CN107061161A - 风力发电机偏航系统的对风方法及对风系统 - Google Patents

风力发电机偏航系统的对风方法及对风系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种风力发电机偏航系统的对风方法，该方法包含：偏航系统根据风速与偏航启动角之间的函数关系，由当前风速获取当前偏航启动角参数；当偏航系统判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角大于当前偏航启动角，则偏航系统控制风力发电机机舱进行偏航；本发明根据当前风速设定偏航的启动角度，偏航启动控制更精细，有效降低偏航系统动作频次，减少偏航齿轮的磨损情况，改善偏航疲劳，提高风机发电量。

Description

风力发电机偏航系统的对风方法及对风系统
技术领域
本发明涉及一种风力发电机控制技术，具体涉及一种风力发电机偏航系统的对风方法及对风系统。
背景技术
目前，现有技术中对于风力发电机的偏航系统对风的控制策略包含有设定偏航启动角度，偏差角度为实际的机舱与风向之间的夹角，而风机正常工作允许的偏差角度界限值即为偏航启动角度，风力发电机工作时其控制系统时刻检测风向和机舱的偏差角度，若偏差角度大于相应的偏航启动角度，则控制风力发电机开始偏航，实际操作中，该偏航启动角度为根据实际工艺要求设定的一组固定参数。通常设定偏航启动角度分为两种情况，该两种情况为：“大风”区域和“小风”区域。“大风”区域是指风速大于一个预设的风速分界阈值的情况；“小风”区域是指风速小于该预设的风速分界阈值的情况，其中风速分界阈值的取值范围为7～9m/s之间，当风速大于分界点值则定义为大风，当风速小于分界点值则定义为小风。
现有技术的偏航启动角度是固定值，用参数来确定，对于偏航的启动控制不够精细，对于偏航的频次和发电量的平衡策略不够精细。由于偏航系统动作频繁而引发的偏航频次过多，致使偏航动作频繁使得偏航齿轮有磨损的情况、偏航疲劳。
发明内容
本发明提供一种风力发电机偏航系统的对风方法及对风系统，提高偏航精准度，优化偏航的频次，减少偏航齿轮磨损，提高发电量。
为实现上述目的，本发明提供一种风力发电机偏航系统的对风方法，其特点是，该方法包含：
偏航系统根据风速与偏航启动角参数的关系，由当前风速获取当前偏航启动角参数；
当偏航系统判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角大于当前偏航启动角，则偏航系统控制风力发电机机舱进行偏航；
上述风速与偏航启动角参数的关系包含：需进行偏航的风速区间根据风速值由小至大分为第一区间、第二区间和第三区间；第一区间下，偏航启动角取值a；第二区间下，偏航启动角＝(-1.96*风速+25.775)；第三区间下，偏航启动角取值b；其中，a>(-1.96*风速+25.775)>b。
上述第一区间的风速值范围为：大于等于3米/秒，小于4米/秒；第二区间的风速值范围为大于等于4米/秒，小于7米/秒；第三区间的风速值范围为大于等于7米/秒，小于20米/秒。
上述a的取值范围为大于等于20度，小于等于25度；b的取值范围为大于等于6度，小于等于10度。
当偏航系统判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角小于当前偏航启动角参数，则偏航系统不进行偏航。
当偏航系统判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角大于当前偏航启动角参数，但当前风速处于需进行偏航的风速区间外，则偏航系统不进行偏航。
上述偏航系统判定进行偏航的时刻至开始进行偏航的时刻之间设有延迟时间。
上述偏航启动角参数包含快偏航启动角和慢偏航启动角，快偏航启动角＝慢偏航启动角+c；c的取值范围为大于等于3度，小于等于6度；当偏差角大于慢偏航启动角且小于快偏航启动角则控制风力发电机进行慢偏；当偏差角大于快偏航启动角则控制风力发电机进行快偏。
上述快偏情况下的延迟时间小于慢偏情况下的延迟时间。
一种上述风力发电机偏航系统的对风方法所适用的对风系统，其特点是，该对风系统包含：
偏航启动角测算模块，其实时检测当前风速，根据风速与偏航启动角参数的关系，通过当前风速得到当前的偏航启动角；
偏航判断模块，其检测风力发电机机舱与风向之间的偏差角，判断偏差角大于当前的偏航启动角，则输出偏航触发指令；
偏航控制模块，其接收偏航触发指令，控制风力发电机进行偏航。
本发明风力发电机偏航系统的对风方法及对风系统和现有技术相比，其优点在于，本发明根据当前风速设定偏航的启动角度，偏航启动控制更精细，有效降低偏航系统动作频次，减少偏航齿轮的磨损情况，改善偏航疲劳，提高风机发电量。
附图说明
图1为本发明风力发电机偏航系统的对风方法的方法流程图；
图2为风速与偏航启动角的关系函数一种实施例的曲线图。
具体实施方式
以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。
如图1所示，本发明公开了一种风力发电机偏航系统的对风方法，该方法具体包含以下步骤：
S1、偏航系统实时检测风力发电机所处环境中的当前风速。
S2、偏航系统根据风速与偏航启动角参数的关系，由当前风速获取当前偏航启动角参数。
其中，风速与偏航启动角参数的关系包含：
需进行偏航的风速区间根据风速值由小至大分为第一区间、第二区间和第三区间。第一区间下，偏航启动角取值a；第二区间下，偏航启动角＝(-1.96*风速+25.775)；第三区间下，偏航启动角取值b；其中a≥(-1.96*风速+25.775)≥b。
上述第一区间、第二区间和第三区间，三段区间的分界点的风速值在机组对风载荷承受允许的范围内，可以根据实际环境情况或根据应用的测试获得。例如，可取第一区间的风速值范围为：大于等于3米/秒，小于4米/秒；第二区间的风速值范围为大于等于4米/秒，小于7米/秒；第三区间的风速值范围为大于等于7米/秒，小于20米/秒。
以上，a、b的取值根据测试中获取的有利于风机发电量的数值。a的取值范围为大于等于20度，小于等于25度；b的取值范围为大于等于6度，小于等于10度。
进一步的，偏航启动角参数包含：快偏航启动角和慢偏航启动角。当风力发电机偏转角度较小时可以采用慢偏航启动角判定是否要偏航，当风力发电机偏转角度较大并已经超过慢偏航启动角时则采用快偏航启动角判定是否要偏航。快偏航启动角参数与慢偏航启动角的关系为：快偏航启动角＝(慢偏航启动角+c)。快偏航启动角和慢偏航启动角两种情况下的偏航操作方式下文具体说明。其中，c是根据测试得出的数值，c的取值范围为大于等于3度，小于等于6度。
如式(1)所示，为采用慢偏航启动角与风速的关系式，其中偏航启动角的单位是度，风速的单位是米/秒。
本实施例中取：风速区间为3米/秒至20米/秒，分为：第一区间、第二区间和第三区间，并且在风速区间之外不进行偏航。第一区间的风速值范围是大于等于3米/秒、小于等于4米/秒；第二区间的风速值范围是大于等于4米/秒、小于等于7米/秒；第三区间的风速值取值范围是大于等于7米/秒、小于等于20米/秒。
在当前风速处于第一区间时，偏航启动角取值为20；在当前风速处于第二区间时，偏航启动角取值为(-1.96*风速+25.775)；在当前风速处于第三区间时，偏航启动角取值为8；其中偏航启动角的单位是度。
而快偏航启动角，本实施例中c取4；即在当前风速处于第一区间时，快偏的偏航启动角取值为24；在当前风速处于第二区间时，偏航启动角取值为((-1.96*风速+25.775)+4)；在当前风速处于第三区间时，偏航启动角取值为12；其中偏航启动角的单位是度。
S3、偏航系统判断当前环境中的当前风速是否处于风速区间内，若是，则进行偏航流程，跳转到S4，若否则不进行偏航，跳转回S1。
S4、偏航系统实时检测风力发电机机舱与风向之间的偏差角，并判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角是否大于当前的慢偏航启动角。
若是，当偏航系统判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角大于当前的慢偏航启动角，则偏航系统判定风力发电机机舱进行偏航，并跳转到S5。
当偏航系统判定进行偏航后，在偏航系统测得风力发电机机舱与风向之间的偏差角大于当前偏航启动角的时刻与开始进行偏航的时刻之间设有一段延迟时间。该延迟时间的长短由偏航系统判定进行快偏或慢偏决定。
如图2所示，慢偏表示：当偏差角大于慢偏航启动角，而小于快偏航启动角，则在判定进行偏航后延迟时间较长的慢偏延迟时间后进行偏航；快偏表示：当偏差角大于快偏航启动角，则在判定进行偏航后延迟较短的快偏延迟时间后进行偏航。换言之，快偏和慢偏是根据判定进行偏航与开始偏航之间的延迟时间的调整来实现的，快偏延迟时间小于慢偏延迟时间。本实施例中，快偏延迟时间取40秒，慢偏延迟时间取60秒。
例如，当在某一风速下，测得的偏差角超过慢偏启动角并小于快偏启动角，则偏航系统控制风力发电机机舱进行慢偏，在判定偏航后经过慢偏延迟时间后进行偏航；如果偏差角再增大，超过了快偏启动角，则偏航系统控制风力发电机机舱进行快偏，在判定偏航后经过快偏延迟时间后开始偏航。
若否，当偏航系统判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角小于当前的慢偏航启动角，则偏航系统不进行偏航，跳转回S1。
S5、偏航系统判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角是否大于快偏航启动角，若是，判定为进行快偏，则在判定进行偏航后延时快偏情况下设定的延迟时间，再进行偏航；若否，判定为进行慢偏，则在判定进行偏航后延时慢偏情况下设定的延迟时间，在进行偏航。
完成偏航后跳转回S1，持续进行对风流程。
本发明还公开了一种风力发电机偏航系统的对风系统，该系统包含：偏航启动角测算模块、连接偏航启动角测算模块输出端的偏航判断模块，以及连接偏航判断模块输出端的偏航控制模块。
偏航启动角测算模块用于其实时检测当前风速，根据上述的风速与偏航启动角参数的关系，通过当前风速得到当前的慢偏航启动角和快偏航启动角。
偏航判断模块用于检测风力发电机机舱与风向之间的偏差角，并判断偏差角大于当前的偏航启动角，则输出偏航触发指令；其中，当偏差角大于慢偏航启动角，而小于快偏航启动角，则输出慢偏的偏航触发指令，在判定进行偏航后延迟时间较长的慢偏延迟时间后进行偏航；当偏差角大于快偏航启动角，则输出快偏的偏航触发指令，在判定进行偏航后延迟较短的快偏延迟时间后进行偏航。
偏航控制模块用于接收偏航触发指令，控制风力发电机进行偏航。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种风力发电机偏航系统的对风方法，其特征在于，该方法包含：
偏航的控制目的是实现机舱跟随风向的变化而运动，时刻保持机舱的叶轮始终对风发电。偏航系统包含风向仪、主控PLC逻辑判断、偏航控制电路、偏航驱动电机、偏航齿轮减速机构以及液压刹车机构等。由于自然界中风向是不断变化的，根据风向仪测得的实际风向与主控PLC中的偏航启动角参数进行比较，计算偏差角度，如果偏差角度大于启动角参数，则PLC进行判断后输出驱动电机的偏航指令，使机舱进行偏航以使偏差角度减小，当偏差角度小于偏航停止角参数时，停止偏航。
偏航系统根据风速与偏航启动角参数的关系，由当前风速获取当前偏航启动角参数；
当偏航系统判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角大于当前偏航启动角，则偏航系统控制风力发电机机舱进行偏航；
所述风速与偏航启动角参数的关系包含：需进行偏航的风速区间根据风速值由小至大分为第一区间、第二区间和第三区间；
第一区间下，偏航启动角取值a；第二区间下，偏航启动角＝(-1.96*风速+25.775)；第三区间下，偏航启动角取值b；其中，a>(-1.96*风速+25.775)>b。
2.如权利要求1所述的风力发电机偏航系统的对风方法，其特征在于，所述第一区间的风速值范围为：大于等于3米/秒，小于等于4米/秒；第二区间的风速值范围为大于4米/秒，小于7米/秒；第三区间的风速值范围为大于等于7米/秒，小于等于20米/秒。
3.如权利要求1所述的风力发电机偏航系统的对风方法，其特征在于，a的取值范围为大于等于20度，小于等于25度；b的取值范围为大于等于6度，小于等于10度。
4.如权利要求1所述的风力发电机偏航系统的对风方法，其特征在于，当偏航系统判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角小于当前偏航启动角参数，则偏航系统不进行偏航。
5.如权利要求1所述的风力发电机偏航系统的对风方法，其特征在于，当偏航系统判断风力发电机机舱与风向之间的偏差角大于当前偏航启动角参数，但当前风速处于需进行偏航的风速区间外，则偏航系统不进行偏航。
6.如权利要求1或2所述的风力发电机偏航系统的对风方法，其特征在于，所述偏航系统判定进行偏航的时刻至开始进行偏航的时刻之间设有延迟时间。
7.如权利要求6所述的风力发电机偏航系统的对风方法，其特征在于，所述偏航启动角参数包含快偏航启动角和慢偏航启动角，快偏航启动角＝慢偏航启动角+c，c的取值范围为大于等于3度，小于等于6度；当偏差角大于慢偏航启动角且小于快偏航启动角则控制风力发电机进行慢偏；当偏差角大于快偏航启动角则控制风力发电机进行快偏。
8.如权利要求7所述的风力发电机偏航系统的对风方法，其特征在于，所述快偏情况下的延迟时间小于慢偏情况下的延迟时间。
9.一种如权利要求1至8中任意一项权利要求所述风力发电机偏航系统的对风方法适用的对风系统，其特征在于，该对风系统包含：
偏航启动角测算模块，其实时检测当前风速，根据风速与偏航启动角参数的关系，通过当前风速得到当前的偏航启动角；
偏航判断模块，其检测风力发电机机舱与风向之间的偏差角，判断偏差角大于当前的偏航启动角，则输出偏航触发指令；
偏航控制模块，其接收偏航触发指令，控制风力发电机进行偏航。
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