CN109488529A - 一种风电机组及其抗台风智能控制方法 - Google Patents

一种风电机组及其抗台风智能控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电机组及其抗台风智能控制方法，所述方法为：当接收到进入抗台风模式的指令信号，风电机组进入抗台风模式：风电机组停机，进行偏航对风，以台风主风向为控制目标，不断进行偏航调整以使其正对主风向。本发明的控制方法还可以包括预解缆阶段，另外还可考虑机组风向标失效时的控制方法的有效性，本发明的风电机组抗台风的控制方法，可使风电机组单机时刻保持主动、对风偏航，大大减小了台风对风电机组的冲击，且在风向标失效时依然保持有效，适用于大型风电机组单机控制。

Description

一种风电机组及其抗台风智能控制方法
技术领域
本发明涉及风电控制领域，特别是涉及一种风电机组及其抗台风智能控制方法。
背景技术
近年，随着陆地风资源的开发殆尽和沿海以及海上风资源的开发，兆瓦级以上主流风力发电机型越来越多的安装于沿海和海上。沿海和海上是台风频发地区，台风对机组的危害包括两个方面，一是风速超过设计极限，引起机组结构部件的损毁，包括叶片折断、塔架倒塌、风机倾覆等，台风来临时，高压输电网会出现断电或人为断电的情况，使机组处于断电状态，偏航系统无法工作，机组受到巨大的外力冲击，对机组结构强度是个极大的考验；二是风向突变，机组在侧向来风的情况下，对变桨执行机构和偏航执行机构的破坏。尤其是随着机组设计功率的提高、塔筒高度和叶片长度的增加，台风对机组的威胁越来越大。
有关抗台风的方法，整机厂商往往更多通过优化塔架结构、增强塔架或叶片强度等实现，很少有整机厂商通过控制策略使机组处于相对安全的位置。
公开号为CN106677983A的发明提出的抗台控制方法，在台风期间是机舱背风以期来减小风机载荷。单该方案并不是最优的减小载荷方式，不利于实际控制的实现。
公开号为CN103321840A的发明提出了按照风场地理位置对风电机组进行分组供电偏航控制的方式，过多的依赖于前期选址设计的机位布局和测风塔，风机缺少单台控制的自主性。但公开号为CN103321840A的方案仅在理想的平原无障碍地区情况下能够实现，而实际选址中经常受到山势走向、丘壑鸿沟等天然地理情况限制，难以达到理论情况。
由此可见，上述现有的风电机组抗台风控制方法，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可以减少台风对风电机组冲击的抗台风控制方法,成为当前业界亟需改进的目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风电机组及其抗台风控制方法，以保证风电机组在台风来临时能够主动动作，减小台风对机组的冲击。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种风电机组抗台风智能控制方法，当接收到进入抗台风模式的指令信号，风电机组进入抗台风模式：风电机组停机，进行偏航对风，以台风主风向为控制目标，不断进行偏航调整以使其正对主风向。
作为本发明进一步地改进，所述偏航对风动作的逻辑条件包括：Nmin平均风速超过预先设定的风速阈值；以及T1时间内平均偏航误差超过预先设置的台风风况下的对风误差阈值γ。
进一步地，所述偏航对风动作的逻辑条件具体为：5min平均风速超过6m/s；以及30s内平均偏航误差超过对风误差阈值30度。
进一步地，所述风电机组停机后，当满足预先设定的预解缆动作的逻辑条件，先进入预解缆阶段，然后再进入台风阶段进行所述的偏航对风，所述预解缆阶段及偏航对风阶段均由外部指令信号启动。
进一步地，所述预解缆动作的逻辑条件包括：
(1)偏航角度超过225度；
(2)5min平均风速小于22m/s；
(3)3s平均风速小于32m/s；
其中条件(1)、(2)或条件(1)、(3)满足即可进行一次解缆动作，解缆动作需连续进行360度，随后风电机组偏航系统在该预解缆阶段按照β阈值进行正常待机对风，所述β值为各个机型在不同风速下的对风判断值，不唯一。
进一步地，在进入抗台风模式后的任何时刻，若收到模式解除指令，则风电机组复位，转入待机模式运行。
进一步地，所述指令信号由SCADA系统在接受中控人员的控制后通过远程发出。
进一步地，在当前风电机组风向标故障的情况下，从SCADA系统中获取风向作为风向参考，所述SCADA系统获取风向的方法为：SCADA系统取故障机位的相邻机位的风向平均作为风向参考。
进一步地，所述SCADA系统取故障机位的相邻两个机位的绝对风向，做移动平均值计算，并间隔一定时间传给故障机位作为风向参考。所述时间根据机位排布位置及距离情况设定，初始默认30s。
一种风电机组，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的风电机组抗台风智能控制方法。
通过采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
1、采用本发明的抗台风智能控制方法，当台风来临时，风电机组处于顺桨停机状态，风机主控能够智能化控制主动偏航，使叶轮正对台风来临方向，将风机载荷降到最小，而且风机正对风方向容易测量出实际叶轮对风偏差，一旦台风风向有变化，风机可以通过左右偏航调整，时刻保持正对风向，将台风对风电机组叶片及机身的冲击降到最小，保证风电机组不被台风摧毁或由于台风减少使用寿命，大大减少了台风对风电场投资带来的经济损失。
2、本发明的风电机组在遇到极强台风将风向标等测风器件摧毁时，风机能够借助升压站场级中央监控系统获得相邻机位的平均风向作为控制参考，继续执行偏航抗台风动作，体现出风机智能控制特点。
3、本发明尤其是适用于现阶段风电机组朝大兆瓦、高塔架、大叶片发展的整体趋势，不但适应陆地上的风力发电机组，也适用于海上风力发电机组。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明一实施例中风电机组抗台风控智能控制方法的流程图；
图2是本发明又一实施例中风电机组抗台风控智能控制方法的流程图；
图3是风电机组运行状态机切换示意图；
图4是本发明实施例中风电机组抗台风模式的主要流程及功能图。
具体实施方式
本发明提供了一种风电机组抗台风智能控制方法，其主要设计构思是基于停机状态下的风电机组主动偏航对风，以保证风电机组在台风来临时能够主动动作，减小台风对风电机组的冲击。
参考图1所示，本实施例提供了一种风电机组抗台风智能控制方法，当接收到进入抗台风模式的指令信号，风电机组进入抗台风模式：风电机组停机，进行偏航对风，以台风主风向为控制目标，不断进行偏航调整以使其正对主风向。
其中，抗台风模式的进入指令信号可由风场控制人员根据气象部门数据及风电场气象预测系统决定，通过SCADA系统手动给出。
当风电机组进入抗台风模式后，机组首先正常停机，然后机组可进入追风偏航状态，在整个台风过程中，以台风主风向为控制目标，不断进行偏航调整，以求降低台风对机组的冲击。特殊情况应对：进入台风模式后，机组进行正常停机操作，此时若机组处于其他更高级别停机流程中，停机过程不会重复触发，继续执行抗台模式下的状态机。
具体地，上述偏航对风动作的逻辑条件包括：Nmin平均风速超过预先设定的风速阈值；以及T1时间内平均偏航误差超过预先设置的台风风况下的对风误差阈值γ。即满足上述条件后，启动偏航对风动作。根据经验积累发现，上述逻辑条件的优选设置值为：5min平均风速超过6m/s；以及30s内平均偏航误差超过对风误差阈值30度。此时的γ值是台风风况下的对风偏差值，不同于正常运行时偏航对风的阈值误差β。
通过本实施例的上述设置，当台风来临时，风电机组处于顺桨停机状态，叶轮及主轴传动链处于自由无刹车状态，风电机组主控能够智能化控制自主主动偏航，使叶轮正对台风来临方向，将风机载荷降到最小，而且风机正对风方向容易测量出实际叶轮对风偏差，一旦台风风向有变化，风机可以通过左右偏航调整，时刻保持正对风向。将台风对风电机组叶片及机身的冲击降到最小，保证风电机组不被台风摧毁或由于台风减少使用寿命，大大减少了台风对风电场投资带来的经济损失。
参考图2所示，本发明的另一个实施例提供了一种优选的风电机组抗台风智能控制方法，整个抗台风模式分为两个阶段，预解缆阶段和台风阶段，其中，在预解缆阶段，机组正常停机后，根据机组状态进行偏航解缆动作，将扭缆角度释放360度；待中控给出台风阶段进入指令后，机组进入追风偏航状态，在整个台风过程中，以台风主风向为控制目标，不断进行偏航调整，以求降低台风对机组的冲击。
上述根据机组状态进行偏航解缆动作，主要是指预先设定的预解缆动作的逻辑条件，包括：
(1)偏航角度超过225度；
(2)5min平均风速小于22m/s；
(3)3s平均风速小于32m/s；
其中条件(1)、(2)或条件(1)、(3)满足即可进行一次解缆动作，解缆动作需连续进行360度，随后风电机组偏航系统在该预解缆阶段按照β阈值进行正常待机对风，所述β值为各个机型在不同风速下的对风判断值，不唯一。
抗台风模式指令解除(由中控室给出)，机组恢复至待机模式，待无其他故障信息，并满足风速、温度等机组启动条件后，机组自动正常启动。
在进入抗台风模式后的任何时刻，若收到模式解除指令，则风电机组复位，转入待机模式运行。
上述模式中的各阶段的进退指令可由中控人员通过SCADA系统远程发出控制。中控人员主要是根据气象部门数据及风电场气象预测系统决定，通过SCADA系统手动给出。该模式优选分为两个阶段，即STEP1-预解缆阶段和STEP2-台风阶段。抗台风模式STEP1指令给出后，机组进入预解缆阶段，在接到STEP2指令后则进入台风阶段。在两个阶段的任何时刻，若收到模式解除指令，则机组复位后可转入待机模式运行。可参考图3、图4，其中，图3是风电机组运行状态机切换示意图；图4是风电机组抗台风模式的主要流程及功能图。
在本发明另一个优选的实施例中，考虑到在台风模式下，由于风况极端，瞬时风速可以达到40m/s以上，常有风向标、风速仪这一类风况信号被吹毁的情况发生。为了应对这种极端情况，本实施例特设计使用SCADA系统将当前风电机组相邻机位(优选两个机位)风向平均值传给本台机位，作为本台机位在风向标失灵的情况的参考偏航风向。具体互动过程如下：
(1)当前机组检测到风向标故障，同时给SCADA系统传出风况传感器故障信息Alarm1；
(2)SCADA收到Alarm1时，取故障机位的相邻两个机位的绝对风向，做移动平均值计算，并间隔一定时间传给故障机位作为风向参考；所述时间根据机位排布位置及距离情况设定，初始默认30s。
(3)故障机位收的到SCADA传来的绝对风向，以此作为参考，继续执行抗台偏航指令。
本发明的上述优选实施例，可适用于陆上风电机组，尤其适用于纯离岸型的海上风电机组，因其一般用海缆敷设，风电机组供电相对稳定，当遇到极强台风将风向标等测风期间摧毁时，风电机组能够借助升压站场级中央监控系统(SCADA系统)获得相邻机位的平均风向作为控制参考，继续执行偏航抗台风动作，体现出风机智能控制特点。
本发明的又一个实施例中，提供了一种风电机组，包括SCADA系统等，也包括：一个或多个处理器；还包括存储装置，存储装置用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据上述的风电机组抗台风智能控制方法。
综上所述，本发明提出了风电机组抗台风的控制方法，可使风电机组单机时刻保持主动、对风偏航，大大减小了台风对风电机组的冲击，且在风向标失效时依然保持有效，适用于大型风电机组单机控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风电机组抗台风智能控制方法，其特征在于，当接收到进入抗台风模式的指令信号，风电机组进入抗台风模式：风电机组停机，进行偏航对风，以台风主风向为控制目标，不断进行偏航调整以使其正对主风向。
2.根据权利要求1所述的风电机组抗台风智能控制方法，其特征在于，所述偏航对风动作的逻辑条件包括：Nmin平均风速超过预先设定的风速阈值；以及T1时间内平均偏航误差超过预先设置的台风风况下的对风误差阈值γ。
3.根据权利要求2所述的风电机组抗台风智能控制方法，其特征在于，所述偏航对风动作的逻辑条件具体为：5min平均风速超过6m/s；以及30s内平均偏航误差超过对风误差阈值30度。
4.根据权利要求1所述的风电机组抗台风智能控制方法，其特征在于，所述风电机组停机后，当满足预先设定的预解缆动作的逻辑条件，先进入预解缆阶段，然后再进入台风阶段进行所述的偏航对风，所述预解缆阶段及偏航对风阶段均由外部指令信号启动。
5.根据权利要求4所述的风电机组抗台风智能控制方法，其特征在于，所述预解缆动作的逻辑条件包括：
(1)偏航角度超过225度；
(2)5min平均风速小于22m/s；
(3)3s平均风速小于32m/s；
其中条件(1)、(2)或条件(1)、(3)满足即可进行一次解缆动作，解缆动作需连续进行360度，随后风电机组偏航系统按照β阈值进行正常待机对风。
6.根据权利要求1所述的风电机组抗台风智能控制方法，其特征在于，在进入抗台风模式后的任何时刻，若收到模式解除指令，则风电机组复位，转入待机模式运行。
7.根据权利要求1所述的风电机组抗台风智能控制方法，其特征在于，所述指令信号由SCADA系统在接受中控人员的控制后通过远程发出。
8.根据权利要求1-7任一项所述的风电机组抗台风智能控制方法，其特征在于，在当前风电机组风向标故障的情况下，从SCADA系统中获取风向作为风向参考，所述SCADA系统获取风向的方法为：SCADA系统取故障机位的相邻机位的风向平均作为风向参考。
9.根据权利要求8所述的风电机组抗台风智能控制方法，其特征在于，所述SCADA系统取故障机位的相邻两个机位的绝对风向，做移动平均值计算，并间隔一定时间传给故障机位作为风向参考。
10.一种风电机组，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1至9任意一项所述的风电机组抗台风智能控制方法。
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