CN107086662A - 一种风电场分布式偏航后备电源系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电场分布式偏航后备电源系统的控制方法，该方法是在风电场失电，风力发电机组停机后，偏航后备电源启动，风力发电机组的控制系统确定需要执行偏航指令的风力发电机组，计算所述风力发电机组的偏航角度，发出偏航指令的循环过程，直至所述风力发电机组的控制系统判定结束偏航，偏航后备电源退出，风力发电机组重新启机的过程。通过本发明方法可保证台风期间风力发电机组在外电网断电后，通过偏航后备电源系统启停的控制，使偏航后备电源能够实时跟踪风向的变化，从而使风力发电机组始终处在±8°的偏航误差范围内，以降低叶片根部和塔筒底部的载荷，保证台风期间风力发电机组的安全。

Description

一种风电场分布式偏航后备电源系统的控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统运行与控制的技术领域，尤其是指一种风电场分布式偏航后备电源系统的控制方法。

背景技术

随着海岸风力发电机组以及海上风力发电机组装机规模越来越大，台风严重影响机组极限载荷、疲劳载荷，根据风力发电机组在台风中受力情况分析和机组载荷仿真分析，减少叶轮和塔筒的受力是抗台风策略的核心关键。经验表明在台风期间使风力发电机组始终处在±8°的偏航误差范围内时机组的载荷可以降低至最小。如果机组配有后备电源，在台风期间电网失电情况下，能够保证风力发电机组控制系统和偏航系统始终正常运行，这可有效降低台风对机组极限载荷、疲劳载荷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种安全可靠的风电场分布式偏航后备电源系统的控制方法，保证台风期间风力发电机组在外电网断电后，通过偏航后备电源系统启停的控制，使偏航后备电源能够实时跟踪风向的变化，从而使风力发电机组始终处在±8°的偏航误差范围内，以降低叶片根部和塔筒底部的载荷，保证台风期间风力发电机组的安全。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风电场分布式偏航后备电源系统的控制方法，所述偏航后备电源系统由多个后备电源组成，风电场中的每台风力发电机组均配置有一个装于塔筒外部的后备电源，用于在风电场失电情况下为风力发电机组的控制系统和偏航系统供电，其中，所述后备电源包括柴油发电机组、电力变压器、断路器，所述柴油发电机组安装在风力发电机组的升压变低压侧，且该柴油发电机组与电力变压器组成回路后与风力发电机组的升压变低压侧通过断路器相连；上述偏航后备电源系统的控制方法，包括以下三个阶段：

1)第一阶段为风力发电机组停机阶段，包括以下步骤：

1.1)风电场失电，风力发电机组自动停机，浆叶顺浆到91度；

1.2)风力发电机组的控制系统判断风力发电机组实时转速1s均值是否大于80rpm，此方面主要考虑机组是否完全停机，针对顺桨位置进行监测；

1.3)风力发电机组的控制系统判断桨叶91度限位开关是否触发，停机完成；

2)第二阶段为偏航后备电源启动阶段，包括以下步骤：

2.1)风力发电机组的控制系统判断是否手动启动偏航后备电源系统，如果是，则手动启动，如果不是，则进入步骤2.2)；

2.2)风力发电机组的控制系统对是否接收手动启动偏航后备电源系统进行计时T；

2.3)判断T是否大于10s，如果在10s内没有接收到手动启动偏航后备电源系统的指令，则进入步骤2.4)；

2.4)风力发电机组的控制系统判断是否因检修引起的风电场失电，如果不是，则进入步骤2.5)；

2.5)风力发电机组的不间断电源UPS投入，风力发电机组的控制系统计算需要偏航的风力发电机组；

2.6)风力发电机组的UPS电源控制系统判断UPS是否成功启动，如果启动失败，则继续发送启动命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为启动成功，进入步骤2.7)；

2.7)风力发电机组的控制系统对需要偏航的风力发电机组发出偏航指令；

2.8)偏航后备电源系统的断路器合闸，柴油发电机组的控制系统自检；

2.9)柴油发电机组的控制系统判断断路器合闸是否成功，如果合闸失败，则柴油发电机组的控制系统继续发送合闸命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为启动成功，进入步骤2.10)；

2.10)风力发电机组的控制系统给需要偏航的风力发电机组的升压变低压侧断路器发出跳闸指令；

2.11)风力发电机组的控制系统判断跳闸是否成功，如果失败，则继续发送启动命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为启动成功，进入步骤2.12)；

2.12)远程启动偏航后备电源系统，柴油发电机组接收远程启动指令；

2.13)柴油发电机组的控制系统判断柴油发电机组远程启动是否成功，如果远程启动失败，则柴油发电机组的控制系统计时器进行计时，延时10s没有远程启动成功，柴油发电机组控制系统发出自启动指令并判断自启动是否成功，如果自启动失败，则柴油发电机组的控制系统继续发送自启动命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为自启动成功，进入步骤2.14)；

2.14)偏航后备电源工作，风力发电机组的偏航系统工作；风力发电机组的控制系统判断是否需要终止偏航，如果不需要终止，则风力发电机组的控制系统继续监测偏航状态，计算新的偏航角度，发出偏航指令并返回步骤2.14)；如果需要终止偏航，则进入步骤3.1)；

3)第三阶段为偏航后备电源退出阶段，包括以下步骤：

3.1)风力发电机组的控制系统是否手动退出偏航后备电源系统，对是否接收手动退出偏航后备电源系统进行计时T；

3.2)判断T是否大于10s，如果在10s内没有接收到手动退出偏航后备电源系统的指令，则进入步骤3.3)；

3.3)偏航后备电源控制系统发出断路器跳闸指令，并判断是否跳闸成功，如果跳闸失败，则柴油发电机组的控制系统继续发送跳闸命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送跳闸命令，发出手动跳闸报警，如果n<2次，则认为跳闸成功，进入步骤3.4)；

3.4)处于偏航状态的风力发电机组的控制系统发出升压变低压侧断路器合闸指令，并判断是否合闸成功，如果合闸失败，则风力发电机组的控制系统继续发送跳闸命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送合闸命令，发出手动合闸报警，如果n<2次，则认为合闸成功，进入步骤3.5)；

3.5)风力发电机组重新工作，偏航控制结束。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明有效结合了风力发电机组控制系统以及偏航后备电源控制系统。当风电场失电后，偏航后备电源能快速自启，在几分钟内保证台风期间风力发电机组在外电网断电后通过偏航后备电源的方式实时跟踪风向的变化，调整偏航角度，使风力发电机组始终处在±8°的偏航误差范围内，从而有效降低叶片根部和塔筒底部的载荷，保证台风期间机组的安全。

附图说明

图1为本发明的风电场分布式偏航后备电源系统的后备电源电气接线图。

图2为本发明方法的第一阶段流程图。

图3为本发明方法的第二阶段流程图。

图4为本发明方法的第三阶段流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1所示，本实施例所提供的风电场分布式偏航后备电源系统，是由多个后备电源组成，风电场中的每台风力发电机组均配置有一个装于塔筒外部(采用集装箱式或户外安装方式)的后备电源，且每个后备电源配备有自动干粉式灭火器(在发生起火事故时，可实现自动灭火功能)，用于在风电场失电情况下为风力发电机组的控制系统和偏航系统供电。所述后备电源包括柴油发电机组、电力变压器、断路器，所述柴油发电机组与电力变压器组成回路后与风力发电机组的升压变低压侧通过断路器相连。

本实施例上述风电场分布式偏航后备电源系统的控制方法是：在风电场失电，风力发电机组停机后，偏航后备电源启动，风力发电机组的控制系统确定需要执行偏航指令的风力发电机组，计算所述风力发电机组的偏航角度，发出偏航指令的循环过程，直至所述风力发电机组的控制系统判定结束偏航，偏航后备电源退出，风力发电机组重新启机的过程。该方法是实现偏航后备电源启动、退出的控制策略，是采取以下技术方案来实现的，具体包括以下三个阶段：

1)参见图2所示，第一阶段为风力发电机组停机阶段，包括以下步骤：

1.1)风电场失电，风力发电机组自动停机，浆叶顺浆到91度；

1.2)风力发电机组的控制系统判断风力发电机组实时转速1s均值是否大于80rpm，此方面主要考虑机组是否完全停机，针对顺桨位置进行监测；

1.3)风力发电机组的控制系统判断桨叶91度限位开关是否触发，停机完成；

2)参见图3所示，第二阶段为偏航后备电源启动阶段，包括以下步骤：

2.1)风力发电机组的控制系统判断是否手动启动偏航后备电源系统，如果是，则手动启动，如果不是，则进入步骤2.2)；

2.2)风力发电机组的控制系统对是否接收手动启动偏航后备电源系统进行计时T；

2.3)判断T是否大于10s，如果在10s内没有接收到手动启动偏航后备电源系统的指令，则进入步骤2.4)；

2.4)风力发电机组的控制系统判断是否因检修引起的风电场失电，如果不是，则进入步骤2.5)；

2.5)风力发电机组的不间断电源UPS投入，风力发电机组的控制系统计算需要偏航的风力发电机组；

2.6)风力发电机组的UPS电源控制系统判断UPS是否成功启动，如果启动失败，则继续发送启动命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为启动成功，进入步骤2.7)；

2.7)风力发电机组的控制系统对需要偏航的风力发电机组发出偏航指令；

2.8)偏航后备电源系统的断路器合闸，柴油发电机组的控制系统自检；

2.9)柴油发电机组的控制系统判断断路器合闸是否成功，如果合闸失败，则柴油发电机组的控制系统继续发送合闸命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为启动成功，进入步骤2.10)；

2.10)风力发电机组的控制系统给需要偏航的风力发电机组的升压变低压侧断路器发出跳闸指令；

2.11)风力发电机组的控制系统判断跳闸是否成功，如果失败，则继续发送启动命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为启动成功，进入步骤2.12)；

2.12)远程启动偏航后备电源系统，柴油发电机组接收远程启动指令；

2.13)柴油发电机组的控制系统判断柴油发电机组远程启动是否成功，如果远程启动失败，则柴油发电机组的控制系统计时器进行计时，延时10s没有远程启动成功，柴油发电机组控制系统发出自启动指令并判断自启动是否成功，如果自启动失败，则柴油发电机组的控制系统继续发送自启动命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为自启动成功，进入步骤2.14)；

2.14)偏航后备电源工作，风力发电机组的偏航系统工作；风力发电机组的控制系统判断是否需要终止偏航，如果不需要终止，则风力发电机组的控制系统继续监测偏航状态，计算新的偏航角度，发出偏航指令并返回步骤2.14)；如果需要终止偏航，则进入步骤3.1)；

3)参见图4所示，第三阶段为偏航后备电源退出阶段，包括以下步骤：

3.1)风力发电机组的控制系统是否手动退出偏航后备电源系统，对是否接收手动退出偏航后备电源系统进行计时T；

3.2)判断T是否大于10s，如果在10s内没有接收到手动退出偏航后备电源系统的指令，则进入步骤3.3)；

3.3)偏航后备电源控制系统发出断路器跳闸指令，并判断是否跳闸成功，如果跳闸失败，则柴油发电机组的控制系统继续发送跳闸命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送跳闸命令，发出手动跳闸报警，如果n<2次，则认为跳闸成功，进入步骤3.4)；

3.4)处于偏航状态的风力发电机组的控制系统发出升压变低压侧断路器合闸指令，并判断是否合闸成功，如果合闸失败，则风力发电机组的控制系统继续发送跳闸命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送合闸命令，发出手动合闸报警，如果n<2次，则认为合闸成功，进入步骤3.5)；

3.5)风力发电机组重新工作，偏航控制结束。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种风电场分布式偏航后备电源系统的控制方法，所述偏航后备电源系统由多个后备电源组成，风电场中的每台风力发电机组均配置有一个装于塔筒外部的后备电源，用于在风电场失电情况下为风力发电机组的控制系统和偏航系统供电，其中，所述后备电源包括柴油发电机组、电力变压器、断路器，所述柴油发电机组安装在风力发电机组的升压变低压侧，且该柴油发电机组与电力变压器组成回路后与风力发电机组的升压变低压侧通过断路器相连；其特征在于，上述偏航后备电源系统的控制方法，包括以下三个阶段：

1)第一阶段为风力发电机组停机阶段，包括以下步骤：

1.1)风电场失电，风力发电机组自动停机，浆叶顺浆到91度；

1.2)风力发电机组的控制系统判断风力发电机组实时转速1s均值是否大于80rpm，此方面主要考虑机组是否完全停机，针对顺桨位置进行监测；

1.3)风力发电机组的控制系统判断桨叶91度限位开关是否触发，停机完成；

2)第二阶段为偏航后备电源启动阶段，包括以下步骤：

2.1)风力发电机组的控制系统判断是否手动启动偏航后备电源系统，如果是，则手动启动，如果不是，则进入步骤2.2)；

2.2)风力发电机组的控制系统对是否接收手动启动偏航后备电源系统进行计时T；

2.3)判断T是否大于10s，如果在10s内没有接收到手动启动偏航后备电源系统的指令，则进入步骤2.4)；

2.4)风力发电机组的控制系统判断是否因检修引起的风电场失电，如果不是，则进入步骤2.5)；

2.5)风力发电机组的不间断电源UPS投入，风力发电机组的控制系统计算需要偏航的风力发电机组；

2.6)风力发电机组的UPS电源控制系统判断UPS是否成功启动，如果启动失败，则继续发送启动命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为启动成功，进入步骤2.7)；

2.7)风力发电机组的控制系统对需要偏航的风力发电机组发出偏航指令；

2.8)偏航后备电源系统的断路器合闸，柴油发电机组的控制系统自检；

2.9)柴油发电机组的控制系统判断断路器合闸是否成功，如果合闸失败，则柴油发电机组的控制系统继续发送合闸命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为启动成功，进入步骤2.10)；

2.10)风力发电机组的控制系统给需要偏航的风力发电机组的升压变低压侧断路器发出跳闸指令；

2.11)风力发电机组的控制系统判断跳闸是否成功，如果失败，则继续发送启动命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为启动成功，进入步骤2.12)；

2.12)远程启动偏航后备电源系统，柴油发电机组接收远程启动指令；

2.13)柴油发电机组的控制系统判断柴油发电机组远程启动是否成功，如果远程启动失败，则柴油发电机组的控制系统计时器进行计时，延时10s没有远程启动成功，柴油发电机组控制系统发出自启动指令并判断自启动是否成功，如果自启动失败，则柴油发电机组的控制系统继续发送自启动命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送启动命令，发出手动启动报警，如果n<2次，则认为自启动成功，进入步骤2.14)；

2.14)偏航后备电源工作，风力发电机组的偏航系统工作；风力发电机组的控制系统判断是否需要终止偏航，如果不需要终止，则风力发电机组的控制系统继续监测偏航状态，计算新的偏航角度，发出偏航指令并返回步骤2.14)；如果需要终止偏航，则进入步骤3.1)；

3)第三阶段为偏航后备电源退出阶段，包括以下步骤：

3.1)风力发电机组的控制系统是否手动退出偏航后备电源系统，对是否接收手动退出偏航后备电源系统进行计时T；

3.2)判断T是否大于10s，如果在10s内没有接收到手动退出偏航后备电源系统的指令，则进入步骤3.3)；

3.3)偏航后备电源控制系统发出断路器跳闸指令，并判断是否跳闸成功，如果跳闸失败，则柴油发电机组的控制系统继续发送跳闸命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送跳闸命令，发出手动跳闸报警，如果n<2次，则认为跳闸成功，进入步骤3.4)；

3.4)处于偏航状态的风力发电机组的控制系统发出升压变低压侧断路器合闸指令，并判断是否合闸成功，如果合闸失败，则风力发电机组的控制系统继续发送跳闸命令，并计数发送命令次数n，如果n≥3次，则停止发送合闸命令，发出手动合闸报警，如果n<2次，则认为合闸成功，进入步骤3.5)；

3.5)风力发电机组重新工作，偏航控制结束。