CN108708824A - 风力发电机组的偏航控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种风力发电机组的偏航控制方法及装置，所述方法包括以下步骤：接收风传感器检测的风电场的实时风速数据；当确定实时风速数据小于特定风速时，控制风力发电机组进行零压偏航，其中，所述零压偏航表示风力发电机组在液压制动器的压力值为零或极小值的状态下进行偏航。本发明根据风速的大小来设置液压制动器的压力值，使风力发电机组在风速小于特定风速的情况下进行零压偏航控制，减小了液压制动器的摩擦片的磨损率，降低了风力发电机组的振动噪声。
Description
技术领域
本发明涉及风电技术领域，具体地讲，涉及一种风力发电机组的偏航控制方法及装置。
背景技术
为避免风力发电机组(以下简称“机组”)在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振，偏航系统在机组偏航时必须具有合适的阻尼力矩，机组偏航包括偏航对风和偏航解缆。当前大型的风力发电机组的主流偏航系统是采用液压制动器和偏航刹车盘的相互作用来提供偏航过程中的阻尼力矩和驻车状态下的刹车力矩，其中，阻尼力矩的大小是根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩以及风电场内的风速的大小等来决定，其基本的确定原则是确保机组在偏航时应动作平稳顺畅不产生振动。只有在阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确并充分利用风能发电。在偏航过程中，机组是借助液压制动器使摩擦片以一定的压力压紧刹车盘，摩擦片不可避免的被磨损，且摩擦片通常采用的是磨损率比较高的高分子材料，一般情况下，每五年左右就需要更换一次液压制动器的摩擦片。
现有的机组偏航系统及其控制程序，为了保持偏航过程中整个机组处于稳定的状态，会控制液压制动器的腔体内始终保持一定的压力，而液压制动器的腔体内始终保持的一定的压力将会使摩擦片的磨损更为严重，并且机组也会相应的产生噪音。对于磨损严重的摩擦片必须及时停止机组运行并对摩擦片进行更换，这样不仅造成了服务成本提高的问题，还使机组的发电时间减短，降低了机组的经济效益和发电收益。
发明内容
本发明针对现有技术存在的弊端，提出了一种风力发电机组的偏航控制方法及装置，通过对风速大小的判定来设置液压制动器的压力值，控制风力发电机组在风速小于特定风速的情况下进行零压或者极小值压偏航，从而减小液压制动器的摩擦片的磨损率，降低风力发电机组的振动噪声。
本发明的一方面提供了一种风力发电机组的偏航控制方法，所述方法包括以下步骤：获取风传感器检测的风电场的实时风速数据；当确定实时风速数据小于特定风速时，控制风力发电机组进行零压偏航，其中，所述零压偏航表示风力发电机组在液压制动器的压力值为零或极小值的状态下进行偏航。
优选地，所述特定风速是根据风力发电机组的偏航载荷的变化和机舱加速度的大小设定的。
优选地，所述控制风力发电机组进行零压偏航的步骤包括：在风力发电机组启动零压偏航时，控制风力发电机组由驻车状态向零压偏航状态进行带阻尼启动偏航，以及在风力发电机组停止零压偏航时，控制风力发电机组由零压偏航状态向驻车状态进行带阻尼停止偏航。
优选地，所述方法还包括：当确定实时风速数据大于所述特定风速时，控制风力发电机组进行带压偏航，其中，所述带压偏航表示将风力发电机组的液压制动器的压力值设置为固定压力值，并控制风力发电机组在液压制动器的压力值为固定压力值的状态下进行偏航。
优选地，所述固定压力值的取值范围为20bar～30bar。
优选地，所述特定风速的取值范围为5m/s～10m/s。
本发明的另一方面提供了一种风力发电机组的偏航控制装置，所述装置包括：风速获取模块，被配置为获取风传感器检测的风电场的实时风速数据；偏航控制模块，被配置为当确定实时风速数据小于特定风速时，控制风力发电机组进行零压偏航，其中，所述零压偏航表示风力发电机组在液压制动器的压力值为零或极小值的状态下进行偏航。
优选地，所述特定风速是根据风力发电机组的偏航载荷的变化和机舱加速度的大小设定的。
优选地，所述偏航控制模块还被配置为：在风力发电机组启动零压偏航时，控制风力发电机组由驻车状态向零压偏航状态进行带阻尼启动偏航，以及在风力发电机组停止零压偏航时，控制风力发电机组由零压偏航状态向驻车状态进行带阻尼停止偏航。
优选地，所述偏航控制模块还被配置为：当确定实时风速数据大于所述特定风速时，控制风力发电机组进行带压偏航，其中，所述带压偏航表示将风力发电机组的液压制动器的压力值设置为固定压力值，并控制风力发电机组在液压制动器的压力值为固定压力值的状态下进行偏航。
优选地，所述固定压力值的取值范围为20bar～30bar。
优选地，所述特定风速的取值范围为5m/s～10m/s。
本发明的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时，所述处理器执行如上所述的风力发电机组的偏航控制方法。
本发明的另一方面提供了一种计算机设备，包括处理器和存储计算机程序的存储器，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时，所述处理器执行如上所述的风力发电机组的偏航控制方法。
在本发明中，通过对风速大小进行判定来设置液压制动器的压力值，进而控制风力发电机组在风速小于特定风速的情况下进行零压或者极小值压偏航，该偏航控制方法简单，易于实现，不仅使液压制动器的摩擦片的磨损率减少，降低风力发电机组的振动噪声，还提高了经济效益和发电收益。
附图说明
通过以下结合附图进行的描述，本发明的示例性实施例的以上和其他方面、特点和优点将会更加清楚，在附图中：
图1示出根据本发明的实施例的风力发电机组的偏航系统的工作原理图；
图2示出根据本发明的实施例的风力发电机组的偏航控制方法的流程图；
图3示出根据本发明的示例性的实施例的液压制动器的压力值的变化示意图；
图4示出根据本发明的实施例的风力发电机组的偏航控制装置的框图。
在附图中，相同的标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。
具体实施方式
提供以下参照附图的描述以帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。以下参照附图的描述包括各种特定细节以帮助理解，但是所述特定细节将仅被视为示例性的。因此，本领域普通技术人员将意识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对这里描述的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清晰和简要，可省略公知功能和结构的描述。
以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于字面含义，而是仅由发明者使用以使得能够清楚和一致地理解本发明。因此，本领域技术人员应该清楚的是，提供本发明的示例性实施例的以下描述仅是说明的目的，而不是限制由权利要求及其等同物限定的本发明的目的。
在下文中，描述相关技术术语定义：
1、偏航系统
偏航系统又称对风装置，是风力发电机机舱的一部分，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。对于采用偏航制动器的机组，其偏航系统的工作原理如图1所示：当机组给出偏航停止指令时，液压系统中的高压油液有从A1和A2口进入制动器腔体内，从而使得摩擦片3和刹车盘2接触并产生较大的摩擦力矩，即刹车力矩；当机组给出偏航运行指令时，液压系统的高压油变为压力较低的油液，通常情况下是20bar～30bar，通过A1和A2口进入液压制动器1的腔体内，使得摩擦片3和刹车盘2接触并产生一定的摩擦力矩，即阻尼力矩。
图2是示出根据本发明的实施例的风力发电机组的偏航控制方法的流程图。
如图2所示，首先，在步骤S100，获取风传感器检测的风电场的实时风速数据。根据本发明的实施例，具体地，通过风传感器检测风电场内的实时风向数据和风速数据，其中，采用风速数据来确定风力发电机组进行偏航控制时的液压制动器的压力值大小。风传感器检测的风向数据则用来确定风力发电机组进行偏航控制的不同角度以及偏航电机的正传或反转。根据本发明的实施例，通过风传感器检测风电场的实时风速数据，假设检测的实时风速数据为Vt＝6m/s。应理解，上述对于实时风速数据的举例仅是示例性举例，本发明可采用的实时风速数据不限于此。
接下来，在步骤S200，当确定实时风速数据小于特定风速时，控制风力发电机组进行零压偏航，其中，所述零压偏航表示风力发电机组在液压制动器的压力值为零或极小值的状态下进行偏航。根据本发明的实施例，具体地，当判断实时风速数据小于特定风速时，风力发电机组的主控下发控制偏航系统启动零压偏航的控制指令，风力发电机组在启动零压偏航时控制风力发电机组由驻车状态向零压偏航状态进行带阻尼启动偏航，风力发电机组在停止零压偏航时控制风力发电机组由零压偏航状态向驻车状态进行带阻尼停止偏航，偏航系统由此完成了风力发电机组的完整的零压偏航对风或解缆。其中，特定风速是根据风力发电机组的偏航载荷的变化和机舱加速度的大小进行设定的，例如，风力发电机组安装在I类风区，那么，根据I类风区内风力发电机组的偏航载荷的变化和机舱加速度的大小来对特定风速进行设定，同样，若风力发电机组安装在II类风区或者S类风区，则根据II类风区或者S类风区内风力发电机组的偏航载荷的变化和机舱加速度的大小来设定特定风速。驻车又称“停车”，风力发电机组的驻车状态是指风力发电机组没有进行偏航，且桨叶静止不动时的状态。一般情况下，将液压制动器的压力值设置为200bar，风力发电机组通过液压制动器和偏航刹车盘之间的相互作用产生刹车力矩，风力发电机组进入驻车状态。
根据本发明的实施例，假设根据风力发电机组的偏航载荷的变化和机舱加速度的大小设定的特定风速为V＝10m/s，则如上述举例可知，风传感器检测到的实时风速数据的大小为Vt＝6m/s，将实时风速数据V与特定风速Vt进行比较，判断得出实时风速数据小于特定风速。应理解，上述对于特定风速的举例仅是示例性举例，本发明可采用的特定风速不限于此。此时，主控下发控制偏航系统启动零压偏航的控制指令，风力发电机组结束驻车状态并向零压偏航状态进行转换。在风力发电机组由驻车状态向零压偏航状态进行转换时，液压制动器的压力值并不是由200bar直接降低为零值或者极小值，而是带阻尼启动偏航，即风力发电机组由驻车状态完全转换为零压偏航状态时需要经过一个极短的过渡时段P。在该过渡时段P内，液压制动器的压力值由驻车状态时的200bar先降低为某个过渡值，例如30bar等，风力发电机组的液压制动器的摩擦片产生相应的阻尼力矩，此后，风力发电机组再由过渡时段P进入零值或者极小值的偏航状态。根据本发明的实施例，在风力发电机组停止零压偏航时，风力发电机组由零压偏航状态向驻车状态进行转换，此时，液压制动器的压力值并不是由零值或者极小值直接降上升为200bar，而是进行带阻尼停止偏航，即风力发电机组由零压偏航状态完全转换为驻车状态时也经过一个极短的过渡时段Q。在该过渡时段Q内，液压制动器的压力值由零值或者极小值上升为某个过渡值，例如30bar等，风力发电机组的液压制动器的摩擦片产生相应的阻尼力矩，此后，风力发电机组再由过渡时段Q进入液压制动器的压力值为200bar的驻车状态。应理解，上述对于过渡值的举例仅是示例性举例，本发明可采用的过渡值不限于此。
根据本发明的实施例，当确定实时风速数据大于所述特定风速时，控制风力发电机组进行带压偏航，其中，所述带压偏航表示将风力发电机组的液压制动器的压力值设置为固定压力值，并控制风力发电机组在液压制动器的压力值为固定压力值的状态下进行偏航。具体地，当判断实时风速数据大于特定风速时，风力发电机组的主控下发控制偏航系统启动带压偏航的控制指令，风力发电机组结束驻车状态，并直接转换为液压制动器的压力值为固定压力值的带压偏航状态，其中，固定压力值的取值范围为20bar～30bar。根据本发明的实施例，假设根据风力发电机组的偏航载荷的变化和机舱加速度的大小设定的特定风速为V＝5m/s，则如上述举例可知，风传感器检测到的实时风速数据的大小为Vt＝6m/s，将实时风速数据V与特定风速Vt进行比较，判断得出实时风速数据大于特定风速。此时，主控下发控制偏航系统启动带压偏航的控制指令，风力发电机组结束驻车状态并直接向带压偏航状态进行转换，风力发电机组的液压制动器的压力值直接由200bar降低为固定压力值。
下面将参照图3来详细说明根据本发明的实施例的液压制动器的压力值在偏航过程中的变化。
图3是示出根据本发明的示例性的实施例的液压制动器的压力值的变化示意图。
如图3所示，风力发电机组在进行偏航控制时，不同偏航状态下的液压制动器的压力值的变化不同，其中，图中横坐标表示时间，纵坐标表示液压制动器的压力值。根据本发明的实施例，在0～t1时间段，风力发电机组为驻车状态，此时，液压制动器的压力值为200bar。在t1时刻，风力发电机组由驻车状态向零压偏航状态进行转换，其中，零压偏航为风力发电机组在液压制动器的压力值为零或极小值的状态下进行偏航。假设在进行零压偏航时，液压制动器的压力值取极小值为10bar，则液压制动器的压力值并不是由200bar直接降低为10bar，而是需要经过一个极短的过渡时间段t1～t2进行带阻尼启动零压偏航。具体地，在t1～t2时间段，液压制动器的压力值由驻车状态时的200bar降低为过渡值b1，例如，取过渡值b1为30bar,此时，风力发电机组的液压制动器的摩擦片产生相应的阻尼力矩，以使风力发电机组由驻车状态向零压偏航状态进行转换。在t2时刻，带阻尼启动零压偏航结束，风力发电机组进入零压偏航状态。在t2～t3时间段，风力发电机组的液压制动器的压力值取极小值10bar进行零压偏航。根据本发明的实施例，在风力发电机组停止零压偏航时，风力发电机组由零压偏航状态向驻车状态进行转换，此时，液压制动器的压力值并不是由极小值10bar直接降上升为200bar，也是需要经过一个极短的过渡时间段t3～t4进行带阻尼停止零压偏航。在t3～t4时间段，风力发电机组的液压制动器的压力值由极小值10bar上升为过渡值b1,此时，风力发电机组的液压制动器的摩擦片产生相应的阻尼力矩，以使风力发电机组由零压偏航状态向驻车状态进行转换。在t4时刻，带阻尼停止零压偏航结束，风力发电机组进入驻车状态，液压制动器的压力值为200bar。应理解，上述对于极小值和过渡值的举例仅是示例性举例，本发明可采用的极小值和过渡值不限于此。
根据本发明的实施例，在t4～t5时间段，风力发电机组为驻车状态，此时，液压制动器的压力值为200bar。在t5时刻，风力发电机组由驻车状态向带压偏航状态进行转换，其中，带压偏航表示将风力发电机组的液压制动器的压力值设置为固定压力值，并控制风力发电机组在液压制动器的压力值为固定压力值的状态下进行偏航。一般情况下，固定压力值的取值范围为20bar～30bar。假设将液压制动器的压力值设置为固定压力值30bar，则液压制动器的压力值由200bar直接降低为固定压力值30bar，直接进入带压偏航状态。在t5时刻，风力发电机组由驻车状态直接向带压偏航状态进行转换，在t5～t6时间段，风力发电机组的液压制动器的压力值取固定压力值30bar进行带压偏航。在t6时刻，风力发电机组的带压偏航结束，风力发电机组直接进入驻车状态，液压制动器的压力值为200bar。
图4是示出根据本发明的实施例的风力发电机组的偏航控制装置的框图。
如图4所示，风力发电机组的偏航控制装置400可包括风速获取模块401和偏航控制模块402。根据本发明的实施例，风力发电机组的偏航控制装置400可通过各种计算装置(例如，计算机、服务器、工作站等)来实现。具体地，风速获取模块401被配置为获取风传感器检测的风电场的实时风速数据。偏航控制模块402被配置为当确定实时风速数据小于特定风速时，控制风力发电机组进行零压偏航，其中，零压偏航表示风力发电机组在液压制动器的压力值为零或极小值的状态下进行偏航。
根据本发明的实施例，偏航控制模块402根据风速获取模块401检测到的风电场的实时风速数据对实时风速数据和特定风速进行大小判定，其中，特定风速根据风力发电机组的偏航载荷的变化和机舱加速度的大小进行设定，特定风速的取值范围为5m/s～10m/s。当判断实时风速数据小于特定风速时，风力发电机组的主控下发控制偏航系统启动零压偏航的控制指令，风力发电机组由驻车状态向零压偏航状态进行带阻尼启动偏航，当风力发电机组停止零压偏航时，风力发电机组由零压偏航状态向驻车状态进行带阻尼停止偏航，以完成风力发电机组的偏航对风或偏航解缆。当判断实时风速数据大于特定风速时，风力发电机组的主控下发控制偏航系统启动带压偏航的控制指令，风力发电机组由驻车状态直接向带压偏航状态进行偏航，其中，带压偏航表示将风力发电机组的液压制动器的压力值设置为固定压力值，并控制风力发电机组在液压制动器的压力值为固定压力值的状态下进行偏航，固定压力值的取值范围为20bar～30bar。
根据本发明的实施例的风力发电机组的偏航控制方法及装置，该方法根据风速的大小来设置液压制动器的压力值，使风力发电机组在风速小于特定风速的情况下进行零压偏航控制，减小了液压制动器的摩擦片的磨损率，降低了风力发电机组的振动噪声。
根据本发明的实施例的风力发电机组的偏航控制方法可实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码，或者可通过传输介质被发送。计算机可读记录介质是可存储此后可由计算机系统读取的数据的任意数据存储装置。计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时，处理器执行图2所示的风力发电机组的偏航控制方法。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD)-ROM、数字多功能盘(DVD)、磁带、软盘、光学数据存储装置，但不限于此。传输介质可包括通过网络或各种类型的通信通道发送的载波。计算机可读记录介质也可分布于连接网络的计算机系统，从而计算机可读代码以分布方式被存储和执行。
本发明的另一实施例提供了一种计算机设备，包括处理器和存储计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，处理器执行图2所示的风力发电机组的偏航控制方法及装置。
尽管已经参照本发明的特定示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种形式和细节上的各种改变。
Claims (12)
1.一种风力发电机组的偏航控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取风传感器检测的风电场的实时风速数据；
当确定实时风速数据小于特定风速时，控制风力发电机组进行零压偏航，其中，所述零压偏航表示风力发电机组在液压制动器的压力值为零或极小值的状态下进行偏航。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定风速是根据风力发电机组的偏航载荷的变化和机舱加速度的大小设定的。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制风力发电机组进行零压偏航的步骤包括：
在风力发电机组启动零压偏航时，控制风力发电机组由驻车状态向零压偏航状态进行带阻尼启动偏航，以及
在风力发电机组停止零压偏航时，控制风力发电机组由零压偏航状态向驻车状态进行带阻尼停止偏航。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当确定实时风速数据大于所述特定风速时，控制风力发电机组进行带压偏航，其中，所述带压偏航表示将风力发电机组的液压制动器的压力值设置为固定压力值，并控制风力发电机组在液压制动器的压力值为固定压力值的状态下进行偏航。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述固定压力值的取值范围为20bar～30bar，和/或
所述特定风速的取值范围为5m/s～10m/s。
6.一种风力发电机组的偏航控制装置，其特征在于，所述装置包括：
风速获取模块，被配置为获取风传感器检测的风电场的实时风速数据；
偏航控制模块，被配置为当确定实时风速数据小于特定风速时，控制风力发电机组进行零压偏航，其中，所述零压偏航表示风力发电机组在液压制动器的压力值为零或极小值的状态下进行偏航。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述特定风速是根据风力发电机组的偏航载荷的变化和机舱加速度的大小设定的。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述偏航控制模块还被配置为：
在风力发电机组启动零压偏航时，控制风力发电机组由驻车状态向零压偏航状态进行带阻尼启动偏航，以及
在风力发电机组停止零压偏航时，控制风力发电机组由零压偏航状态向驻车状态进行带阻尼停止偏航。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述偏航控制模块还被配置为：
当确定实时风速数据大于所述特定风速时，控制风力发电机组进行带压偏航，其中，所述带压偏航表示将风力发电机组的液压制动器的压力值设置为固定压力值，并控制风力发电机组在液压制动器的压力值为固定压力值的状态下进行偏航。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述固定压力值的取值范围为20bar～30bar，和/或
所述特定风速的取值范围为5m/s～10m/s。
11.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时，所述处理器执行权利要求1-5中任一项所述的方法。
12.一种计算机设备，包括处理器和存储计算机程序的存储器，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时，所述处理器执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。
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