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，风电机组继续空载旋转并保持对齿轮箱2进行加热，此后控制系统3每隔一定时间预启动一次电动泵4，抽走位于电动泵4的进油口部位的热油。当电动泵4的负载电流满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，电动泵4停止工作，齿轮箱润滑系统退出低温启动状态并正常启动，风电机组正常运行。

本发明上述具体实施例描述的风电机组低温空载运行加热控制系统为了完成齿轮箱润滑系统在低温启动时的安全控制，在风电机组启机时对风机状态及故障进行检测，确认有且仅有齿轮箱低温故障后（无其他任何故障）进入齿轮箱润滑系统低温启动状态。当风速达到切入风速后，风电机组启机时进入自检状态，并根据风机状态、故障信息，以及温度条件判断是否进入齿轮箱润滑系统低温启动状态。在满足条件时，自动运行低温启动状态的相关逻辑，否则直接启动齿轮箱润滑系统，风电机组正常启机。

风电机组正常运行时，当条件满足电动泵4在低速启动的情况下齿轮箱2的油压小于一定值（如本发明一种典型的具体实施例为0.5bar），需要启动电动泵4至高速状态时，控制系统3对所电动泵4的负载电流进行监测，当负载电流小于过载电流时，电动泵4正常启动至高速状态，否则电动泵4持续运行在低速状态直到满足高速状态的运行条件。

当齿轮箱2的高速轴转速维持在不低于300rpm的设定值时，控制系统3开启加热系统5对齿轮箱2的润滑油和电动泵4的进油口进行加热，并对加热系统5的加热时间进行定时。如果设定的加热时间到达，风电机组仍然处于齿轮箱2的油温过低故障中，则风电机组低温启动失效。

当齿轮箱2的油温到达-5℃，且加热系统5的加热时间在设定的时间范围内，控制系统3在设定的时间内预启动电动泵4至低速状态，对电动泵4的负载电流进行监测，并在此后每隔8～12分钟预启动一次电动泵4。

当风电机组停机后，风电机组在自检状态下对风机状态、故障信息，以及齿轮箱2的油温进行判断，当风电机组除了齿轮箱2的油温低于一定阈值外，满足正常启机的其他条件时，风电机组进入齿轮箱润滑系统低温启动状态，控制系统3通过PID变桨闭环控制使齿轮箱2的高速轴转速维持在设定值。齿轮箱2进一步包括机械泵6，齿轮箱2工作带动机械泵6运行，机械泵6辅助齿轮箱2搅拌润滑油。如果风电机组在齿轮箱润滑系统低温启动过程中发生故障，则风电机组进入故障停机状态。

作为本发明一种典型的具体实施例，当风电机组停机后，有且仅有因齿轮箱润滑系统低温故障，风电机组进入低温启动状态，利用变桨闭环控制算法，以转速为控制目标，通过变桨来维持齿轮箱（变比为98.04）高速轴300rpm的空载旋转速度。此时，风电机组的空转会使得齿轮箱2的机械泵6启动，辅助齿轮箱2搅拌润滑油，并使得油温均匀升高，待风电机组的齿轮箱2的高速轴转速维持在300rpm时开启齿轮箱2加热，待条件满足时退出低温启动状态，进入正常启机模式。

实施例2：

如附图2所示，一种风电机组低温空载运行加热控制方法的具体实施例，包括以下步骤：

S101：当齿轮箱2的油温低于一定值，齿轮箱润滑系统进入低温启动状态后，风电机组的桨叶1变桨至一定角度（通过风速自动调节），维持齿轮箱2空载旋转（此时发电机7不发电）以搅拌润滑油，并使得齿轮箱2的油温均匀升高；

S102：当齿轮箱2的高速轴转速维持在设定值时，加热系统5对齿轮箱2进行加热，此时不会造成因局部加热造成的润滑油油脂变质；

S103：当齿轮箱2的油温达到最低启机油温（一种典型的具体实施例为-5℃）后，预启动电动泵4至低速状态（电动泵4有低速和高速两种运行状态，分别简称为高速泵和低速泵），并对电动泵4的负载电流进行监测，当电动泵4的负载电流不能满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，禁止启动电动泵4于低速状态，风电机组继续空载旋转并保持对齿轮箱2进行加热，此后电动泵4每隔一定时间（作为本发明一种较佳的具体实施例，每隔10分钟预启动电动泵一次）预启动一次，并检测电动泵4的负载电流（即油泵电机的电流）；

S104：当电动泵4的负载电流满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，电动泵4停止工作（搅动），齿轮箱润滑系统退出低温启动状态并正常启动，风电机组正常运行。

作为本发明一种典型的具体实施例，当电动泵4的负载电流满足启动条件时，直接启动齿轮箱润滑系统并按照正常逻辑运行，此时给定一个低温启动成功标志位，风电机组齿轮箱润滑系统低温启动状态结束。

上述具体实施例描述的风电机组低温空载运行加热控制方法实现了低温情况下齿轮箱润滑系统安全、快速、可靠的启动，确保了风电机组低温启动过程中的安全运行，保证风电机组齿轮箱润滑系统的电动泵4不受损坏，加快风电机组在低温情况下的启动过程，降低了工作人员的劳动强度，提高了风电机组的发电量。

控制方法还包括步骤S105，该步骤进一步包括以下过程：

在风电机组正常运行时，当条件满足电动泵4在低速启动的情况下齿轮箱2的油压小于一定值，需要启动电动泵4于高速状态时，对电动泵4的负载电流进行监测，当负载电流小于过载电流时，电动泵4正常启动至高速状态，否则电动泵4持续运行在低速状态直到满足高速状态的运行条件。

步骤S102进一步包括以下过程：

通过PID变桨闭环控制使齿轮箱2的高速轴转速维持在设定值，同时机械泵6辅助齿轮箱2搅拌润滑油。当齿轮箱2的高速轴转速维持在不低于300rpm的设定值时，加热系统5对齿轮箱2的润滑油和电动泵4的进油口进行加热，并对加热系统5的加热时间进行定时。如果定时的加热时间到达，风电机组仍然处于齿轮箱2的油温过低故障中，则风电机组低温启动失效。电动泵4的进油口加热是基于大量的齿轮箱润滑系统油压实施数据得出的，该方法配合定时预启动电动泵4的控制极大地增强了低温启机时润滑油的流动效果。通过实验测试，在低温下电动泵4的出油压力为12bar左右，而吸油压力却只有-0.4bar。因此，润滑油的粘度对电动泵4的影响主要体现在吸油方面。采用电动泵4进油口加热可以显著提高吸油口的油温，使润滑油的粘度下降，通过改善电动泵4的吸油压力来缩短电动泵4的启动过程。

步骤S103进一步包括以下过程：

当齿轮箱2的油温到达-5℃，且加热系统5的加热时间在设定的时间范围内，电动泵4在设定的时间内预启动至低速状态，对电动泵4的负载电流进行监测，并在此后每隔8～12分钟预启动一次电动泵4。作为本发明一种典型的具体实施例，电动泵4每隔10分钟预启动一次。电动泵4预启动控制一方面保护了电动泵4的不恰当启动，另一方面适时抽走电动泵4进油口附近已加热的油脂，加强了电动泵4进油口热油的流动性，增强了整个齿轮箱润滑系统的加热效果，同时能够防止油脂由于高温而变质而损坏齿轮箱2。为了兼顾设备安全和缩短启动时间，本发明具体实施例将基于对齿轮箱润滑系统电动泵4的负载电流作为监控目标，这样即可以保护电动泵4的启动安全，也兼顾了低温启机的快速性。

控制方法还包括步骤S100，该步骤进一步包括以下过程：

S100：当风电机组停机后，风电机组在自检状态下对风机状态、故障信息，以及齿轮箱2的油温进行判断，当风电机组除了齿轮箱2的油温低于一定阈值导致风电机组故障外无任何其他故障，满足正常启机的其他条件时，此时因齿轮箱2的油温未达到最低启机油温条件（最低启机油温条件指风电机组在该条件下可试启机，但是否能够启机还需要满足其他条件），风电机组进入齿轮箱润滑系统低温启动状态。如果风电机组在齿轮箱润滑系统低温启动过程中发生故障，则风电机组进入故障停机状态。

实施例3:

本实施例以1.65MW风力发电机组的实际运行数据为例，来对本发明风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法的技术实现方案进行详细说明。

当风电机组停机后，风机在自检状态下对风机状态、故障信息及齿轮箱润滑油温的进行判断，当风电机组除了齿轮箱油温低于一定阈值外，满足正常启机的其他条件，此时风电机组进入齿轮箱润滑系统低温启动状态，如果在低温启动过程中发生故障，风电机组故障停机。为了让风电机组在齿轮箱润滑油加热过程中，尽可能地在加快加热速度（风轮输入的机械能基本上转化为热能）同时保证被加热系统5加热的润滑油不变质，通过PID变桨闭环控制，实现齿轮箱2的高速轴转速维持在300rpm。当转速条件满足后启动齿轮箱润滑油加热和电动泵4进油口加热，为了避免加热时间过长，控制系统3设定加热时间（作为保护使用），当齿轮箱2的润滑油温到达-5℃后预启动电动泵4，之后每隔10分钟预启动电动泵4一次。在启动电动泵4时，监测电动泵4的负载电流，其负载电流大小可以表明齿轮箱润滑系统油脂的粘稠度，以及润滑油在电动泵4的冷却油管中受到阻力的大小情况。当电动泵4的负载电流满足齿轮箱润滑系统启动条件时，齿轮箱润滑系统直接启动，否则加热系统5继续进行加热，直到条件满足，电动泵4停止搅动，齿轮箱润滑系统正常启动，子状态退出低温启动状态，风电机组正常运行。电动泵4预启动控制一方面保护了电动泵4的不恰当启动，另一方面适时抽走电动泵4进油口附近已加热的油脂，加强了电动泵4进油口热油的流动性，增强了整个齿轮箱润滑系统的加热效果，同时防止油脂由于高温而变质，进而损坏齿轮箱2。为了兼顾设备安全和缩短启动时间，本发明具体实施例将齿轮箱润滑系统电动泵4的负载电流作为监控目标，这样即可以保护电动泵4的启动安全，又兼顾了低温启机的快速性。

上述具体实施例描述的方案在中国某个北方风场进行了现场验证，分别选取了10台风电机组进行了两次试验，试验效果十分显著。试验风电机组在-20℃的环境温度下停机16小时，未实施本发明技术方案的风电机组重新启机时间平均为3小时，并且有电动泵4（油泵电机）和油泵弹性联轴器损坏的情况发生。而在实施本发明的技术方案后，试验风电机组的平均启机时间缩短为40分钟，并且无部件损坏情况发生。

本发明具体实施例描述的技术方案也可以在手动模式下进行，因此也可应用于低温环境下风电机组的并网调试和低温下的检修操作，这也属于本发明保护的范围。

通过实施本发明具体实施例描述的风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法，能够达到以下技术效果：

（1）本发明具体实施例描述的控制系统及其方法在现有启动逻辑中加入了润滑系统低温启动状态，为了保证风机安全进入低温启动状态而对风机进行安全检测，保证风机的安全运行在低温启动状态；为了实现齿轮箱油脂的循环，防止齿轮箱润滑油由于长时间加热而变质，加入了风机空载加热运行控制策略，同时对齿轮箱的加热时间进行控制，保证了齿轮箱油脂的加热效果；缩短了齿轮箱润滑系统在低温情况下的启动时间，风电机组空载低速运行实现了齿轮箱润滑油的搅动，避免了齿轮箱油脂加热变质，保护了齿轮箱润滑系统的关键部件，进而提高了风电机组的可靠性和可利用率，提升了风电机组的并网响应能力；

（2）本发明具体实施例描述的控制系统及其方法通过采用电动泵预启动并监测电动泵负载电流的控制系统及方法，避免了电动泵在油温过低启动时的过载损坏，降低了风电机组运行的故障率，提高了齿轮箱润滑系统的可靠性；

（3）本发明具体实施例描述的控制系统及其方法为保证风电机组在空转运行的过程中，排除了风电机组可能存在的安全隐患，只有在风电机组一切正常（除了齿轮箱润滑系统低温故障）时，才进入空转运行，在高速泵正常运行逻辑上加入了预启动和负载电流监测，从而避免了高速泵的损坏；通过对电动泵运行时的负载电流进行监测，直接保护油泵电机不发生损坏；

（4）本发明具体实施例描述的控制系统及其方法增强了齿轮箱润滑系统的低温启动能力和可靠性，极大地缩短了风电机组的低温启动时间，降低了整机故障率，降低了现场工作人员的劳动强度，特别适合在高寒地区的风电场进行推广和应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种风电机组低温空载运行加热控制系统，其特征在于，包括：控制系统（3）、电动泵（4）和加热系统（5）；当齿轮箱（2）的油温低于一定值，齿轮箱润滑系统进入低温启动状态后，所述控制系统（3）控制桨叶（1）变桨至一定角度，维持齿轮箱（2）空载旋转以搅拌润滑油，并使得齿轮箱（2）的油温均匀升高，直到齿轮箱（2）的高速轴转速维持在设定值时，所述控制系统（3）开启所述加热系统（5）对所述齿轮箱（2）进行加热；当齿轮箱（2）的油温达到最低启机油温后，所述控制系统（3）预启动所述电动泵（4）至低速状态，并对所述电动泵（4）的负载电流进行监测，当所述电动泵（4）的负载电流不能满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，风电机组继续空载旋转并保持对齿轮箱（2）进行加热，此后所述控制系统（3）每隔一定时间预启动一次所述电动泵（4）；当所述电动泵（4）的负载电流满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，所述电动泵（4）停止工作，齿轮箱润滑系统退出低温启动状态并正常启动，风电机组正常运行。

2.根据权利要求1所述的风电机组低温空载运行加热控制系统，其特征在于：所述风电机组正常运行时，当条件满足，需要启动电动泵（4）至高速状态时，所述控制系统（3）对所述电动泵（4）的负载电流进行监测，当负载电流小于过载电流时，所述电动泵（4）正常启动至高速状态，否则电动泵（4）持续运行在低速状态直到满足高速状态的运行条件。

3.根据权利要求1或2所述的风电机组低温空载运行加热控制系统，其特征在于：当所述齿轮箱（2）的高速轴转速维持在不低于300rpm的设定值时，所述控制系统（3）开启所述加热系统（5）对所述齿轮箱（2）的润滑油和所述电动泵（4）的进油口进行加热，并对所述加热系统（5）的加热时间进行定时；如果设定的加热时间到达，所述风电机组仍然处于齿轮箱（2）的油温过低故障中，则风电机组低温启动失效。

4.根据权利要求3所述的风电机组低温空载运行加热控制系统，其特征在于：当所述齿轮箱（2）的油温到达-5℃，且加热系统（5）的加热时间在设定的时间范围内，所述控制系统（3）在设定的时间内预启动所述电动泵（4）至低速状态，对所述电动泵（4）的负载电流进行监测，并在此后每隔8～12分钟预启动一次所述电动泵（4）。

5.根据权利要求1、2、4中任一权利要求所述的风电机组低温空载运行加热控制系统，其特征在于：当风电机组停机后，所述风电机组在自检状态下对风机状态、故障信息，以及齿轮箱（2）的油温进行判断，当风电机组除了齿轮箱（2）的油温低于一定阈值外，满足正常启机的其他条件时，所述风电机组进入齿轮箱润滑系统低温启动状态，所述控制系统（3）通过PID变桨闭环控制使所述齿轮箱（2）的高速轴转速维持在设定值；所述齿轮箱（2）进一步包括机械泵（6），齿轮箱（2）工作带动机械泵（6）运行，所述机械泵（6）辅助所述齿轮箱（2）搅拌润滑油；如果所述风电机组在齿轮箱润滑系统低温启动过程中发生故障，则风电机组进入故障停机状态。

6.一种风电机组低温空载运行加热控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：当齿轮箱（2）的油温低于一定值，齿轮箱润滑系统进入低温启动状态后，风电机组的桨叶（1）变桨至一定角度，维持齿轮箱（2）空载旋转以搅拌润滑油，并使得齿轮箱（2）的油温均匀升高；

S102：当所述齿轮箱（2）的高速轴转速维持在设定值时，加热系统（5）对所述齿轮箱（2）进行加热；

S103：当齿轮箱（2）的油温达到最低启机油温后，预启动电动泵（4）至低速状态，并对所述电动泵（4）的负载电流进行监测，当所述电动泵（4）的负载电流不能满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，风电机组继续空载旋转并保持对齿轮箱（2）进行加热，此后所述电动泵（4）每隔一定时间预启动一次；

S104：当所述电动泵（4）的负载电流满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，所述电动泵（4）停止工作，齿轮箱润滑系统退出低温启动状态并正常启动，风电机组正常运行。

7.根据权利要求6所述的风电机组低温空载运行加热控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤S105，该步骤进一步包括以下过程：

在所述风电机组正常运行时，当条件满足，需要启动电动泵（4）于高速状态时，对所述电动泵（4）的负载电流进行监测，当负载电流小于过载电流时，所述电动泵（4）正常启动至高速状态，否则电动泵（4）持续运行在低速状态直到满足高速状态的运行条件。

8.根据权利要求6或7所述的风电机组低温空载运行加热控制方法，其特征在于，所述步骤S102进一步包括以下过程：

通过PID变桨闭环控制使所述齿轮箱（2）的高速轴转速维持在设定值，同时机械泵（6）辅助所述齿轮箱（2）搅拌润滑油；当所述齿轮箱（2）的高速轴转速维持在不低于300rpm的设定值时，所述加热系统（5）对所述齿轮箱（2）的润滑油和所述电动泵（4）的进油口进行加热，并对所述加热系统（5）的加热时间进行定时；如果定时的加热时间到达，所述风电机组仍然处于齿轮箱（2）的油温过低故障中，则风电机组低温启动失效。

9.根据权利要求8所述的风电机组低温空载运行加热控制方法，其特征在于，所述步骤S103进一步包括以下过程：

当所述齿轮箱（2）的油温到达-5℃，且加热系统（5）的加热时间在设定的时间范围内，所述电动泵（4）在设定的时间内预启动至低速状态，对所述电动泵（4）的负载电流进行监测，并在此后每隔8～12分钟预启动一次所述电动泵（4）。

10.根据权利要求6、7、9中任一权利要求所述的风电机组低温空载运行加热控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤S100，该步骤进一步包括以下过程：

S100：当风电机组停机后，所述风电机组在自检状态下对风机状态、故障信息，以及齿轮箱（2）的油温进行判断，当风电机组除了齿轮箱（2）的油温低于一定阈值外，满足正常启机的其他条件时，所述风电机组进入齿轮箱润滑系统低温启动状态；如果所述风电机组在齿轮箱润滑系统低温启动过程中发生故障，则风电机组进入故障停机状态。