CN108361150A - 偏航控制装置、执行装置、偏航系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏航控制装置、执行装置、偏航系统及方法。其中，偏航控制装置包括：测量单元用于测量当前风力参数以及风力发电机组的当前偏航参数；偏航控制器用于得到用于执行阻尼动作的当前阻尼控制电力值，并将按当前阻尼控制电力值进行阻尼控制的阻尼控制指令发送给电力变换单元和电气执行单元；电力变换单元用于响应于阻尼控制指令，将当前电力值变换为当前阻尼控制电力值；电气执行单元用于响应于阻尼控制指令，发送按当前阻尼控制电力值对风力发电机组执行阻尼动作的阻尼动作指令。本发明实施例可以实现对不同时间点的阻尼力矩的大小进行灵活且精确控制，使得风力发电机组能够频繁追踪风向，进而可以更好的捕获风能，并保证设备寿命。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组偏航控制装置、偏航机械执行装置、风力发电机组偏航系统、风力发电机组偏航控制方法、偏航机械执行方法和风力发电机组阻尼施加方法。
背景技术
随着人类环保意识和对清洁能源需求的提高，风能作为一种可再生能源己受到广泛重视。近年来，各国对风能的开发与利用在不断加强，风电技术蓬勃发展。偏航系统是大型风力发电机机组的重要组成部分。
偏航系统的主要作用有三个：其一是与风力发电机组的控制系统相互配合，驱动机舱绕塔架中心线旋转，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；其二是在机组正常发电时提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行；其三是与风力发电机组的控制系统相互配合，驱动机舱绕塔架中心线旋转，使风力发电机组塔架内的悬垂主电缆处于松弛状态，避免发生扭缆，进而导致悬垂主电缆损坏。
申请人经研究发现：当风电机组处于偏航工况时，为确保机组运行安全稳定，风电机组的偏航系统需要提供一定的阻尼力矩，以避免来自风轮的偏航转矩脉动造成偏航机械执行系统内部的齿轮副处出现“打齿”现象，即齿轮传动时，齿轮副的齿面始终贴合在一起，不出现缝隙。当风速不同、湍流强度不同时，来自风轮的偏航转矩脉动值也是不同的。通常风速越大、湍流强度越大时，来自风轮的偏航转矩脉动值也越大。理论上，如果阻尼力矩能够随着风速不同而适应性变化(即风速小时，偏航阻尼小；风速大时，偏航阻尼大)，会使偏航机械执行的受载较佳。
现尝试通过产生摩擦力来提供偏航阻尼，发现存在以下不足：
a)通过产生摩擦力来提供偏航阻尼，通过摩擦将电能转化为热能，这将会直接导致机组偏航耗能严重。
b)偏航阻尼不可调节导致偏航机械执行装置不能更加频繁的追踪风向。
c)风力发电机组的偏航阻尼力矩只能根据最恶劣的风况来确定的。不管风大风小，偏航机械执行装置都需要克服来自风轮的偏航转矩以及偏航阻尼力矩。为了保证偏航机械执行装置的寿命，机组偏航控制策略都倾向于采用：较大的对风误差角度阈值(即机组偏离主风向的角度)策略，以及减少偏航动作次数的策略。而这些都将会导致风力发电机组不能更频繁的追踪风向，进而不能更好的捕获风能。
如何对偏航阻尼的大小进行灵活控制，使得风力发电机组能够频繁追踪风向，进而可以更好的捕获风能，并保证设备寿命，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决不能对偏航阻尼的大小进行灵活控制，使得风力发电机组不能够频繁追踪风向，进而不能更好的捕获风能，影响设备寿命的问题，本发明实施例提供了一种偏航控制装置、执行装置、偏航系统及方法
第一方面，提供了一种风力发电机组偏航控制装置。该装置包括：
测量单元、偏航控制器、电力变换单元和电气执行单元，其中：
测量单元，用于测量当前风力参数以及风力发电机组的当前偏航参数；
偏航控制器，用于获取当前风力参数和当前偏航参数，根据当前风力参数和当前偏航参数，得到用于执行阻尼动作的当前阻尼控制电力值，并将按当前阻尼控制电力值进行阻尼控制的阻尼控制指令发送给电力变换单元和电气执行单元；
电力变换单元，用于响应于阻尼控制指令，将当前电力值变换为当前阻尼控制电力值；
电气执行单元，用于响应于阻尼控制指令，发送按当前阻尼控制电力值对风力发电机组执行阻尼动作的阻尼动作指令。
第二方面，提供了一种偏航机械执行装置。该装置包括：
偏航阻尼单元，用于接收风力发电机组偏航控制装置30中电气执行单元发送的阻尼动作指令，响应于所述阻尼动作指令，向偏航轴承提供与当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩；
偏航轴承，用于在所述阻尼力矩的作用力下，带动风力发电机组执行阻尼动作；
偏航制动器，用于在风力发电机组执行偏航动作的过程中，取消施加在风力发电机组上的偏航制动力矩。
第三方面，提供了一种风力发电机组偏航系统。该系统包括：
上述的风力发电机组偏航控制装置；
上述的偏航机械执行装置。
第四方面，提供了一种风力发电机组偏航控制方法。该方法包括以下步骤：
测量当前风力参数以及风力发电机组的当前偏航参数；
获取当前风力参数和当前偏航参数，根据当前风力参数和当前偏航参数，得到用于执行阻尼动作的当前阻尼控制电力值，并发送按当前阻尼控制电力值进行阻尼控制的阻尼控制指令；
响应于阻尼控制指令，将当前电力值变换为当前阻尼控制电力值；
响应于阻尼控制指令，发送按当前阻尼控制电力值对风力发电机组执行阻尼动作的阻尼动作指令。
第五方面，提供了一种偏航机械执行方法。该方法包括以下步骤：
接收上述阻尼动作指令，响应于阻尼动作指令，提供与当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩；
利用偏航轴承在阻尼力矩的作用力下，带动风力发电机组执行阻尼动作；
利用偏航制动器在风力发电机组执行偏航动作的过程中，取消施加在风力发电机组上的偏航制动力矩。
第六方面，提供了一种风力发电机组阻尼施加方法。该方法包括以下步骤：
响应于偏航控制器的偏航控制指令，取消施加在风力发电机组上的偏航制动力矩；
由偏航驱动单元驱动风力发电机组执行偏航动作；
响应于偏航控制器的阻尼控制指令，由电力变换单元将当前电力值变换为所述当前偏航控制电力值，以对风力发电机组加载阻尼力矩。
第七方面，提供了一种风力发电机组偏航控制装置。该装置包括：
存储器，用于存放程序；
处理器，用于执行所述存储器存储的程序，所述程序使得所述处理器执行上述各方面所述的方法。
第八方面，提供了一种偏航机械执行方法装置。该装置包括：
存储器，用于存放程序；
处理器，用于执行所述存储器存储的程序，所述程序使得所述处理器执行上述各方面所述的方法。
第九方面，提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。
第十方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品。当该产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。
第十一方面，提供了一种计算机程序。当该计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。
由此，上述发明实施例可以通过在风力发电机组发电时，实时测量当前风力参数以及风力发电机组的当前偏航参数，根据不同时间点的当前风力参数和当前偏航参数，得到用于执行阻尼动作的不同的当前阻尼控制电力值，按不同当前阻尼控制电力值对风力发电机组进行阻尼控制，可以实现对不同时间点的偏航阻尼的力矩的大小进行灵活控制，使得风力发电机组能够频繁追踪风向，进而可以更好的捕获风能，并保证设备寿命。
一方面，偏航控制器可以根据实时的风力参数和偏航参数，精确计算得到当前偏航控制电力值，便于精确控制偏航阻尼的大小，使得风力发电机组可以工作在非常小的偏航误差角内，从而可以降低风力发电机组的各个部件的受载。另外，小的受载力可以提高各个部件的寿命(如无需定期更换摩擦片)，可以降低风力发电机组的成本。
另一方面，在精确控制的偏航阻尼力矩下，可以更好的捕捉风能，从而提高风力发电机组的发电量。
又一方面，偏航控制器无需根据最恶劣的风况来确定阻尼力矩，可以降低机组的偏航耗能，还可以消除偏航异响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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附图。
图1是本发明一实施例的风力发电机组偏航系统的框架结构示意图；
图2是本发明一实施例的风力发电机组偏航控制装置的结构示意图；
图3是本发明一实施例的风力发电机组偏航机械执行装置的结构示意图；
图4是本发明一实施例的偏航驱动单元的结构示意图；
图5是本发明一实施例的偏航阻尼单元的结构示意图；
图6是本发明一实施例的偏航制动器的结构示意图；
图7是本发明一实施例的风力发电机组偏航控制方法的流程示意图；
图8是本发明一实施例的风力发电机组偏航机械执行方法的流程示意图；
图9是本发明一实施例的电磁偏航阻尼的加载方法的流程示意图。
其中：
1-机舱主机架；2-塔架；3-风力发电机组偏航系统；
30-风力发电机组偏航控制装置；31-风力发电机组偏航机械执行装置；
301-偏航控制器；302-测量单元；303-电气执行单元；304-电力变换单元；
311-偏航驱动单元；312-偏航轴承；313-偏航制动器；314-偏航阻尼单元；
3111-偏航电机或液压马达；3112-偏航减速器；3113-偏航齿轮；
3141-发电机；3142-阻尼减速器；3143-阻尼齿轮。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明一实施例的风力发电机组偏航系统的结构示意图。
如图1所示，风力发电机组可以包括：机舱主机架1和塔架2。风力发电机组偏航系统3可以分别与机舱主机架1和塔架2连接，用于对风力发电机组进行偏航控制和阻尼控制。
在本实施例中，风力发电机组偏航系统3可以包括：风力发电机组偏航控制装置30和偏航机械执行装置31。
在本实施例中，风力发电机组偏航控制装置30可以包括：测量单元302、偏航控制器301、电力变换单元304和电气执行单元303。偏航控制装置30的主要作用可以是测量风速、风向以及风力发电机组的机舱的偏航角度，通过偏航控制器301接收和处理测量单元302的测量信息，根据信息处理结果，发送控制指令，并产生电气动作，如阻尼电气动作或者偏航电气动作。
在本实施例中，偏航控制装置30中各个部件间信息传输可以的实现方式可以是：测量单元302将测量到的风速、风向、偏航位置等测量信息经偏航控制器301的通讯模块或I/O模块传递给偏航控制器301的CPU模块。经CPU模块处理后，偏航控制器301将控制指令通过自身的通讯模块或I/O模块发送给电气执行单元303和电力变换单元304。另外，电气执行单元303和电力变换单元304也可以将执行或状态信息反馈给偏航控制器301。
在本实施例中，偏航机械执行装置31可以包括：偏航阻尼单元314和偏航轴承312和偏航制动器313。偏航机械执行装置31的主要功能可以是执行风力发电机组偏航控制装置30的偏航指令(偏航控制指令或偏航动作指令)或者阻尼指令(阻尼控制指令或阻尼动作指令)。
图2是本发明一实施例的风力发电机组偏航控制装置的结构示意图。
如图2所示，风力发电机组偏航控制装置30可以包括：测量单元302、偏航控制器301、电力变换单元304和电气执行单元303。
下面介绍风力发电机组偏航控制装置30向偏航机械执行装置31发送阻尼指令的实现方式，具体如下所示：
测量单元302可以用于测量当前风力参数以及风力发电机组的当前偏航参数；偏航控制器301可以用于获取当前风力参数和当前偏航参数，根据当前风力参数和当前偏航参数，得到用于执行阻尼动作的当前阻尼控制电力值，并将按当前阻尼控制电力值进行阻尼控制的阻尼控制指令发送给电力变换单元304和电气执行单元303；电力变换单元304可以用于响应于阻尼控制指令，将当前电力值变换为当前阻尼控制电力值；电气执行单元303可以用于响应于阻尼控制指令，发送按当前阻尼控制电力值对风力发电机组执行阻尼动作的阻尼动作指令。
在一些实施例中，偏航控制器301可以是风力发电机组的机舱内的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。偏航控制器301可以包括：CPU模块、通讯模块、电源模块、I/O模块等。
在一些实施例中，测量单元302可以包括：风速风向测量传感器和偏航转速测量传感器。其中，风速风向测量传感器可以用于测量得到当前风力参数。风速风向测量传感器可以包括：机械式风速计、机械式风向标、超声波式风速风向仪、激光测速雷达等。偏航转速测量传感器可以用于测量得到风力发电机组的当前偏航参数。例如，偏航转速测量传感器可以包括：接近开关、偏航计数器等。另外，测量单元302还可以包括：偏航保护元件，如限位开关等。
在一些实施例中，电力变换单元304可以包括：开关电子器件。开关电子器件可以包括：晶闸管和/或晶体管。例如，电力变换单元304可以主要由晶闸管、门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor，GTO)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)、控制电路等构成。
电力变换单元304可以通过控制电力电子器件的关断与导通，可以将发电机3141的输出电能转换成标准电压(频率50Hz或60Hz)并反馈给电源(如风力发电机组的配电回路)。电力变换单元304可以通过控制输出电流或者电压(电力值)的大小，来实现控制偏航阻尼大小的目的。并且可进一步根据风况来调整偏航时阻尼力矩的大小，进而改善风力发电机组偏航机械执行装置31的受载，从而实现风力发电机组偏航机械执行装置31的增寿。
在一些实施例中，电气执行单元303可以包括电压电气元件。电压电气元件可以是用于控制电力变换单元304工作的低压电气元件。电压电气元件可以包括如下器件中的一种或者多种：接触器、断路器、中间继电器。
下面介绍风力发电机组偏航控制装置30向偏航机械执行装置31发送偏航指令的实现方式，具体如下所示：
偏航控制器301还可以用于根据当前风力参数和当前偏航参数，得到用于执行偏航动作的当前偏航控制电力值，并将按当前偏航控制电力值进行偏航控制的偏航控制指令发送给电力变换单元304和电气执行单元303；电力变换单元304还可以用于响应于偏航控制指令，将当前电力值变换为当前偏航控制电力值；电气执行单元303还可以用于响应于偏航控制指令，发送按当前偏航控制电力值对风力发电机组执行偏航动作的偏航动作指令。
在一些实施例中，偏航控制器301还可以用于：发送用于采集阻尼动作产生的动能并将动能转化为电能的转化指令。
在一些实施例中，偏航控制器301还用于：发送由电力变换单元304将电能转换为额定电能，并回收额定电能的回收指令。
图3是本发明一实施例的风力发电机组偏航机械执行装置的结构示意图。
如图3所示，偏航机械执行装置31可以设置在机舱主机架1和塔架2上。偏航机械执行装置31可以包括：偏航阻尼单元314、偏航轴承312、偏航制动器313和偏航驱动单元311。
在一些实施例中，偏航机械执行装置31可以执行偏航控制装置30的阻尼指令，其实现方式可以如下所示：
偏航阻尼单元314可以用于接收风力发电机组偏航控制装置30发送的阻尼动作指令，响应于阻尼动作指令，向偏航轴承312提供与当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩；偏航轴承312可以用于在阻尼力矩的作用力下，带动风力发电机组执行阻尼动作；偏航制动器313可以用于在风力发电机组执行偏航动作的过程中，取消施加在风力发电机组上的偏航制动力矩。
在一些实施例中，偏航机械执行装置31可以是执行风力发电机组偏航控制装置30的偏航指令，其实现方式可以如下所示：
偏航驱动单元311可以用于接收电气执行单元303发送的偏航动作指令，响应于偏航动作指令，提供与当前控制电力值对应的偏航力矩；偏航轴承312还用于在偏航力矩的作用力下，带动风力发电机组执行偏航动作。偏航时，通过电气执行单元303动作，偏航驱动单元311可以得电，使风力发电机组可以进行偏航运动，并将电能转换为动能。
在本实施例中，根据不同的应用场景偏航制动器313和偏航驱动单元311的数量可以灵活设置为多个，或者取消为0。随着偏航驱动单元311的取消，偏航功能也随之取消，但其仍然可以实现阻尼功能。
图4是本发明一实施例的偏航驱动单元的结构示意图。
如图4所示，设置在机舱主机架1和塔架2上的偏航驱动单元311可以包括：偏航电机或液压马达3111、偏航齿轮3113和偏航减速器3112。
其中，偏航电机或液压马达3111可以为偏航运动提供动力(即力矩或者扭矩)；偏航减速器3112可以为多级行星传动结构，它可以将偏航电机或液压马达3111的转动力矩传递给偏航齿轮3113，并降低转速增加输出力矩；偏航齿轮3113与偏航轴承312上的齿轮相啮合并驱动偏航轴承312内圈或外圈转动，进而使风力发电机组的主机(如风力发电机组塔架上面部分)进行偏航运动。
在一些实施例中，偏航轴承312可以选择滑动轴承或滚动轴承。
图5是本发明一实施例的偏航阻尼单元的结构示意图。
如图5所示，偏航阻尼单元314可以包括：发电机3141、阻尼齿轮3143和阻尼减速器3142。
在一些实施例中，发电机3141可以用于向阻尼减速器3142提供阻尼力矩；阻尼减速器3142可以用于将阻尼力矩传递给阻尼齿轮3143；阻尼齿轮3143可以用于在阻尼力矩的作用下，与偏航轴承312进行啮合，向偏航轴承312提供与当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩。
在一些实施例中，阻尼齿轮3143可以用于与偏航轴承312进行啮合，将偏航轴承312转动力矩传递给阻尼减速器3142；阻尼减速器3142可以用于根据转动力矩齿轮，变化自身的转动速度并带动发电机3141工作；发电机3141可以用于在阻尼减速器3142的带动下发电，并将所发的电量进行回收。
在一些实施例中，由于偏航时，偏航转速可以是一个定值。通过调整系统参数，发电机3141和电力变换模单元304可以进行灵活配置，具体的配置方式可以如表1所示：
表(1)
在一些实施例中，可以通过调整系统参数(如偏航速度、阻尼单元314的传动比、发电机3141的极对数等)使发电机3141的输出电压达到一个合适值。
在一些实施例中，偏航减速器3112和阻尼减速器3142可以选用同型号的减速器，也可以选用不同型号的减速器，偏航齿轮3113和阻尼齿轮3143可以选用同型号的齿轮，也可以选用不同型号的齿轮，此方面内容不做限制。图6是本发明一实施例的偏航制动器的结构示意图。
偏航制动器313可以选择使用液压主动式盘式制动器或被动式制动器。如图6所示，偏航制动器313可以包括：滑动衬垫3131、偏航保持架3132、径向滑板3133、偏航爪3134、压盘3135、弹簧3136、调节螺栓3137、导向板3138和偏航齿圈3139。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
图7是本发明一实施例的风力发电机组偏航控制方法的流程示意图。
如图7所示，风力发电机组偏航控制方法的执行主体可以是上述的风力发电机组偏航控制装置30。该方法可以包括以下步骤：
S701，利用测量单元302测量当前风力参数以及风力发电机组的当前偏航参数；
S702，利用偏航控制器301获取当前风力参数和当前偏航参数，根据当前风力参数和当前偏航参数，得到用于执行阻尼动作的当前阻尼控制电力值，并将按当前阻尼控制电力值进行阻尼控制的阻尼控制指令发送给电力变换单元304和电气执行单元303；
S703，利用电力变换单元304响应于阻尼控制指令，将当前电力值变换为当前阻尼控制电力值；
S704，利用电气执行单元303响应于阻尼控制指令，发送按当前阻尼控制电力值对风力发电机组执行阻尼动作的阻尼动作指令。
在一些实施例中，该方法还可以包括：
利用偏航控制器301根据当前风力参数和当前偏航参数，得到用于执行偏航动作的当前偏航控制电力值，并将按当前偏航控制电力值进行偏航控制的偏航控制指令发送给电力变换单元304和电气执行单元303；
利用电力变换单元304响应于偏航控制指令，将当前电力值变换为当前偏航控制电力值；
利用电气执行单元303响应于偏航控制指令，发送按当前偏航控制电力值对风力发电机组执行偏航动作的偏航动作指令。
在一些实施例中，该方法还可以包括：利用偏航控制器301发送用于采集阻尼动作产生的动能并将动能转化为电能的转化指令。
在一些实施例中，该方法还可以包括：利用偏航控制器301发送由电力变换单元304将电能转换为额定电能，并回收额定电能的回收指令。
图8是本发明一实施例的风力发电机组偏航机械执行方法的流程示意图。
如图8所示，风力发电机组偏航机械执行方法的执行主体可以是上述的风力发电机组偏航机械执行装置31，该方法可以包括以下步骤：
S801，利用偏航阻尼单元314接收上述风力发电机组偏航控制装置30中电气执行单元303发送的阻尼动作指令，响应于阻尼动作指令，向偏航轴承312提供与当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩；
S802，利用偏航轴承312在阻尼力矩的作用力下，带动风力发电机组执行阻尼动作；
S803，利用偏航制动器313在风力发电机组执行偏航动作的过程中，取消施加在风力发电机组上的偏航制动力矩。
在一些实施例中，该方法还可以包括：
利用偏航驱动单元311接收电气执行单元303发送的偏航动作指令，响应于偏航动作指令，提供与当前控制电力值对应的偏航力矩；
利用偏航轴承312在偏航力矩的作用力下，带动风力发电机组执行偏航动作。在一些实施例中，利用偏航阻尼单元314响应于阻尼动作指令，向偏航轴承312提供与当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩(即S801)可以包括：
利用发电机3141提供电能，将电能转换为动能并传递给阻尼减速器3142；
利用阻尼减速器3142提供与当前阻尼控制电力值对应的阻尼动能，并将阻尼动能传递给阻尼齿轮3143；
利用阻尼齿轮3143在阻尼动能的作用下，与偏航轴承312进行啮合，向偏航轴承312提供与当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩。
在一些实施例中，该方法还可以包括：
利用阻尼齿轮3143与偏航轴承312进行啮合，将偏航轴承312转动力矩传递给阻尼减速器3142；
利用阻尼减速器3142齿轮根据所述转动力矩，变化自身的转动速度并带动发电机3141工作；
利用发电机3141在阻尼减速器3142的带动下发电，并将所发的电量进行回收。
图9是本发明一实施例的电磁偏航阻尼的加载方法的流程示意图。
如图9所示，该方法可以包括以下步骤：
S901，根据当前风力参数以及风力发电机组的当前偏航参数判定，当前风力发电机组需要执行动作时，可以打开偏航制动器313，即取消偏航制动力矩。
可以利用偏航阻尼单元314接收电气执行单元303(也可以是风力发电机组偏航控制装置中其它单元，具体根据实际应用场景灵活设置)发送的阻尼动作指令，响应于阻尼动作指令，向偏航轴承312提供与当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩。
S902，给偏航驱动单元311供电，开始驱使风力发电机组执行偏航动作。
可以由偏航驱动单元311驱动偏航轴承312在阻尼力矩的作用力下，带动风力发电机组执行阻尼动作。
S903，当机组执行偏航动作后，仅判定需要执行阻尼运动时，根据偏航控制器301的指令让电力变换单元304输出一定大小的电流，进而实现偏航阻尼的加载。
S904，当机组偏航停机前，将电力变换单元304的输出电流减小到0，此时取消偏航阻尼。
S905，当偏航停机时，切断偏航驱动单元311的供电，在偏航驱动单元311上的电磁刹车的作用下，机组停止偏航运动。
S906，通过偏航制动器313施加偏航制动力矩，使机组不能进行偏航转动。
由此，上述各个发明实施例中，风力发电机组偏航系统3、风力发电机组偏航控制装置30和风力发电机组偏航机械执行装置31结构紧凑，设计精巧，可以实现如下技术效果：
1、可以通过控制偏航阻尼的大小，优化偏航系统机械部件的受载工况(如改善液压制动器的工况、减少齿轮的齿根最大平均应力等)，从而提高各个部件的寿命，进而可允许偏航系统更加频繁的工作，并且可使机组工作在更小的偏航误差角的阈值内，从而可以更好的捕捉风能，提高机组发电量。
2、由于偏航控制器301可以根据实时的风力参数和偏航参数，进行精确计算得到当前偏航控制电力值，使得风力发电机组可以工作在较小的偏航误差角内，也可以降低风力发电机组的受载。
3、无需根据最恶劣的风况来确定阻尼力矩，可以降低机组的偏航耗能。
4、可以将偏航动作和阻尼动作的电能回收利用，可有效降低风力发电机组的后备电源的容量。
5、可以消除偏航异响的问题。
6、无需定期更换摩擦片。
7、可以降低风力发电机组的成本。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以按实际需要将上述的操作步骤的顺序进行灵活调整，或者将上述步骤进行灵活组合等操作。为了简明，不再赘述各种实现方式。另外，各实施例的内容可以相互参考引用。
需要说明的是，为了描述简洁，上述各个实施例可以相互参考和引用。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (23)
1.一种风力发电机组偏航控制装置(30)，其特征在于，包括：测量单元(302)、偏航控制器(301)、电力变换单元(304)和电气执行单元(303)，其中：
所述测量单元(302)，用于测量当前风力参数以及所述风力发电机组的当前偏航参数；
所述偏航控制器(301)，用于获取所述当前风力参数和所述当前偏航参数，根据所述当前风力参数和所述当前偏航参数，得到用于执行阻尼动作的当前阻尼控制电力值，并将按所述当前阻尼控制电力值进行阻尼控制的阻尼控制指令发送给所述电力变换单元(304)和所述电气执行单元(303)；
所述电力变换单元(304)，用于响应于所述阻尼控制指令，将当前电力值变换为所述当前阻尼控制电力值；
所述电气执行单元(303)，用于响应于所述阻尼控制指令，发送按所述当前阻尼控制电力值对所述风力发电机组执行阻尼动作的阻尼动作指令。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中：
所述偏航控制器(301)，还用于根据所述当前风力参数和所述当前偏航参数，得到用于执行偏航动作的当前偏航控制电力值，并将按所述当前偏航控制电力值进行偏航控制的偏航控制指令发送给所述电力变换单元(304)和所述电气执行单元(303)；
所述电力变换单元(304)，还用于响应于所述偏航控制指令，将当前电力值变换为所述当前偏航控制电力值；
所述电气执行单元(303)，还用于响应于所述偏航控制指令，发送按所述当前偏航控制电力值对所述风力发电机组执行偏航动作的偏航动作指令。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏航控制器(301)还用于：
发送用于采集阻尼动作产生的动能并将所述动能转化为电能的转化指令。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏航控制器(301)还用于：
发送由所述电力变换单元(304)将所述电能转换为额定电能，并回收所述额定电能的回收指令。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量单元(302)包括：
风速风向测量传感器，用于测量得到所述当前风力参数；
偏航转速测量传感器，用于测量得到所述风力发电机组的所述当前偏航参数。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，其中：
所述电力变换单元(304)包括开关电子器件；
所述电气执行单元(303)包括电压电气元件。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，其中：
所述电力变换单元(304)包括晶闸管和/或晶体管；
所述电气执行单元(303)包括如下器件中的一种或者多种：接触器、断路器、中间继电器。
8.一种风力发电机组偏航机械执行装置(31)，其特征在于，包括：偏航阻尼单元(314)、偏航轴承(312)和偏航制动器(313)，其中：
所述偏航阻尼单元(314)，用于接收如权利要求1-7中任一项所述风力发电机组偏航控制装置(30)中电气执行单元(303)发送的阻尼动作指令，响应于所述阻尼动作指令，向所述偏航轴承(312)提供与所述当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩；
所述偏航轴承(312)，用于在所述阻尼力矩的作用力下，带动所述风力发电机组执行阻尼动作；
所述偏航制动器(313)，用于在所述风力发电机组执行偏航动作的过程中，取消施加在所述风力发电机组上的偏航制动力矩。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：
偏航驱动单元(311)，用于接收所述电气执行单元(303)发送的偏航动作指令，响应于所述偏航动作指令，提供与所述当前控制电力值对应的偏航力矩；
所述偏航轴承(312)，还用于在所述偏航力矩的作用力下，带动风力发电机组执行偏航动作。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述偏航阻尼单元(314)包括：发电机(3141)、阻尼齿轮(3143)和阻尼减速器(3142)，其中：
所述发电机(3141)，用于向所述阻尼减速器(3142)提供所述阻尼力矩；
所述阻尼减速器(3142)，用于将所述阻尼力矩传递给所述阻尼齿轮(3143)；
所述阻尼齿轮(3143)，用于在所述阻尼力矩的作用下，与所述偏航轴承(312)进行啮合，向所述偏航轴承(312)提供与所述当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，其中：
所述阻尼齿轮(3143)，还用于与所述偏航轴承(312)进行啮合，将所述偏航轴承(312)转动力矩传递给所述阻尼减速器(3142)；
所述阻尼减速器(3142)，用于根据所述转动力矩齿轮，变化自身的转动速度并带动所述发电机(3141)工作；
所述发电机(3141)，用于在所述阻尼减速器(3142)的带动下发电，并将所发的电量进行回收。
12.一种风力发电机组偏航系统(3)，其特征在于，包括：
如权利要求1-7中任一项所述的风力发电机组偏航控制装置(30)；
如权利要求8-11中任一项所述的风力发电机组偏航机械执行装置(31)。
13.一种风力发电机组偏航控制方法，用于如权利要求1-7中任一项风力发电机组偏航控制装置，其特征在于，包括以下步骤：
利用所述测量单元(302)测量当前风力参数以及所述风力发电机组的当前偏航参数；
利用所述偏航控制器(301)获取所述当前风力参数和所述当前偏航参数，根据所述当前风力参数和所述当前偏航参数，得到用于执行阻尼动作的当前阻尼控制电力值，并将按所述当前阻尼控制电力值进行阻尼控制的阻尼控制指令发送给所述电力变换单元(304)和所述电气执行单元(303)；
利用所述电力变换单元(304)响应于所述阻尼控制指令，将当前电力值变换为所述当前阻尼控制电力值；
利用所述电气执行单元(303)响应于所述阻尼控制指令，发送按所述当前阻尼控制电力值对所述风力发电机组执行阻尼动作的阻尼动作指令。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
利用所述偏航控制器(301)根据所述当前风力参数和所述当前偏航参数，得到用于执行偏航动作的当前偏航控制电力值，并将按所述当前偏航控制电力值进行偏航控制的偏航控制指令发送给所述电力变换单元(304)和所述电气执行单元(303)；
利用所述电力变换单元(304)响应于所述偏航控制指令，将当前电力值变换为所述当前偏航控制电力值；
利用所述电气执行单元(303)响应于所述偏航控制指令，发送按所述当前偏航控制电力值对所述风力发电机组执行偏航动作的偏航动作指令。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，还包括：
利用所述偏航控制器(301)发送用于采集阻尼动作产生的动能并将所述动能转化为电能的转化指令。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
利用所述偏航控制器(301)发送由所述电力变换单元(304)将所述电能转换为额定电能，并回收所述额定电能的回收指令。
17.一种风力发电机组偏航机械执行方法，用于如权利要求8-11中任一项所述的风力发电机组偏航机械执行装置，其特征在于，包括如下步骤：
利用所述偏航阻尼单元(314)接收如权利要求1-7中任一项所述风力发电机组偏航控制装置30中电气执行单元(303)发送的阻尼动作指令，响应于所述阻尼动作指令，向所述偏航轴承(312)提供与所述当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩；
利用所述偏航轴承(312)在所述阻尼力矩的作用力下，带动所述风力发电机组执行阻尼动作；
利用所述偏航制动器(313)在所述风力发电机组执行偏航动作的过程中，取消施加在所述风力发电机组上的偏航制动力矩。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：
利用偏航驱动单元(311)接收所述电气执行单元(303)发送的偏航动作指令，响应于所述偏航动作指令，提供与所述当前控制电力值对应的偏航力矩；
利用所述偏航轴承(312)在所述偏航力矩的作用力下，带动风力发电机组执行偏航动作。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，利用所述偏航阻尼单元(314)响应于所述阻尼动作指令，向所述偏航轴承(312)提供与所述当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩，包括：
利用所述发电机(3141)提供向阻尼减速器(3142)提供阻尼力矩；利用所述阻尼减速器(3142)用于将所述阻尼力矩传递给阻尼齿轮(3143)；
利用所述阻尼齿轮(3143)在所述阻尼力矩的作用下，与所述偏航轴承(312)进行啮合，向所述偏航轴承(312)提供与所述当前阻尼控制电力值对应的阻尼力矩。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：
利用所述阻尼齿轮(3143)与所述偏航轴承(312)进行啮合，将所述偏航轴承(312)转动力矩传递给所述阻尼减速器(3142)；
利用所述阻尼减速器(3142)根据所述转动力矩齿轮，变化自身的转动速度并带动所述发电机(3141)工作；
利用所述发电机(3141)在所述阻尼减速器(3142)的带动下发电，并将所发的电量进行回收。
21.一种风力发电机组阻尼施加方法，其特征在于，包括以下步骤：
响应于如权利要求1-7中任一项所述的风力发电机组偏航控制装置的所述偏航控制器(301)的偏航控制指令，取消由所述偏航制动器313施加在如权利要求8-11中任一项所述风力发电机组上的偏航制动力矩；
由所述偏航驱动单元311驱动所述风力发电机组执行偏航动作；
响应于所述偏航控制器(301)的阻尼控制指令，由所述电力变换单元(304)将当前电力值变换为所述当前偏航控制电力值，以对所述风力发电机组加载阻尼力矩。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于所述偏航控制器(301)的取消阻尼控制指令，由所述电力变换单元(304)将当前电力值变换为0，以取消对所述风力发电机组加载的阻尼力矩。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于所述偏航控制器(301)的停止偏航控制指令，由所述偏航驱动单元311停止驱动所述风力发电机组执行偏航动作；
由所述偏航制动器313向所述风力发电机施加偏航制动力矩。
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