CN109083808A - 一种风力发电机自动偏航控制方法、控制器及系统 - Google Patents
一种风力发电机自动偏航控制方法、控制器及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109083808A CN109083808A CN201810929161.7A CN201810929161A CN109083808A CN 109083808 A CN109083808 A CN 109083808A CN 201810929161 A CN201810929161 A CN 201810929161A CN 109083808 A CN109083808 A CN 109083808A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wind
- driven generator
- yawer
- automatic
- generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 12
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 11
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 230000004807 localization Effects 0.000 claims description 6
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 10
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 8
- 201000009482 yaws Diseases 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 206010063493 Premature ageing Diseases 0.000 description 2
- 208000032038 Premature aging Diseases 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009955 starching Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005662 electromechanics Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0204—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/04—Automatic control; Regulation
- F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本发明公开了风力发电机自动偏航控制方法、控制器及系统。本发明的风力发电机自动偏航控制方法，包括预设使得偏航控制器工作的最小风速为启动风速，通过比较当前风速与启动风速来判断偏航控制器是否启动；当偏航控制器启动后，实时检测当前风速是否小于预设最大风速，若是，则控制风力发电机的机头转动进而带动叶片转动来追踪风向；否则，调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成90度夹角，使叶片停止转动；在追踪风向的过程中，实时获取发电机电压，若当前发电机电压高于预设电压阈值，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角，减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压。
Description
技术领域
本发明属于风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机自动偏航控制方法、控制器及系统。
背景技术
风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机偏航系统的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。
目前风力发电机以及风力发电机自动偏航控制系统存在以下问题：
(1)传统的带尾舵风力发电机，无法在风速超出额定范围情况下调整对风角度，当遇到大风时，容易造成风力发电机超转速、过压、过流，从而导致发电机烧毁。而且现有的风力发电机偏航控制器，仅具备自动找风向的功能，其利用风向传感器，使风力发电机叶片冲向迎风面。在风力发电机叶片转速过快，电压过高的时候，并没有对其进行相应的控制。
另外，现有的风力发电机卸荷/电磁控制器，当风机电压大于一定数值时(被认为蓄电池接近充满，或者是并网逆变器能承受的最高电压时)，风力发电机进入卸荷状态，相当于风机长时间工作在过载状态，影响风力发电机的使用寿命。
虽然，风力发电机自动偏航控制器加入电压控制后，当风力发电机电压大于一定电压值时，风力发电机调整一个角度，能够保证风力发电机继续运行，但不工作在过压过载状态。但由于风力发电机偏航需要时间，当接收到电压过高的信号后，需要几十秒甚至几分钟的时间来偏航。而在这段时间内，过高的电压足以使得系统的负载(离网系统中的蓄电池，并网系统中的逆变器)因为电压过高损坏。
(2)现有的风力发电机偏航系统，遇到大风时，由于偏航速度较慢，在偏航的过程中，负载(离网系统中的蓄电池，并网系统中的逆变器)会损坏；现有的风力发电机偏航系统也没有设置最小启动风速,导致微风不足以发电的时候，风力发电机频繁的找风向，消耗过多电能。
(3)现有的风力发电机偏航系统，从地面到机头线缆多，风速仪信号线，风向仪信号线，偏航电机控制线，接近开关控制线、风力发电机线、控制刹车信号线等等，线缆多，很容易缠绕在一起。一方面，传统风力发电机无自动解缆功能，容易造成电缆扭断或失灵。另一方面，现有的风力发电机偏航控制系统，断电后，丢失风力发电机朝向位置及线缆的缠绕情况，造成电缆扭断的事故发生。
(4)现有的风力发电机偏航系统，没有设置稳定夹角，风向仪工作时，会有一个小角度的摆动，风向仪摆动，风力发电机偏航系统就会跟着转动，消耗过多电能。(一般设置在20°以内，避免频繁找风向)
(5)现有风力发电机使用蜗轮蜗杆进行偏航动作，当承受大风叶扭矩时，容易断齿或卡死，造成偏航失灵故障，而且蜗轮蜗杆有较大的反转间隙，在风向不稳定时容易产生叶片抖动，造成紧固件疲劳，影响其寿命。
(6)现有的风力发电机控制器，不具有远程数据远程传输功能，及物联网存储历史数据和查询功能，不具有远程修改控制器技术参数及风力发电机制动功能。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种风力发电机自动偏航控制方法，其设置最小启动风速，避免微风不足以使风力发电机发电的时候，风力发电机频繁的找风向，消耗过多电能；而且设置允许最大风速，达到设置数值时，风力发电机偏航，避免风速过高，电压过大时负载损坏。
本发明的一种风力发电机自动偏航控制方法适用于定浆矩风力发电机。
其中，定桨矩是指风轮的桨叶与轮毂是刚性连接，叶片的桨距角不变。
本发明的一种风力发电机自动偏航控制方法，包括：
预设使得偏航控制器工作的最小风速为启动风速，通过比较当前风速与启动风速来判断偏航控制器是否启动；
当偏航控制器启动后，实时检测当前风速是否小于预设最大风速，若是，则控制风力发电机的机头转动进而带动叶片转动来追踪风向；否则，调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成90度夹角，使叶片停止转动；
在追踪风向的过程中，实时获取发电机电压，若当前发电机电压高于预设电压阈值，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角，减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压。
进一步的，该方法还包括：
当偏航控制器启动后，实时检测发电机电缆扭转的圈数，若当前发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数，则优先自动解缆，使得电缆平顺。
当发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数时，风力发电机进入解缆状态，此时风向仪不起作用，当解缆到0圈后，风向仪恢复工作，避免了电缆扭断的事故的发生。
当发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数时，手动模式不起作用。
进一步的，该方法还包括：
当风向在预设稳定夹角范围内变动时，控制风力发电机的机头固定不动，进而使得叶片的迎风面与风向不变。
本发明设置稳定夹角，一般设置在20°以内，这样能够避免风力发电机偏航系统频繁的转动，做无用功，消耗过多电能。
本发明的第二目的是提供一种风力发电机自动偏航控制器。
本发明的一种风力发电机自动偏航控制器适用于定浆矩风力发电机。
其中，定桨矩是指风轮的桨叶与轮毂是刚性连接，叶片的桨距角不变。
本发明的一种风力发电机自动偏航控制器，包括：
启动模块，其被配置为：预设使得偏航控制器工作的最小风速为启动风速，通过比较当前风速与启动风速来判断偏航控制器是否启动；
风向追踪模块，其被配置为：当偏航控制器启动后，且当前风速小于预设最大风速时，控制风力发电机的机头转动进而带动叶片转动来追踪风向；
叶片转动停止模块，其被配置为：当偏航控制器启动后，且当前风速大于或等于预设最大风速时，调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成90度夹角，使叶片停止转动；
稳压模块，其被配置为：在追踪风向的过程中，实时获取发电机电压，若当前发电机电压高于预设电压阈值，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角，减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压。
进一步的，所述风力发电机自动偏航控制器还包括：
自动解缆模块，其被配置为：当偏航控制器启动后，实时检测发电机电缆扭转的圈数，若当前发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数，则优先自动解缆，使得电缆平顺。
当发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数时，风力发电机进入解缆状态，此时风向仪不起作用，当解缆到0圈后，风向仪恢复工作，避免了电缆扭断的事故的发生。
当发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数时，手动模式不起作用。
进一步的，所述风力发电机自动偏航控制器还包括：
稳定夹角模块，其被配置为：当风向在预设稳定夹角范围内变动时，控制风力发电机的机头固定不动，进而使得叶片的迎风面与风向不变。
本发明设置稳定夹角，一般设置在20°以内，这样能够避免风力发电机偏航系统频繁的转动，做无用功，消耗过多电能。
进一步的，所述风力发电机自动偏航控制器还包括：
通讯模块，其被配置为：采用MODBUS通讯协议与外界设备通讯，实现数据远程传输。
本发明的风力发电机自动偏航控制器，采用MODBUS通讯协议，实现数据远程传输功能，可通过GPRS、WiFi、以太网连接物联网，实现存储历史数据和查询功能，以及远程控制功能。
本发明的第三目的是提供一种风力发电机自动偏航控制系统。
本发明的一种风力发电机自动偏航控制系统，包括上述所述的风力发电机自动偏航控制器。
进一步的，所述风力发电机自动偏航控制系统还包括处理器，所述处理器与风力发电机自动偏航控制器相连，所述风力发电机自动偏航控制器与编码器相连，所述编码器用于定位检测风力发电机的方向以及发电机电缆扭转的圈数。
本发明采用编码器作为机组方向定位检测，系统突然断电时，在处理器内部存储断电时风力发电机的朝向和线缆的缠绕圈数。当再次来电时，继续记录线缆的缠绕圈数，达到预设圈数时，风力发电机进入解缆状态，此时风向仪不起作用；解缆到0圈后，风向仪恢复工作；这样解决了现有的风力发电机偏航控制系统，断电后，丢失风力发电机朝向位置及线缆的缠绕情况，造成电缆扭断的事故发生。
进一步的，风力发电机自动偏航控制系统还包括回转支承，所述回转支承用于支撑风力发电机以完成偏航动作。
本发明使用回转支承解决了使用蜗轮蜗杆进行偏航动作而产生的容易断齿或卡死，最终造成偏航失灵等问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在追踪风向的过程中，实时获取发电机电压，若当前发电机电压高于预设电压阈值，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角，减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压，这样避免了过高的电压使得系统的负载(离网系统中的蓄电池，并网系统中的逆变器)出现损坏的情况。
(2)本发明通过设置最小启动风速，避免了微风不足以使风力发电机发电的时候，风力发电机频繁的找风向，消耗过多电能；而且设置了允许最大风速，达到设置数值时，风力发电机偏航，避免风速过高，电压过大时负载损坏。
(3)在本发明的风力发电机自动偏航控制方法中，当发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数时，风力发电机进入解缆状态，此时风向仪不起作用，当解缆到0圈后，风向仪恢复工作，避免了电缆扭断的事故的发生。而且本发明的风力发电机自动偏航控制系统中，采用编码器作为机组方向定位检测，系统突然断电时，在处理器内部存储断电时风力发电机的朝向和线缆的缠绕圈数。当再次来电时，继续记录线缆的缠绕圈数，这样解决了现有的风力发电机偏航控制系统，断电后，丢失风力发电机朝向位置及线缆的缠绕情况。
(4)本发明还设置了稳定夹角，一般设置在20°以内，这样避免了风力发电机偏航系统频繁的转动，做无用功，消耗过多电能。
(5)本发明的风力发电机自动偏航控制系统使用回转支承解决了使用蜗轮蜗杆进行偏航动作而产生的容易断齿或卡死，最终造成偏航失灵等问题。
(6)本发明的风力发电机自动偏航控制器，采用MODBUS通讯协议，实现数据远程传输功能，可通过GPRS、WiFi、以太网连接物联网，实现存储历史数据和查询功能，以及远程控制功能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的一种风力发电机自动偏航控制方法的一个实施例流程图。
图2是本发明的一种风力发电机自动偏航控制器的一个实施例结构示意图。
图3是本发明的一种风力发电机自动偏航控制系统的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的一种风力发电机自动偏航控制方法及控制器均适用于定浆矩风力发电机。
其中，定桨矩是指风轮的桨叶与轮毂是刚性连接，叶片的桨距角不变。
一、风力发电机自动偏航控制方法
图1是本发明的一种风力发电机自动偏航控制方法的一个实施例流程图。
如图1所示，本实施例提供的一种风力发电机自动偏航控制方法，具体包括：
预设使得偏航控制器工作的最小风速为启动风速，通过比较当前风速与启动风速来判断偏航控制器是否启动；
当偏航控制器启动后，实时检测当前风速是否小于预设最大风速，若是，则控制风力发电机的机头转动进而带动叶片转动来追踪风向；否则，调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成90度夹角，使叶片停止转动；
在追踪风向的过程中，实时获取发电机电压，若当前发电机电压高于预设电压阈值，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角，减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压。
例如：预设使得偏航控制器工作的最小风速为vmin，最大风速为vmax，当前风速为v；
首先，比较当前风速v与最小风速vmin，若当前风速v大于或等于最小风速vmin，启动偏航控制器；若当前风速v小于最小风速vmin，偏航控制器不工作；
再判断当前风速v是否小于最大风速vmax，若是，控制风力发电机的机头转动进而带动叶片转动来追踪风向，从而发电机获得最强驱动动能；若当前风速v大于最大风速vmax，调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成90度夹角，此时叶片不再受力，叶片停止转动，达到刹车的目的。
在追踪风向的过程中，也就是当前风速v介于最小风速vmin和最大风速vmax之间时，实时获取发电机电压V，若当前发电机电压V高于预设电压阈值(比如：额定电压V额)，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角(一般在45度范围内自动调节)，进而减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压。
本实施例的风力发电机自动偏航控制方法，在追踪风向的过程中，实时获取发电机电压，若当前发电机电压高于预设电压阈值，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角，减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压，这样避免了过高的电压使得系统的负载(离网系统中的蓄电池，并网系统中的逆变器)出现损坏的情况。
本实施例的风力发电机自动偏航控制方法，通过设置最小启动风速，避免了微风不足以使风力发电机发电的时候，风力发电机频繁的找风向，消耗过多电能；而且设置了允许最大风速，达到设置数值时，风力发电机偏航，避免风速过高，电压过大时负载损坏。
在另一实施例中，风力发电机自动偏航控制方法还包括：
当偏航控制器启动后，实时检测发电机电缆扭转的圈数，若当前发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数，则优先自动解缆，使得电缆平顺。
例如：实时检测发电机电缆扭转的圈数n，将当前发电机电缆扭转的圈数n与预设圈数nmax比较，若当前发电机电缆扭转的圈数n达到预设圈数nmax，则优先自动解缆，风力发电机进入解缆状态，此时风向仪不起作用，当解缆到0圈后，风向仪恢复工作，避免了电缆扭断的事故的发生。此时手动模式也不起作用。
在另一实施例中，风力发电机自动偏航控制方法还包括：
当风向在预设稳定夹角范围内变动时，控制风力发电机的机头固定不动，进而使得叶片的迎风面与风向不变。
由于风向仪工作时，会有一个小角度的摆动，风向仪摆动，风力发电机偏航系统就会跟着转动。这样会使得风力发电机偏航系统频繁的转动，做无用功，消耗过多电能。
为了解决上述问题，本实施例通过设置稳定夹角，一般设置在20°以内，这样避免了风力发电机偏航系统频繁的转动，做无用功，消耗过多电能。
二、风力发电机自动偏航控制器
图2是本发明的一种风力发电机自动偏航控制器的一个实施例结构示意图。
如图2所示，本实施例的一种风力发电机自动偏航控制器，具体包括：
(1)启动模块，其被配置为：预设使得偏航控制器工作的最小风速为启动风速，通过比较当前风速与启动风速来判断偏航控制器是否启动。
(2)风向追踪模块，其被配置为：当偏航控制器启动后，且当前风速小于预设最大风速时，控制风力发电机的机头转动进而带动叶片转动来追踪风向。
(3)叶片转动停止模块，其被配置为：当偏航控制器启动后，且当前风速大于或等于预设最大风速时，调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成90度夹角，使叶片停止转动。
(4)稳压模块，其被配置为：在追踪风向的过程中，实时获取发电机电压，若当前发电机电压高于预设电压阈值，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角，减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压。
本实施例预设使得偏航控制器工作的最小风速为vmin，最大风速为vmax，当前风速为v；
在启动模块中，比较当前风速v与最小风速vmin，若当前风速v大于或等于最小风速为vmin，启动偏航控制器；若当前风速v小于最小风速vmin，偏航控制器不工作；
在风向追踪模块中，当前风速v小于最大风为vmax，控制风力发电机的机头使得叶片追踪风向，从而发电机获得最强驱动动能；
在叶片转动停止模块中，当前风速v大于最大风速vmax，调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成90度夹角，此时叶片不再受力，叶片停止转动，达到刹车的目的。
在稳压模块中，也就是在追踪风向的过程中，即当前风速v介于最小风速vmin和最大风速vmax之间时，实时获取发电机电压V，若当前发电机电压V高于预设电压阈值(比如：额定电压V额)，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角(一般在45度范围内自动调节)，进而减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压。
本实施例的风力发电机自动偏航控制器，在追踪风向的过程中，实时获取发电机电压，若当前发电机电压高于预设电压阈值时，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角，减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压，这样避免了过高的电压使得系统的负载(离网系统中的蓄电池，并网系统中的逆变器)出现损坏的情况。
本实施例的风力发电机自动偏航控制器，通过设置最小启动风速，避免了微风不足以使风力发电机发电的时候，风力发电机频繁的找风向，消耗过多电能；而且设置了允许最大风速，达到设置数值时，风力发电机偏航，避免风速过高，电压过大时负载损坏。
在另一实施例中，所述风力发电机自动偏航控制器还包括：
自动解缆模块，其被配置为：当偏航控制器启动后，实时检测发电机电缆扭转的圈数，若当前发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数，则优先自动解缆，使得电缆平顺。
在自动解缆模块中，实时检测发电机电缆扭转的圈数n，将当前发电机电缆扭转的圈数n与预设圈数nmax比较，若当前发电机电缆扭转的圈数n达到预设圈数nmax，则优先自动解缆，风力发电机进入解缆状态，此时风向仪不起作用，当解缆到0圈后，风向仪恢复工作，避免了电缆扭断的事故的发生。此时手动模式也不起作用。
在另一实施例中，所述风力发电机自动偏航控制器还包括：
稳定夹角模块，其被配置为：当风向在预设稳定夹角范围内变动时，控制风力发电机的机头固定不动，进而使得叶片的迎风面与风向不变。
由于风向仪工作时，会有一个小角度的摆动，风向仪摆动，风力发电机偏航系统就会跟着转动。这样会使得风力发电机偏航系统频繁的转动，做无用功，消耗过多电能。
为了解决上述问题，本实施例通过设置稳定夹角，一般设置在20°以内，这样避免了风力发电机偏航系统频繁的转动，做无用功，消耗过多电能。
在另一实施例中，所述风力发电机自动偏航控制器还包括：
通讯模块，其被配置为：采用MODBUS通讯协议与外界设备通讯，实现数据远程传输。
本实施例的风力发电机自动偏航控制器，采用MODBUS通讯协议，实现数据远程传输功能，可通过GPRS、WiFi、以太网连接物联网，实现存储历史数据和查询功能，以及远程控制功能。
三、风力发电机自动偏航控制系统
图3是本发明的一种风力发电机自动偏航控制系统的一个实施例结构示意图。
如图3所示，本实施例的一种风力发电机自动偏航控制系统，包括如图2所示的风力发电机自动偏航控制器。其中，风力发电机自动偏航控制器是偏航模块的核心控制器，而且偏航模块是偏航执行机构中的一部分，偏航执行机构还包括发电机，偏航模块与发电机相连。
具体地，在本实施例中，风力发电机自动偏航控制系统除了偏航执行机构之外，还包括偏航控制及通讯单元，所述偏航控制及通讯单元的核心控制器为处理器，其可采用PLC来实现；而且处理器与触摸屏相连；
所述偏航控制及通讯单元与传感器单元相连，所述传感器单元包括风速仪、风向仪、电压传感器和电流传感器；
所述偏航执行机构与控制单元相连，所述控制单元分别与分流稳压单元、电磁刹车单元和变电单元相连；其中，所述控制单元中包括控制模块，其可采用现有控制器来实现；分流稳压单元包括PWM稳压模块；电磁刹车单元包括三相制动模块；变电单元包括离网充电并网逆变器。
在本实施例的控制模块中，采用先进的稳压技术：PID自动偏航稳压+PWM卸荷/电磁稳压技术使发电系统的效率利用率达到最大化；PWM卸荷/电磁稳压技术的加入，避免了由于偏航速度较慢，在偏航的过程中，负载(离网系统中的蓄电池，并网系统中的逆变器)因为过压而损坏。同时，PID自动偏航工作后，风力发电机电压降低，PWM卸荷/电磁稳压模块停止工作，避免风机长时间工作在超负荷运行状态，使得发电系统过早老化，整体寿命降低，及卸荷器工作时温度过高造成不安全隐患。
在本实施例中，还采用先进的剎车技术：偏航刹车+三相卸荷刹车+手\自动剎车技术。当风速过大(超过设置值)，电压过高(超过设置值)时，偏航模块控制风力发电机偏航，与风向成90°夹角。三相卸荷/电磁制动技术的加入，避免了由于偏航速度较慢，在偏航的过程中，负载(离网系统中的蓄电池，并网系统中的逆变器)因为过压而损坏。同时，PID自动偏航工作后，风力发电机电压降低，三相卸荷/电磁制动模块停止工作，避免风机长时间工作在超负荷运行状态，使得发电系统过早老化，整体寿命降低，及卸荷器工作时温度过高造成不安全隐患。使风力发电机运行更稳定，使用寿命更长；
本实施例设计了偏航控制模块和PWM稳压和三相制动控制模块，在离网应用中，采用蓄电池为供电电源，在并网系统中，采用网电为供电电源。在偏航PLC执行机构中，采用单独的蓄电池或UPS提供供电电源。
本实施例采用模块化设计，使各分系统减少互相干扰；设计余量200％，提高系统的过载能力；本实施例在各个模块之间的信号传输使用网线传输，也可以选择无线传输。避免了现有自动偏航控制器从地面到机头线缆多容易缠绕在一起的问题。
本实施例还设计了高性能的安全保护措施：具备过电压、过电流、过高温、防短路、防雷等保护；遇到非正常情况，控制系统自动启动保护程序，在保护控制器的同时，也对蓄电池、风力发电机、太阳能电池板、负载进行保护，避免损失。
本实施例还设计了人性化的管理界面：系统模块化设计，安装调试方便，现场接线简单，用户可根据不同的应用环境，只需修改相关工作参数，就可使风力发电机发电效率达到最高。
在另一实施例中，所述风力发电机自动偏航控制系统还包括处理器，所述处理器与风力发电机自动偏航控制器相连，所述风力发电机自动偏航控制器与编码器相连，所述编码器用于定位检测风力发电机的方向以及发电机电缆扭转的圈数。
本实施例采用编码器作为机组方向定位检测，系统突然断电时，在处理器内部存储断电时风力发电机的朝向和线缆的缠绕圈数。当再次来电时，继续记录线缆的缠绕圈数，达到预设圈数时，风力发电机进入解缆状态，此时风向仪不起作用；解缆到0圈后，风向仪恢复工作；这样解决了现有的风力发电机偏航控制系统，断电后，丢失风力发电机朝向位置及线缆的缠绕情况，造成电缆扭断的事故发生。
在另一实施例中，风力发电机自动偏航控制系统还包括回转支承，所述回转支承用于支撑风力发电机以完成偏航动作。
本实施例使用回转支承解决了使用蜗轮蜗杆进行偏航动作而产生的容易断齿或卡死，最终造成偏航失灵等问题。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种风力发电机自动偏航控制方法，其特征在于，包括：
预设使得偏航控制器工作的最小风速为启动风速，通过比较当前风速与启动风速来判断偏航控制器是否启动；
当偏航控制器启动后，实时检测当前风速是否小于预设最大风速，若是，则控制风力发电机的机头转动进而带动叶片转动来追踪风向；否则，调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成90度夹角，使叶片停止转动；
在追踪风向的过程中，实时获取发电机电压，若当前发电机电压高于预设电压阈值，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角，减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压。
2.如权利要求1所述的一种风力发电机自动偏航控制方法，其特征在于，该方法还包括：
当偏航控制器启动后，实时检测发电机电缆扭转的圈数，若当前发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数，则优先自动解缆，使得电缆平顺。
3.如权利要求1所述的一种风力发电机自动偏航控制方法，其特征在于，该方法还包括：
当风向在预设稳定夹角范围内变动时，控制风力发电机的机头固定不动，进而使得叶片的迎风面与风向不变。
4.一种风力发电机自动偏航控制器，其特征在于，包括：
启动模块，其被配置为：预设使得偏航控制器工作的最小风速为启动风速，通过比较当前风速与启动风速来判断偏航控制器是否启动；
风向追踪模块，其被配置为：当偏航控制器启动后，且当前风速小于预设最大风速时，控制风力发电机的机头转动进而带动叶片转动来追踪风向；
叶片转动停止模块，其被配置为：当偏航控制器启动后，且当前风速大于或等于预设最大风速时，调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成90度夹角，使叶片停止转动；
稳压模块，其被配置为：在追踪风向的过程中，实时获取发电机电压，若当前发电机电压高于预设电压阈值，则实时调整风力发电机的机头使得叶片的迎风面与风向成一定夹角，减小叶片的有效受力面积，以稳定发电机电压。
5.如权利要求4所述的一种风力发电机自动偏航控制器，其特征在于，所述风力发电机自动偏航控制器还包括：
自动解缆模块，其被配置为：当偏航控制器启动后，实时检测发电机电缆扭转的圈数，若当前发电机电缆扭转的圈数达到预设圈数，则优先自动解缆，使得电缆平顺。
6.如权利要求4所述的一种风力发电机自动偏航控制器，其特征在于，所述风力发电机自动偏航控制器还包括：
稳定夹角模块，其被配置为：当风向在预设稳定夹角范围内变动时，控制风力发电机的机头固定不动，进而使得叶片的迎风面与风向不变。
7.如权利要求4所述的一种风力发电机自动偏航控制器，其特征在于，所述风力发电机自动偏航控制器还包括：
通讯模块，其被配置为：采用MODBUS通讯协议与外界设备通讯，实现数据远程传输。
8.一种风力发电机自动偏航控制系统，其特征在于，包括如权利要求4-7中任一项所述的风力发电机自动偏航控制器。
9.如权利要求8所述的一种风力发电机自动偏航控制系统，其特征在于，所述风力发电机自动偏航控制系统还包括处理器，所述处理器与风力发电机自动偏航控制器相连，所述风力发电机自动偏航控制器与编码器相连，所述编码器用于定位检测风力发电机的方向以及发电机电缆扭转的圈数。
10.如权利要求8所述的一种风力发电机自动偏航控制系统，其特征在于，所述风力发电机自动偏航控制系统还包括回转支承，所述回转支承用于支撑风力发电机以完成偏航动作。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810929161.7A CN109083808B (zh) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | 一种风力发电机自动偏航控制方法、控制器及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810929161.7A CN109083808B (zh) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | 一种风力发电机自动偏航控制方法、控制器及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109083808A true CN109083808A (zh) | 2018-12-25 |
| CN109083808B CN109083808B (zh) | 2020-09-01 |
Family
ID=64793561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810929161.7A Active CN109083808B (zh) | 2018-08-15 | 2018-08-15 | 一种风力发电机自动偏航控制方法、控制器及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109083808B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110185581A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-30 | 浙江运达风电股份有限公司 | 一种柔性塔架风电机组停机、停机保护方法 |
| EP3791062B1 (en) * | 2018-09-17 | 2022-03-16 | American Superconductor Corporation | Yaw auto-calibration for a wind turbine generator |
| CN114689215A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-07-01 | 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 | 一种风力发电机组叶片连接螺栓断裂监测方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102996336A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-03-27 | 安徽蜂鸟电机有限公司 | 一种风力发电机控制方法 |
| CN104912733A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-16 | 国家电网公司 | 风力发电机偏航控制方法、控制模块及基于该模块的控制装置 |
-
2018
- 2018-08-15 CN CN201810929161.7A patent/CN109083808B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102996336A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-03-27 | 安徽蜂鸟电机有限公司 | 一种风力发电机控制方法 |
| CN104912733A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-16 | 国家电网公司 | 风力发电机偏航控制方法、控制模块及基于该模块的控制装置 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 张占松，许立梓，张文斐: "《实用电工手册》", 31 January 2007, 广东科技出版社 * |
| 本书编委会: "《风力发电机组维修保养工 初级》", 30 June 2016, 知识产权出版社 * |
| 贾大江: "《永磁直驱风力发电机组的设计与技术》", 31 October 2012, 中国电力出版社 * |
| 路虎瑜，马胜红: "《光伏.风力及互补发电村落系统》", 31 January 2005, 中国电力出版社 * |
| 高海涛，李彬: "《风电场运行与维护》", 31 July 2014, 中国商业出版社 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3791062B1 (en) * | 2018-09-17 | 2022-03-16 | American Superconductor Corporation | Yaw auto-calibration for a wind turbine generator |
| US11286910B2 (en) | 2018-09-17 | 2022-03-29 | American Superconductor Corporation | Yaw auto-calibration for a wind turbine generator |
| EP3807529B1 (en) * | 2018-09-17 | 2023-12-27 | American Superconductor Corporation | Yaw auto-calibration for a wind turbine generator |
| CN110185581A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-30 | 浙江运达风电股份有限公司 | 一种柔性塔架风电机组停机、停机保护方法 |
| CN114689215A (zh) * | 2022-03-16 | 2022-07-01 | 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 | 一种风力发电机组叶片连接螺栓断裂监测方法 |
| CN114689215B (zh) * | 2022-03-16 | 2024-02-23 | 国网甘肃省电力公司电力科学研究院 | 一种风力发电机组叶片连接螺栓断裂监测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109083808B (zh) | 2020-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2438994T3 (es) | Aerogenerador de velocidad variable que tiene una máquina excitatriz y un convertidor de energía no conectado a la red | |
| EP2703643B1 (en) | Wind power generation system, device using wind power generation system, and method for operating same | |
| EP2703642B1 (en) | Wind Turbine Pitch Control System | |
| US7942631B2 (en) | Method and apparatus for powering a pitch control system | |
| CA2644019A1 (en) | Wind power generator system and control method of the same | |
| CN109083808A (zh) | 一种风力发电机自动偏航控制方法、控制器及系统 | |
| KR20140009631A (ko) | 풍력, 태양광 및 디젤엔진을 이용한 하이브리드선박 복합발전장치 | |
| CN107630785B (zh) | 一种多种工况下的风电机组保护控制系统 | |
| CN109861286A (zh) | 一种海上风力发电机组黑启动过程控制方法 | |
| CN109505732A (zh) | 一种三驱三电机风电变桨装置及其控制系统 | |
| CA2905643A1 (en) | Wind park and method for controlling a wind park | |
| CN103174587A (zh) | 风力发电系统及其控制方法 | |
| CN107706937A (zh) | 一种储能型双馈风电机组的协调控制方法 | |
| CN201674236U (zh) | 风力发电机输出稳压控制系统 | |
| RU2305204C2 (ru) | Способ управления ветроэнергетической установкой (варианты) | |
| CN109630355A (zh) | 风力发电机自动偏航与变桨的控制方法、控制器及系统 | |
| Sharma et al. | Effect of pitch control and power conditioning on power quality of variable speed wind turbine generators | |
| CN114844093A (zh) | 一种光伏并网系统及其控制方法 | |
| CN219549024U (zh) | 基于偏航软启的风力发电机组控制系统 | |
| CN108667081B (zh) | 一种采用无功功率优先模式的自封闭型电磁耦合调速风电机组控制方法 | |
| Luna et al. | Design of a Simple, Effective and Low Cost Micro-Wind Energy Conversion System | |
| CN111706465A (zh) | 一种风力发电机电能储备及停机颤振防护系统 | |
| CN114069729A (zh) | 基于自适应下垂控制的永磁直驱风电场无功电压控制策略 | |
| CN103362745A (zh) | 风力发电系统 | |
| CN116964319A (zh) | 在恶劣天气状况下操纵风力涡轮机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |