CN109026524A - 一种风力发电机组的变速率顺桨停机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机组的变速率顺桨停机控制方法，该方法主要是利用北斗定位系统实时监测机组的姿态，实时获取机舱移动的位移，根据机舱的位移情况，估计出机组承受的载荷状态，再根据分析的载荷情况，通过在不同位移下的变速率顺桨停机控制策略，即可有效减小机组停机时塔架的冲击载荷，从而让机组更加平稳的顺桨停机，延长机组的使用寿命，具有实际推广价值，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电控制的技术领域，尤其是指一种风力发电机组的变速率顺桨停机控制方法。
背景技术
业内习知，当风力发电机组发生故障时，顺桨停机方式分为两类：
①、由主控系统控制顺桨速率，发送顺桨位置指令给变桨系统执行机构，直到完成顺桨停机过程，顺桨速率可根据控制策略需要任意设置。
②、由变桨执行机构自动完成顺桨过程，顺桨速率由变桨内部参数设定，不接受主控顺桨位置指令，主控无法实现相应的变速率控制策略，一般通过在变桨内部设定一个速率顺桨停机，或设定几个不同的速率，来实现分段顺桨停机控制。
在主控控制顺桨方式①中，有根据发电机加速度正负方向实现变速率顺桨停机的；有根据风速大小实现变速率顺桨停机的；也有适用于单桨叶卡桨工况的变速率顺桨停机；这些方法在一定程度上可以减小停机时的载荷，但缺乏对停机时机组状态的实时监测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种可行的风力发电机组的变速率顺桨停机控制方法，可有效降低风力发电机组故障停机顺桨时的冲击载荷，从而提高机组运行的可靠性与寿命。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机组的变速率顺桨停机控制方法，该方法主要是利用北斗定位系统实时监测机组的姿态，实时获取机舱移动的位移，根据机舱的位移情况，估计出机组承受的载荷状态，再根据分析的载荷情况，通过在不同位移下的变速率顺桨停机控制策略，即可有效减小机组停机时塔架的冲击载荷，从而让机组更加平稳的顺桨停机；其包括以下步骤：
1)采集数据及坐标定义
将北斗定位系统安装于风力发电机机组上，利用北斗定位系统实时采集机组机舱前后方向的位移信息，并实时传输给机组的主控系统，主控系统实时读取机舱前后位移S；其中，定义机舱方向向前为位移正方向，机舱方向向后为位移负方向；
2)顺桨停机控制
设定5种不同的顺桨速率：V1、V2、V3、V4、V5；
且V1＜V2＜V3＜V4＜V5；
设定4种不同的位移:S1、S2、S3、S4；
且S1＜S2＜0、0＜S3＜S4；
根据机组故障监测系统，当机组出现某一故障需要主控系统来控制顺桨停机时，顺桨控制策略如下：
当机舱位移S≤S1时，即塔架向后仰的仰角偏大，此时叶轮受力偏大，需要增大顺桨速率，减小叶轮的推力，避免塔架加剧后仰，顺桨速率V＝V5；
当机舱位移S1＜S≤S2时，即塔架向后仰的仰角偏大，此时叶轮受力偏大，需增大顺桨速率，减小叶轮的推力，顺桨速率V＝V4；
当机舱位移S2＜S＜S3时，即塔架在中心附近，俯仰角偏小，此时叶轮受力正常，机组以正常顺桨速率顺桨，顺桨速率V＝V3；
当机舱位移S3≤S＜S4时，即塔架向前倾的倾角偏大，此时叶轮受力偏小，需要减小顺桨速率，使叶轮推力减少缓慢，避免塔架继续前倾，顺桨速率V＝V2；
当机舱位移S≥S4时，即塔架向前倾的倾角偏大，此时叶轮受力偏小，需减小顺桨速率，使叶轮推力减少更缓慢，避免塔架加剧往前倾，顺桨速率V＝V1。
进一步，当故障触发后，判断是否需要主控系统控制顺桨停机，若需要主控系统控制，主控系统会根据接收到北斗定位系统的机舱实时位移数据，实时计算当前的顺桨速率，再根据顺桨速率计算当前的变桨位置指令，发送给变桨执行机构，直到桨叶顺桨至所需角度。
进一步，所述北斗定位系统包括北斗卫星系统、一个信号基站和一个数据测站；所述信号基站需要安装在空矿无遮挡，且电磁干扰小的地方，用于消除卫星钟差，给所述数据测站提供同步和差分信号，提高北斗定位系统的定位精度，距离越近越好，最好是在机组附近，所述信号基站通过光纤与机组的塔基控制系统连接；所述数据测站安装在机舱上，由两根定位天线和采集模块组成，用于实时精确测量机舱的位移信息，所述采集模块采集机舱位移信息后，与机组的机舱控制系统通过固定通讯协议，传输给机舱控制系统，机舱控制系统通过光纤连接到机组的塔基控制系统中。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明所用的顺桨停机控制方案控制简单，容易实现，能实时监测机组塔架位移情况，通过变速率顺桨停机控制可以有效减小机组主控控制停机时塔架冲击载荷，让机组更加平稳的顺桨停机，从而延长机组的使用寿命，具有实际推广价值，值得推广。
附图说明
图1为北斗定位系统的架构图。
图2为本发明控制流程图。
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。
本实施例所提供的风力发电机组的变速率顺桨停机控制方法，主要是利用北斗定位系统实时监测机组的姿态，实时获取机舱移动的位移，根据机舱的位移情况，可估计出机组承受的载荷状态，从而可以分析载荷情况，再通过在不同位移下的变速率顺桨停机控制策略，即可有效减小机组停机时塔架的冲击载荷，从而让机组更加平稳的顺桨停机，延长机组的使用寿命。其中，该方法包括以下步骤：
1)采集数据及坐标定义
将北斗定位系统安装于风力发电机机组上，利用北斗定位系统实时采集机组机舱前后方向的位移信息，并实时传输给机组的主控系统，主控系统实时读取机舱前后位移S；其中，定义机舱方向向前为位移正方向，机舱方向向后为位移负方向；
如图1所示，所述北斗定位系统包括北斗卫星系统、一个信号基站和一个数据测站，信号基站需要安装在空矿无遮挡，且电磁干扰较小的地方，用于消除卫星钟差，给数据测站提供同步和差分信号，提高北斗定位系统的定位精度，距离越近越好，最好在机组附近，信号基站通过光纤与塔基控制系统(PLC)连接；数据测站安装在机舱上，由两根定位天线和采集模块组成，用于实时精确测量机舱的位移等信息，采集模块采集机舱位移等信息后，与机舱控制系统通过固定通讯协议，传输给机舱控制系统，机舱控制系统通过光纤连接到风机塔基控制系统(PLC)中。
2)顺桨停机控制
设定5种不同的顺桨速率：V1、V2、V3、V4、V5；
且V1＜V2＜V3＜V4＜V5；
设定4种不同的位移:S1、S2、S3、S4；
且S1＜S2＜0、0＜S3＜S4；
根据机组故障监测系统，当机组出现某一故障需要主控系统来控制顺桨停机时，顺桨控制策略如下：
当机舱位移S≤S1时，即塔架向后仰的仰角偏大，此时叶轮受力偏大，需要增大顺桨速率，快速减小叶轮的推力，避免塔架加剧后仰，顺桨速率V＝V5；
当机舱位移S1＜S≤S2时，即塔架向后仰的仰角偏大，此时叶轮受力偏大，需增大顺桨速率，减小叶轮的推力，顺桨速率V＝V4；
当机舱位移S2＜S＜S3时，即塔架在中心附近，俯仰角偏小，此时叶轮受力正常，机组以正常顺桨速率顺桨，顺桨速率V＝V3；
当机舱位移S3≤S＜S4时，即塔架向前倾的倾角偏大，此时叶轮受力偏小，需要减小顺桨速率，使叶轮推力减少缓慢，避免塔架继续前倾，顺桨速率V＝V2；
当机舱位移S≥S4时，即塔架向前倾的倾角偏大，此时叶轮受力偏小，需减小顺桨速率，使叶轮推力减少更缓慢，避免塔架加剧往前倾，顺桨速率V＝V1。
当故障触发后，判断是否需要主控系统控制顺桨停机，若需要主控系统控制，主控系统会根据接收到北斗定位系统的机舱实时位移数据，实时计算当前的顺桨速率，再根据顺桨速率计算当前的变桨位置指令，发送给变桨执行机构，直到桨叶顺桨至89度，控制流程如图2所示。
以上所述实施例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 (3)
1.一种风力发电机组的变速率顺桨停机控制方法，其特征在于，该方法主要是利用北斗定位系统实时监测机组的姿态，实时获取机舱移动的位移，根据机舱的位移情况，估计出机组承受的载荷状态，再根据分析的载荷情况，通过在不同位移下的变速率顺桨停机控制策略，即可有效减小机组停机时塔架的冲击载荷，从而让机组更加平稳的顺桨停机；其包括以下步骤：
1)采集数据及坐标定义
将北斗定位系统安装于风力发电机机组上，利用北斗定位系统实时采集机组机舱前后方向的位移信息，并实时传输给机组的主控系统，主控系统实时读取机舱前后位移S；其中，定义机舱方向向前为位移正方向，机舱方向向后为位移负方向；
2)顺桨停机控制
设定5种不同的顺桨速率：V1、V2、V3、V4、V5；
且V1＜V2＜V3＜V4＜V5；
设定4种不同的位移:S1、S2、S3、S4；
且S1＜S2＜0、0＜S3＜S4；
根据机组故障监测系统，当机组出现某一故障需要主控系统来控制顺桨停机时，顺桨控制策略如下：
当机舱位移S≤S1时，即塔架向后仰的仰角偏大，此时叶轮受力偏大，需要增大顺桨速率，减小叶轮的推力，避免塔架加剧后仰，顺桨速率V＝V5；
当机舱位移S1＜S≤S2时，即塔架向后仰的仰角偏大，此时叶轮受力偏大，需增大顺桨速率，减小叶轮的推力，顺桨速率V＝V4；
当机舱位移S2＜S＜S3时，即塔架在中心附近，俯仰角偏小，此时叶轮受力正常，机组以正常顺桨速率顺桨，顺桨速率V＝V3；
当机舱位移S3≤S＜S4时，即塔架向前倾的倾角偏大，此时叶轮受力偏小，需要减小顺桨速率，使叶轮推力减少缓慢，避免塔架继续前倾，顺桨速率V＝V2；
当机舱位移S≥S4时，即塔架向前倾的倾角偏大，此时叶轮受力偏小，需减小顺桨速率，使叶轮推力减少更缓慢，避免塔架加剧往前倾，顺桨速率V＝V1。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组的变速率顺桨停机控制方法，其特征在于：当故障触发后，判断是否需要主控系统控制顺桨停机，若需要主控系统控制，主控系统会根据接收到北斗定位系统的机舱实时位移数据，实时计算当前的顺桨速率，再根据顺桨速率计算当前的变桨位置指令，发送给变桨执行机构，直到桨叶顺桨至所需角度。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组的变速率顺桨停机控制方法，其特征在于：所述北斗定位系统包括北斗卫星系统、一个信号基站和一个数据测站；所述信号基站需要安装在空矿无遮挡，且电磁干扰小的地方，用于消除卫星钟差，给所述数据测站提供同步和差分信号，提高北斗定位系统的定位精度，距离越近越好，最好是在机组附近，所述信号基站通过光纤与机组的塔基控制系统连接；所述数据测站安装在机舱上，由两根定位天线和采集模块组成，用于实时精确测量机舱的位移信息，所述采集模块采集机舱位移信息后，与机组的机舱控制系统通过固定通讯协议，传输给机舱控制系统，机舱控制系统通过光纤连接到机组的塔基控制系统中。
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