CN107762727B - 风电机组紧急顺桨的控制方法及控制系统 - Google Patents

风电机组紧急顺桨的控制方法及控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电机组紧急顺桨的控制方法及控制系统，沿所述风电机组变桨轴承的圆周，按照叶片顺桨旋转方向依次相邻设置安全位和停止位；在变桨轴承内圈上设置限位装置，当叶片位于零桨距角位置时，所述限位装置与所述停止位之间相隔的角度接近叶片正常工作角度范围；所述控制方法包括：变桨电机驱动叶片沿顺桨方向转动；变桨驱动器监测所述叶片的转动位置；当所述限位装置旋转至所述安全位时，变桨驱动器控制所述变桨电机按照预设方式降低所述叶片的顺桨转速。该方法及系统在风电机组紧急顺桨时，能够减小对机组的冲击和振动，避免机组疲劳载荷的增大，从而延长机组的使用寿命；同时还能够有效减小耗能元件的卸荷压力。

Description

风电机组紧急顺桨的控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及风电机组紧急顺桨的控制方法及控制系统。
背景技术
在变速恒频风力发电机组中，风电机组的变桨系统除了具有调节功率、稳定转速的作用外，还具有气动刹车的作用。
气动刹车的具体功能是：为保障风力发电机组的安全，变桨系统必须在风电机组出现任何故障的情况下能够实现紧急顺桨，使风电机组的各叶片顺桨到停机位置，以防止风电机组飞车，或避免给内部电子器件带来损坏。
请参考图1，图1为现有变桨系统紧急顺桨时变桨速度与叶片位置的关系示意图。
如图所示，目前，风电机组出现紧急停机故障(如安全链断开，编码器故障等)后，变桨驱动器控制变桨电机，驱动叶片从顺桨起始位置A开始往顺桨方向转动，叶片先经历加速阶段，使变桨速度到达设定的变桨速度w1，之后维持该变桨速度w1进入速度稳定阶段，最后，当叶片触发限位开关后，变桨驱动器将变桨电机的给定速度设为0，使变桨电机紧急制动停机，也就是说，从限位开关所在位置B开始，叶片进入减速阶段，速度由w1急剧降为0，从而使风电机组安全停机。
然而，该紧急顺桨方式存在在下述问题：
由于紧急顺桨时速度较快，且叶片的质量(一般>6t)和转动惯量较大，在触发限位开关突然停止运行时，会给机组造成很大的冲击，引起机组振动，加大风电机组的疲劳载荷，降低机组使用寿命；
变桨电机紧急制动时，来自叶片的过大的设备惯量会将变桨电机变成发电机，这是处于发电运行状态，变桨电机会反向给变频器供电，造成变频器过压报警。为了释放这部分能量，现有的做法是将变桨电机制动停止后的动能和线圈里面的磁能都通过耗能元件(如制动电阻)消耗掉，从而实现快速停机。紧急顺桨并触发限位开关后，变桨系统会马上将变桨电机的控制速度设置为0，如此，就会增大耗能元件的卸荷压力。
因此，如何改进现有风电机组紧急顺桨的方式，以减小顺桨结束时对机组造成的冲击，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种风电机组紧急顺桨的控制方法及控制系统，该方法及系统在风电机组紧急顺桨时，能够减小对机组的冲击和振动，避免机组疲劳载荷的增大，从而延长机组的使用寿命；同时，还能够有效减小耗能元件的卸荷压力。
为解决上述技术问题，本发明提供一种风电机组紧急顺桨的控制方法，沿所述风电机组变桨轴承的圆周，按照叶片顺桨旋转方向依次相邻设置安全位和停止位；
在变桨轴承内圈上设置限位装置，当叶片位于零桨距角位置时，所述限位装置与所述停止位之间相隔的角度接近叶片正常工作角度范围
所述控制方法包括：
变桨电机驱动叶片沿顺桨方向转动；
变桨驱动器监测所述叶片的转动位置；
当所述限位装置旋转至所述安全位时，变桨驱动器控制所述变桨电机按照预设方式降低所述叶片的顺桨转速。
可选的，所述安全位设有安全位开关，在变桨驱动器监测所述叶片的转动位置的步骤中，
当所述限位装置触发所述安全位开关时，所述安全位开关向所述变桨驱动器发送安全位触发信号，变桨驱动器识别所述安全位触发信号，确定所述限位装置旋转至所述安全位。
可选的，在变桨电机驱动叶片沿顺桨方向转动之前，还包括变桨驱动器识别所述安全位开关的功能状态的步骤；
若所述安全位开关处于正常状态，则在变桨驱动器监测所述叶片的转动位置的步骤中，变桨驱动器监测所述限位装置是否触发所述安全位开关；
若所述安全位开关处于非正常状态，则在变桨驱动器监测所述叶片的转动位置的步骤中，先确定所述限位装置从顺桨起始位置开始，以预设最大顺桨转速转动至所述安全位所需要的预设时间，并记录已顺桨时间，若已顺桨时间超出所述预设时间，则判断所述限位装置旋转至所述安全位。
可选的，所述顺桨起始位置的角度值的确定方式如下：
若所述叶片的当前桨距角正常，则将所述叶片的当前桨距角记为顺桨起始位置的角度值；
若所述叶片的当前桨距角异常，则将其它叶片的当前桨距角记为顺桨起始位置的角度值。
可选的，在变桨驱动器识别所述安全位开关的功能状态的步骤中，
在所述风电机组从待机状态到启动完成的过程中，所述变桨电机驱动所述叶片沿顺桨方向的逆向，从工作极限位旋转至零桨距角位置；
若所述安全位开关被所述限位装置触发一次，则所述变桨驱动器识别所述安全开关的功能状态为正常。
可选的，在变桨驱动器控制所述变桨电机按照预设方式降低所述叶片的顺桨转速的步骤中，
所述变桨电机驱动所述叶片的顺桨转速由高转速向零转速阶段性或者连续变化，以使得在所述限位装置转动至所述停止位时，所述叶片的顺桨转速接近于零。
可选的，所述安全位与所述停止位之间的角度范围为10度～25度，所述叶片正常工作角度范围为0度～100度。
可选的，所述停止位与所述叶片的工作极限位之间的角度范围为89度～100度，所述安全位与所述叶片的工作极限位之间的角度范围为75度～85度。
本发明还提供一种风电机组紧急顺桨的控制系统，包括变桨驱动器和变桨电机，沿所述风电机组变桨轴承的圆周，按照叶片顺桨旋转方向依次相邻设置安全位和停止位；所述控制系统还包括在所述安全位设置的安全位开关，以及在变桨轴承内圈上设置的限位装置，当叶片位于零桨距角位置时，所述限位装置与所述停止位之间相隔的角度接近叶片正常工作角度范围；其中：
所述变桨电机用于驱动叶片沿顺桨方向转动；
所述变桨驱动器用于监测所述叶片的转动位置；
当所述限位装置旋转至所述安全位时，所述安全位开关发送安全位触发信号至所述变桨驱动器；
所述变桨驱动器根据接收的所述安全位触发信号，输出以预设的递减方式降速的控制信号至所述变桨电机。
可选的，所述控制系统还包括在所述停止位设置的停止位开关，当所述限位装置旋转至所述停止位时，所述停止位开关发送停止位触发信号至所述变桨驱动器；
所述变桨驱动器接收所述停止位触发信号后，控制所述变桨电机停止运行。
可选的，所述变桨驱动器还用于识别所述安全位开关的功能状态；以及
在所述安全位开关处于非正常状态时，确定所述限位装置从顺桨起始位置开始以预设最大顺桨转速转动至所述安全位所需要的预设时间，并记录已顺桨时间，若已顺桨时间超出所述预设时间，则判断所述限位装置旋转至所述安全位。
可选的，所述控制系统还包括：
检测单元，用于获取所述限位装置的顺桨起始位置的角度值和所述已顺桨时间；
所述变桨驱动器还用于根据预设最大顺桨转速、所述安全位的角度值及所述检测单元获取的所述限位装置的顺桨起始位置的角度值计算所述预设时间。
可选的，在所述风电机组从待机状态到启动完成的过程中，所述变桨电机驱动所述叶片沿顺桨方向的逆向，从工作极限位旋转至零桨距角位置；
若所述安全位开关被所述限位装置触发一次，则所述变桨驱动器识别所述安全开关的功能状态为正常。
可选的，所述变桨驱动器根据所述安全位触发信号控制所述变桨电机，使所述叶片的顺桨转速由高转速向零转速阶段性或者连续变化，以使得在所述限位装置转动至所述停止位时，所述叶片的顺桨转速接近于零。
可选的，所述安全位与所述停止位之间的角度范围为10度～25度，所述叶片正常工作角度范围为0度～100度。
可选的，所述停止位与所述叶片的工作极限位之间的角度范围为89度～100度，所述安全位与所述叶片的工作极限位之间的角度范围为75度～85度。
本发明提供的风电机组紧急顺桨的控制方法和系统，沿风电机组变桨轴承的圆周，按照叶片顺桨旋转方向依次相邻设置安全位和停止位，在变桨轴承内圈上设置限位装置。变桨电机驱动叶片沿顺桨方向转动，当限位装置旋转至安全位时，变桨驱动器控制变桨电机按照预设方式降低叶片的顺桨转速。其中，变桨电机驱动叶片的顺桨转速由高转速向零转速阶段性或者连续变化，以使得在限位装置运动至停止位时，叶片的顺桨转速接近于零。
变桨电机由于之前的降速，会从较低的速度制动停机，从而能够减小紧急顺桨停止时对机组的冲击，减小紧急顺桨引起的机组振动，进而避免机组疲劳载荷的增大，能够延长机组的使用寿命；同时还可以减小变桨电机紧急制动时，变频器的耗能元件的卸荷压力，另外，也能够减小变桨电机紧急制动时的制动电流和转矩。
附图说明
图1为现有变桨系统紧急顺桨时变桨速度与叶片位置的关系示意图；
图2a为本发明一种实施例所提供的风电机组紧急顺桨控制系统的结构示意图；
图2b为本发明另一种实施例所提供的风电机组紧急顺桨控制系统的结构示意图；
图3示出了具体实施方式中变桨驱动器、变桨电机及各开关的电气连接示意图；
图4示出了叶片顺桨转速的第一种变化趋势；
图5示出了叶片顺桨转速的第二种变化趋势；
图6示出了叶片顺桨转速的第三种变化趋势；
图7示出了叶片顺桨转速的第四种变化趋势。
附图标记说明：
轮毂10，变桨轴承20，限位装置30，变桨驱动器40，驱动器使能控制端41，变桨电机50，安全位开关60，第一停止位开关71，第二停止位开关72，检测单元80，叶片90。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图2a，图2a为本发明一种实施例所提供的风电机组紧急顺桨控制系统的结构示意图。
风电机组的叶片根部通过变桨轴承20与轮毂10相连，每个叶片90都有相对独立的变桨驱动系统，风机在正常运行期间，风速超过机组额定风速时，为了控制功率输出需要对风机进行变桨，通过控制叶片90的角度使风轮的转速保持恒定。
风电机组的变桨系统在风机出现故障的情况下能够紧急顺桨，使各叶片90顺桨到停机位置，以防止风电机组飞车或给内部电子器件带来损坏。
为便于描述，本文中将风电机组处于正常运行时叶片90的角度位置定义为正常工作角度范围。例如，在图2a的示例中，由于风机在正常运行期间会根据风速调整叶片90的角度，叶片90的正常工作角度范围通常为从0度位置至90度位置。不限于此，叶片90的正常工作角度范围也可以为从0度位置至95度位置，或者从0度位置至100度位置。
在图2a的示例中，叶片90处于0度位置时，具有最大的捕风能力；当叶片90沿顺桨方向旋转时，从0度位置旋转至任意的工作位置，来减小捕风能力。直到叶片90处于90度位置时，具有最小的捕风能力。
本文中将叶片90具有最小捕风能力的位置定义为工作极限位，例如图2a中的90度位置。不限于此，工作极限位也可以定义为95度、100度等位置。
本文提供的风电机组紧急顺桨的控制系统包括变桨驱动器40和变桨电机50。叶片90通过变桨电机50驱动，具体地，变桨电机50能够驱动变桨轴承20转动，从而驱动叶片90转动以实现位置变化。其中，变桨电机50由变桨驱动器40控制。在图2a中，变桨电机50通过齿形带、链条或者皮带驱动变桨轴承20转动。
本实施例中，风电机组紧急顺桨的控制系统还包括在变桨轴承20上设置的限位装置30。限位装置30可以为挡块、限位传感器等。在图2a的示例中，限位装置30设置在变桨轴承20内圈上，跟随变桨轴承20的内圈转动。当叶片90具有最大捕风能力的时候，也就是当叶片90位于零桨距角(0度位置)时，限位装置30与工作极限位相对应。
沿风电机组变桨轴承20的圆周，按照叶片90顺桨旋转方向依次相邻设置安全位和停止位。图2a中顺桨旋转方向为顺时针方向。通常，轮毂10上标记有0度位置，该0度位置可作为其他位置的参考基准。在图2a的示例中，将沿变桨轴承20的圆周与0度位置大致相隔180度的位置定义为安全位和停止位。沿顺桨旋转方向，安全位位于停止位的前面，也就是说，叶片90沿顺桨方向旋转时，限位装置30先经过安全位，再旋转至停止位。当叶片90位于零桨距角位置(图2a的0度位置)时，限位装置30与停止位之间相隔的角度接近叶片正常工作角度范围。
图2b为本发明另一实施例所述提供的风电机组紧急顺桨控制系统的结构示意图。与图2a不同的是，变桨电机50通过齿轮驱动变桨轴承20转动，并且，当叶片90位于0度位置时，限位装置30与30度位置对应。相应地，将沿变桨轴承20的圆周与0度位置大致相隔120度的位置定义为安全位和停止位。也就是说，限位装置30与停止位之间相隔的角度接近叶片正常工作角度范围。
如图2a和图2b所示，本文提供的风电机组紧急顺桨的控制系统还包括在安全位设置的安全位开关60，以及在停止位设置的停止位开关。
本文提供的风电机组紧急顺桨的控制方法包括下述步骤。
变桨驱动器40控制变桨电机50，驱动叶片90往顺桨方向转动后，变桨驱动器40监测叶片90的转动位置。当限位装置30旋转至安全位时，变桨驱动器40控制变桨电机50按照预设方式降低叶片90的顺桨转速。
本方案中，通过限位装置30是否触发设于安全位的安全位开关60来判断叶片90是否接近工作极限位。
如前文所述，风电机组紧急顺桨的控制系统包括变桨电机50和变桨驱动器40，其中，变桨驱动器40在接收风电机组主控系统发出的变桨信号后，能够控制变桨电机50驱动叶片90旋转。例如，变桨信号为主控系统监测到风电机组出现停机故障，判断需要停机保护而产生的控制信号，变桨电机50驱动变桨轴承20往顺桨方向转动，以带动限位装置30向安全位和停止位转动。
顺桨时，当限位装置30转动至安全位时，能够触发安全位开关60，安全位开关60被触发，能够发送安全位触发信号至变桨驱动器40，变桨驱动器40在接收到安全位触发信号后，输出以预设的递减方式降速的控制信号至变桨电机50，使叶片90按照预设方式降低顺桨转速。具体而言，变桨电机50驱动叶片90的顺桨转速由高转速向零转速阶段性或者连续变化，以使得在限位装置30转动至停止位时，叶片90的顺桨转速接近于零。
当限位装置30旋转至停止位时，停止位开关发送停止位触发信号至变桨驱动器40，变桨驱动器40接收停止位触发信号后，控制变桨电机50停止运行。
在一个优选的示例中，在风电机组的轮毂10上设有安全位，并于该安全位设置安全位开关60，其中，沿顺桨方向，该安全位位于轮毂10的停止位的前面，也就是说，顺桨时，限位装置30先经过安全位再到达停止位。变桨电机50驱动叶片90往顺桨方向转动后，当限位装置30转到安全位时，会触发安全位开关60，安全位开关60被触发后，变桨驱动器40控制变桨电机50按照预设方式降低叶片90的顺桨转速。这样设置后，当限位装置30转到停止位，并触发停止位开关时，叶片90旋转至工作极限位，已经具有最小捕风能力，可以停止转动以实现气动刹车。此时，变桨驱动器40给定变桨电机50的速度为0，叶片90由于之前已进行了降速，会从较低的速度制动停机，从而能够减小紧急顺桨停止时对机组的冲击，减小紧急顺桨引起的机组振动，进而避免机组疲劳载荷的增大，能够延长机组的使用寿命。同时还可以减小变桨电机50紧急制动时，变频器的耗能元件的卸荷压力，另外，也能够减小变桨电机50紧急制动时的制动电流和转矩。
可以理解，安全位相对停止位的位置可以根据实际中要求变桨电机50的降速程度，结合变桨电机50驱动叶片90的降速方式来设定。
在图2a的示例中，停止位与叶片90的工作极限位之间的范围为89度～100度，所以，安全位与叶片90的工作极限位之间的角度范围可以在75度～85度之间选取，既保证了顺桨转速，又能给变桨电机50的降速提供必要的时间。
在图2a和图2b的示例中，安全位与停止位之间的角度范围为10度～25度，该角度范围既能保证在限位装置30旋转至安全位之前，叶片90的顺桨转速较高，又能给变桨电机50驱动叶片90降速提供必要的时间，确保顺桨的安全性和可靠性。相应地，前述叶片90接近工作极限位意味着叶片90与工作极限位之间的角度差为10度～25度。
优选地，停止位开关包括两个，具体为第一停止位开关71和第二停止位开关72，其中，沿顺桨方向，第一停止位开关71位于第二停止位开关72的前面。
在图2a的示例中，具体设置时，第一停止位开关71可以设置在转过工作极限位91度的位置，第二停止位开关72可以设置在转过工作极限位95度的位置。不限于此，第一停止位开关71可以设置在转过工作极限位95度的位置，第二停止位开关72可以设置在转过工作极限位100度的位置。
在图2b的示例中，具体设置时，第一停止位开关71可以设置在转过工作极限位31度的位置，第二停止位开关72可以设置在转过工作极限位35度的位置。
顺桨时，叶片90转动至工作极限位时，限位装置30触发第一停止位开关71，变桨驱动器40控制变桨电机50停止运行，并抱电机刹车闸，进而使叶片90停止转动。
若第一停止位开关71失效，限位装置30转动至第一停止位开关71处时，第一停止位开关71无法向变桨驱动器40发送停止位触发信号。那么叶片90会继续转动，限位装置30触发第二停止位开关72，此时，变桨驱动器40控制变桨电机50停止运行，并抱电机刹车闸。
可见，两个停止位开关的设置能够避免位于前面的开关失效后，无法停机的情况，确保了顺桨控制的可靠性和安全性。
通常，第一停止位开关71发送停止位触发信号至变桨驱动器40后，变桨驱动器40通过内部的软件逻辑控制来实现变桨电机50的紧急制动；第二停止位开关72发送停止位触发信号至变桨驱动器40后，变桨驱动器40由硬件线路控制来实现变桨电机50和叶片90的紧急制动。
请参考图3，图3示出了具体实施方式中变桨驱动器40、变桨电机50及各开关60、71和72的电气连接示意图。
如图3所示，在具体的方案中，变桨驱动器40、变桨电机50及各开关通过电连接以实现相互之间的信号传递。
具体地，变桨驱动器40与安全位开关60的常闭触点、第一停止位开关71的常闭触点、第二停止位开关72的常闭触点电连接。变桨驱动器40的驱动器使能控制端41与第二停止位开关72的常闭触点电连接。变桨驱动器40也与变桨电机50电连接，以根据接收的信号，控制变桨电机50的启停及转动方向，以驱动叶片90变桨。
具体地，各开关输出开关量信号，即输出0或1。其中，安全位开关60未被触发时，其常闭触点为闭合状态，可配置成输出信号1，安全位开关60被触发后，其常闭触点为断开状态，配置成输出信号0。相应地，第一停止位开关71未被触发时，其常闭触点为闭合状态，第一停止位开关71被触发后，其常闭触点为断开状态；第二停止位开关72未被触发时，其常闭触点为闭合状态，第二停止位开关72被触发后，其常闭触点为断开状态。
安全位开关60的常闭触点、第一停止位开关71的常闭触点、第二停止位开关72的常闭触点的一端连接24V电源，另一端与变桨驱动器40的开关量输入端子电连接，以向变桨驱动器40发送信号。
其中，第一停止位开关71的常闭触点断开后，变桨驱动器40内部的软件检测到信号变化后，产生低电平的停止位触发信号“0”，变桨驱动器40会控制变桨电机50停机；第二停止位开关72的常闭触点断开后，变桨驱动器40的驱动器使能控制端41的硬件使能信号被断开，产生停止位触发信号，变桨驱动器40控制变桨电机50停机，此时在任何情况下，变桨电机50都不会再转动。
进一步的方案中，本文中提供的风电机组紧急顺桨的控制方法在变桨电机50驱动叶片90沿顺桨方向转动之前，还包括变桨驱动器40识别安全位开关60的功能状态的步骤。
若安全位开关60处于正常状态，则在变桨驱动器40监测叶片90的转动位置的步骤中，变桨驱动器40监测限位装置30是否触发安全位开关60；
若安全位开关60处于非正常状态，则在变桨驱动器40监测叶片90的转动位置的步骤中，先确定限位装置30从顺桨起始位置开始，以预设最大顺桨转速转动至安全位所需要的预设时间，并记录已顺桨时间，若已顺桨时间超出预设时间，则判断限位装置30旋转至安全位。
相应地，前述控制系统中，变桨驱动器40接收风电机组主控系统发出的顺桨信号后，还能够读取安全位开关60的功能状态信号。
变桨驱动器40读取安全位开关60的功能状态信号为异常时，还能够确定叶片90以预设最大顺桨转速到达安全位所需要的预设时间t，并在已顺桨时间达到预设时间t后，输出以预设方式降速的控制信号至变桨电机50。
如此设置，当安全位开关60失效时，变桨驱动器40还能够根据顺桨时间来判断限位装置30是否到达安全位，从而判断叶片90是否接近工作极限位，开始控制变桨电机50降速，避免了安全位开关60失效后，无法对变桨电机50进行降速，而导致变桨电机50在停止位紧急制动造成冲击。
具体的方案中，安全位开关60的功能状态在风电机组每次启动时检测并记录。因为安全位位于停止位之前，所以，每次开桨启动时，限位装置30都会触发安全位开关60，从而对安全位开关60的有效性进行检测。
例如，在风电机组从待机状态到启动完成的过程中，变桨电机50驱动叶片90沿顺桨方向的逆向，从工作极限位旋转至零桨距角位置。若安全位开关60被限位装置30触发一次，也就是说，变桨驱动器40接收到一次安全位触发信号，则变桨驱动器40识别安全开关60的功能状态为正常。
具体地，当风电机组处于待机状态并启动时，安全位开关60应当处于未被触发的状态，启动过程中，当限位装置30转动至安全位时，安全位开关60应当处于被触发的状态，当限位装置30转过安全位后，安全位开关60应当又处于未被触发的状态，所以，在风电机组从待机状态到启动完成的过程中，若安全位开关60处于功能正常状态，那么变桨驱动器40接收的安全位开关60发送的信号应当依次为：未被触发、被触发、未被触发。
风电机组从待机状态到启动完成的过程中，变桨驱动器40能够判断接收的安全位开关60发送的信号是否依次为：未被触发、被触发、未被触发，若是，就记录安全位开关60处于功能正常状态，若否，就记录安全位开关60处于功能异常状态。以备后续风电机组运行过程中，若需要顺桨时，变桨驱动器40能够读取安全位开关60的功能状态，从而进行相应的顺桨控制。
当安全位开关60处于功能正常状态时，变桨驱动器40根据安全位开关60反馈的安全位触发信号来进行顺桨控制。
当安全位开关60处于功能异常状态时，变桨驱动器40通过限位装置30到达安全位所需的时间来判断叶片90接近工作极限位，从而在叶片90接近工作极限位时，以预设方式降低变桨电机50驱动叶片90的顺桨转速。
具体地，尽管叶片90在顺桨时的顺桨转速有一个加速阶段，但是该阶段持续时间较短，主要还是以预设最大顺桨转速进顺桨，所以，本方案中，计算限位装置30转到的安全位所需的时间以预设最大顺桨转速来计算。具体计算公式如下：
t＝(ang2-ang1)/wmax；
其中，t表示限位装置30从顺桨起始位置转动至安全位所需要的时间，ang1表示限位装置30的顺桨起始位置的角度值，ang2表示安全位的角度值，wmax表示所述预设最大顺桨转速。
可以理解，限位装置30的顺桨起始位置的角度值和安全位的角度值的测量基准应当是一致的。
相应地，前述控制系统还包括检测单元80，与变桨驱动器40电连接。
检测单元80用于获取限位装置30的顺桨起始位置的角度值和已顺桨时间。
变桨驱动器40还用于根据预设最大顺桨转速、安全位的角度值及检测单元80获取的限位装置30的顺桨起始位置的角度值计算时间t，并能够在已顺桨时间达到时间t后，输出以预设方式降速的控制信号至变桨电机50。
为方便，限位装置30的顺桨起始位置的角度值和安全位的角度值均以轮毂10的0度位置作为起点测量获取，应当理解，以其他位置作为测量起点也是可行的，无论选取什么位置作为测量起点，安全位与限位装置30的顺桨起始位置之间的角度差值是不变的。
在另一实施例中，检测单元80可以内置于变桨驱动器40内。
具体的方案中，在确定限位装置30的顺桨起始位置的角度值时，还判断该叶片90的当前桨距角是否正常，若是，将该叶片90的限位装置30的角度值记为前述公式中的ang1进行计算，若否，将其它叶片90的限位装置30的角度值记为前述公式中的ang1进行计算。
叶片90的桨距角通常会在如图2a和图2b所示的正常工作角度范围内，如0～100度，实际中，风电机组在运行过程中会时刻检测叶片90的桨距角。可以理解，限位装置30的顺桨起始角度应当为风力发电机组的主控系统发出顺桨信号时，叶片90的限位装置30的角度值。若顺桨起始角度确定不准确，那么叶片90顺桨到接近工作极限位的时间就无法准确判断，从而无法起到应有的保护作用。所以，在安全位开关60发生故障，需要通过顺桨时间判断叶片90是否接近工作极限位时，应当对限位装置30的顺桨起始角度进行准确确定。
通常，风机的各叶片90的桨距角时时一致，若因其他故障导致某一叶片的桨距角非正常时，可以采用其它叶片的限位装置的角度值作为该发生故障的叶片的限位装置的角度值。
前述各方案中，顺桨时，在限位装置30转到安全位时，也就是叶片90旋转至接近工作极限位时，变桨驱动器40控制变桨电机50以预设的递减式函数降速，具体实施时，该递减式函数可以为一次函数，或阶梯式函数，或开口向上的二次函数，或开口向下的二次函数，下文示例性地对上述递减式函数进行说明，应当理解，实际设置时，预设的递减式函数不局限于上述所述函数。
请参考图4，图4示出了叶片顺桨转速的第一种变化趋势。
该图示方案中，限位装置30转到安全位后，变桨驱动器40控制变桨电机50驱动叶片90以一次函数的方式逐渐减小顺桨转速。
该一次函数的计算方式如下：
图中横坐标为限位装置30的角度位置，纵坐标为变桨速度；A表示限位装置30的顺桨起始位置，B表示安全位位置，C表示停止位位置。
已知，在限位装置30到达安全位位置B时，顺桨转速为预设最大顺桨转速wmax，那么，安全位位置B对应的坐标为(ang2，wmax)；假设停止位位置C时，要求顺桨转速降低到y1，那么停止位所在的坐标位置为(ang3，y1)，根据直线的两点式方程可得：
(X-ang2)/(ang3-ang2)＝(Y-wmax)/(y1-wmaz) (1)
根据式(1)即可求出从安全位开始顺桨转速的连续、稳定的变化数值。
其中，y1值为设置值，可以理解，y1值越小，到达停止位，变桨电机50制动停机时，风电机组受到的冲击越小，所以，y1最好设为0或稍大于0。
请参考图5，图5示出了叶片顺桨转速的第二种变化趋势。
该图示方案中，限位装置30转到安全位后，变桨驱动器40控制变桨电机50驱动叶片90以阶梯式函数的方式逐渐减小顺桨转速。
该阶梯式函数的计算方式如下：
如前，图中横坐标为限位装置30的角度位置，纵坐标为变桨速度；A表示限位装置30的顺桨起始位置，B表示安全位位置，C表示停止位位置。
已知，在限位装置30到达安全位位置B时，顺桨转速为预设最大顺桨转速wmax，那么，安全位位置B对应的坐标为(ang2，wmax)；假设在停止位位置C时，要求顺桨转速降低到y1，那么停止位所在的位置C坐标位置为(ang3，y1)。
可以将ang2～ang3的范围分成n1份，将wmax～y1的范围分成n2份，则每次顺桨转速降速的叶片位置变化区间，也就是限位装置30的变化区间(设为d)为：
d＝(ang3-ang2)/n1 (2)
每次顺桨转速降速的幅度(设为e)为：
e＝(wmax-y1)/n2 (3)
根据式(2)、(3)，即可求出顺桨转速的变化数值，该种控制方式能够在一定程度上减小紧急顺桨时对机组的冲击，但顺桨转速不连贯。
其中，n1、n2为设置值，可以根据需要设置；其中y1值如前述方式，可以设为0或稍大于0的数值。
请参考图6，图6示出了叶片顺桨转速的第三种变化趋势。
该图示方案中，限位装置30转到安全位后，变桨驱动器40控制变桨电机50驱动叶片90以开口向上的二次函数的方式逐渐减小顺桨转速。
该开口向上的二次函数可以通过下述方式计算：
如前，图中横坐标为限位装置30的角度位置，纵坐标为变桨速度；A表示限位装置30的顺桨起始位置，B表示安全位位置，C表示停止位位置。
已知，在限位装置30到达安全位位置B时，顺桨转速为预设最大顺桨转速wmax，那么，安全位位置B对应的坐标为(ang2，wmax)；假设在停止位位置C时，要求顺桨转速降低到y1，那么停止位所在的坐标位置为(ang3，y1)。
为方便起见，将停止位所在位置C(ang3,y1)记为二次函数的顶点，那么该二次函数的方程为：
y＝a(x-ang3)2+y1 (4)
将安全位坐标(ang2,wmax)代入上式(4)，即可求出系数a的数值，从而可根据式(4)求出从安全位开始顺桨转速的连续、稳定的变化数值。
同样地，y1可以设为0，也可以设为稍大于0的值。
需要说明的是，上述以停止位位置C作为开口向上的二次函数的顶点计算，实际计算时，也可不将停止位位置C作为开口向上的二次函数的顶点。
请参考图7，图7示出了叶片顺桨转速的第四种变化趋势。
该图示方案中，限位装置30转到安全位后，变桨驱动器40控制变桨电机50驱动叶片90以开口向下的二次函数的方式逐渐减小顺桨转速。
该开口向下的二次函数可以通过下述方式计算：
如前，图中横坐标为限位装置30的角度位置，纵坐标为变桨速度；A表示限位装置30的顺桨起始位置，B表示安全位位置，C表示停止位位置。
已知，在限位装置30到达安全位位置B时，顺桨转速为预设最大顺桨转速wmax，那么，安全位位置B对应的坐标为(ang2，wmax)；假设在停止位位置C时，要求顺桨转速降低到y1，那么停止位所在的位置C的坐标位置为(ang3，y1)。
为方便起见，将安全位位置B(ang2，wmax)记为二次函数的顶点，那么该二次函数的方程为：
y＝b(x-ang2)2+wmax (5)
将停止位位置C的坐标(ang3，y1)代入上式(5)，即可求出系数b的数值，从而可根据式(5)求出从安全位开始顺桨转速的连续、稳定的变化数值。
同样地，y1可以设为0，也可以设为稍大于0的值。
需要说明的是，上述以安全位位置B作为开口向下的二次函数的顶点计算，实际计算时，也可不将安全位位置B作为开口向下的二次函数的顶点。
以上对本发明所提供的风电机组紧急顺桨的控制方法及控制系统均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种风电机组紧急顺桨的控制方法，其特征在于，沿所述风电机组变桨轴承的圆周，按照叶片顺桨旋转方向依次相邻设置安全位和停止位；
在变桨轴承内圈上设置限位装置，当叶片位于零桨距角位置时，所述限位装置与所述停止位之间相隔的角度接近叶片正常工作角度范围；
所述控制方法包括：
变桨电机驱动叶片沿顺桨方向转动；
变桨驱动器监测所述叶片的转动位置；
当所述限位装置旋转至所述安全位时，变桨驱动器控制所述变桨电机按照预设方式降低所述叶片的顺桨转速；
在变桨驱动器控制所述变桨电机按照预设方式降低所述叶片的顺桨转速的步骤中，
所述变桨电机驱动所述叶片的顺桨转速由高转速向零转速阶段性或者连续变化，以使得在所述限位装置转动至所述停止位时，所述叶片的顺桨转速接近于零。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述安全位设有安全位开关，在变桨驱动器监测所述叶片的转动位置的步骤中，
当所述限位装置触发所述安全位开关时，所述安全位开关向所述变桨驱动器发送安全位触发信号，变桨驱动器识别所述安全位触发信号，确定所述限位装置旋转至所述安全位。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，在变桨电机驱动叶片沿顺桨方向转动之前，还包括变桨驱动器识别所述安全位开关的功能状态的步骤；
若所述安全位开关处于正常状态，则在变桨驱动器监测所述叶片的转动位置的步骤中，变桨驱动器监测所述限位装置是否触发所述安全位开关；
若所述安全位开关处于非正常状态，则在变桨驱动器监测所述叶片的转动位置的步骤中，先确定所述限位装置从顺桨起始位置开始，以预设最大顺桨转速转动至所述安全位所需要的预设时间，并记录已顺桨时间，若已顺桨时间超出所述预设时间，则判断所述限位装置旋转至所述安全位。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述顺桨起始位置的角度值的确定方式如下：
若所述叶片的当前桨距角正常，则将所述叶片的当前桨距角记为顺桨起始位置的角度值；
若所述叶片的当前桨距角异常，则将其它叶片的当前桨距角记为顺桨起始位置的角度值。
5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在变桨驱动器识别所述安全位开关的功能状态的步骤中，
在所述风电机组从待机状态到启动完成的过程中，所述变桨电机驱动所述叶片沿顺桨方向的逆向，从工作极限位旋转至零桨距角位置；
若所述安全位开关被所述限位装置触发一次，则所述变桨驱动器识别所述安全位开关的功能状态为正常。
6.根据权利要求1-5任一项所述的控制方法，其特征在于，所述安全位与所述停止位之间的角度范围为10度～25度，所述叶片正常工作角度范围为0度～100度。
7.根据权利要求1-5任一项所述的控制方法，其特征在于，所述停止位与所述叶片的工作极限位之间的角度范围为89度～100度，所述安全位与所述叶片的工作极限位之间的角度范围为75度～85度。
8.一种风电机组紧急顺桨的控制系统，包括变桨驱动器和变桨电机，其特征在于，沿所述风电机组变桨轴承的圆周，按照叶片顺桨旋转方向依次相邻设置安全位和停止位；所述控制系统还包括在所述安全位设置的安全位开关，以及在变桨轴承内圈上设置的限位装置，当叶片位于零桨距角位置时，所述限位装置与所述停止位之间相隔的角度接近叶片正常工作角度范围；其中：
所述变桨电机用于驱动叶片沿顺桨方向转动；
所述变桨驱动器用于监测所述叶片的转动位置；
当所述限位装置旋转至所述安全位时，所述安全位开关发送安全位触发信号至所述变桨驱动器；
所述变桨驱动器根据接收的所述安全位触发信号，输出以预设的递减方式降速的控制信号至所述变桨电机；
所述变桨驱动器根据所述安全位触发信号控制所述变桨电机，使所述叶片的顺桨转速由高转速向零转速阶段性或者连续变化，以使得在所述限位装置转动至所述停止位时，所述叶片的顺桨转速接近于零。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括在所述停止位设置的停止位开关，当所述限位装置旋转至所述停止位时，所述停止位开关发送停止位触发信号至所述变桨驱动器；
所述变桨驱动器接收所述停止位触发信号后，控制所述变桨电机停止运行。
10.根据权利要求8或9所述的控制系统，其特征在于，所述变桨驱动器还用于识别所述安全位开关的功能状态；以及
在所述安全位开关处于非正常状态时，确定所述限位装置从顺桨起始位置开始以预设最大顺桨转速转动至所述安全位所需要的预设时间，并记录已顺桨时间，若已顺桨时间超出所述预设时间，则判断所述限位装置旋转至所述安全位。
11.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：
检测单元，用于获取所述限位装置的顺桨起始位置的角度值和所述已顺桨时间；
所述变桨驱动器还用于根据预设最大顺桨转速、所述安全位的角度值及所述检测单元获取的所述限位装置的顺桨起始位置的角度值计算所述预设时间。
12.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，在所述风电机组从待机状态到启动完成的过程中，所述变桨电机驱动所述叶片沿顺桨方向的逆向，从工作极限位旋转至零桨距角位置；
若所述安全位开关被所述限位装置触发一次，则所述变桨驱动器识别所述安全位开关的功能状态为正常。
13.根据权利要求8或9所述的控制系统，其特征在于，所述安全位与所述停止位之间的角度范围为10度～25度，所述叶片正常工作角度范围为0度～100度。
14.根据权利要求8或9所述的控制系统，其特征在于，所述停止位与所述叶片的工作极限位之间的角度范围为89度～100度，所述安全位与所述叶片的工作极限位之间的角度范围为75度～85度。
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