CN109931217B - 风力发电机组停机控制方法及系统 - Google Patents

风力发电机组停机控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组停机控制方法及系统。所述控制方法包括：风力发电机组主控系统的主控控制器若接收到电网掉电标志，则所述主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨；其中，所述电网掉电标志为变流控制器在判断出电网掉电时，向所述主控控制器发送的电网掉电标志，所述变桨安全链为所述主控控制器与所述变桨系统的变桨控制器之间的安全链。通过本发明的停机控制方法及系统，实现了电网掉电工况下，由主控系统控制变桨系统进行变速率收桨，且无需对整机安全链进行改造。

Description

风力发电机组停机控制方法及系统
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组停机控制方法及系统。
背景技术
在风力发电机设计中，必须确定风力发电机所处的环境和各种运行条件下所产生的各种载荷，以确保风力机在其设计的寿命期内能够正常运行，该项工作是风力发电机设计中最基础性工作，也是风力发电机控制策略的重要研究课题。随着机组容量、塔架高度、叶片长度的不断增大，风力发电机受到的载荷冲击也随之增大，这给风力发电机组的安全性和塔筒强度及生产成本带来新的巨大挑战。
因此，风力发电机的载荷控制显得越来越重要。风力发电机组载荷过大，会降低风力发电机的使用寿命，甚至危害风力发电机组安全。目前，兆瓦级风力发电机组在紧急停机时，通常会采取变流控制器直接断开风力发电机的电磁转矩并迅速收桨的停机方式，但该停机方式会导致叶片根部以及塔筒底部承受巨大的载荷冲击。此时，降低风力发电机组载荷的方法之一是变速率收桨。目前实现风力发电机组的变速率收桨的方式主要有：
1)由变桨系统自主完成变速率收桨。这种方法的不足在于：在电网掉电时，如果由变桨系统检测电网掉电，会由于检测速度慢而导致第一阶段收桨启动过慢。如果由整机安全链(机组安全链)触发变桨系统执行变速率收桨，则会导致在所有触发安全链的故障都执行变速率收桨，由于变速率收桨只针对电网掉电等特定工况，在其余工况下执行变速率收桨，反而会增加风力发电机组的载荷。
2)将变流器安全链从整机安全链中剔除，由主控系统控制变桨系统进行变速率收桨。由于变流器发生故障时，为保证风力发电机组的安全，会触发优先级高于软件保护的硬件安全链保护，从而触发紧急顺桨。将变流器安全链从整机安全链中剔除，尽管可以实现由主控系统控制变桨系统进行变速率收桨，但当变流器发生其余不需要变速率收桨的故障，尤其是主控系统与变流器的通信出现异常时，会导致变流器不能触发安全链进而导致风力发电机组不能立即停机。此外，硬件安全链是优先于高于软件保护的硬件保护，是风力发电机安全保护系统的最后一道屏障，所以剔除变流器安全链的这种方法也不可取的。
可见，目前的变速率收桨方案都不能够很好的满足风力发电机组在电网掉电工况下的变速率收桨的需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种风力发电机组停机控制方法及系统，通过该控制方法及系统实现了在电网掉电工况下，由主控系统控制变桨系统执行变速率收桨，且无需将变流器安全链从整机安全链中剔除。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种风力发电机组停机控制方法，该方法包括：
风力发电机组主控系统的主控控制器若接收到电网掉电标志，则主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨；
其中，电网掉电标志为变流控制器在判断出电网掉电时，向主控控制器发送的电网掉电标志，变桨安全链为主控控制器与变桨系统的变桨控制器之间的安全链。
根据本发明实施例的一个方面，主控控制器若接收到电网掉电标志，则主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
主控控制器若在接收到电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，则主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨；
其中，安全链断开信号为变流控制器在向主控控制器发送电网掉电标志的同时，控制断开变流控制器与主控控制器之间的变流器安全链所触发产生的安全链断开信号。
根据本发明实施例的一个方面，主控控制器若在接收到电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，方法还包括：
主控控制器取消根据安全链断开信号触发断开变桨安全链的动作。
根据本发明实施例的一个方面，主控控制器若未接收到电网掉电标志，方法还包括：
主控控制器根据监测到的安全链断开信号，控制断开变桨安全链，以触发变桨系统执行匀速率顺桨。
根据本发明实施例的一个方面，主控控制器若接收到电网掉电标志，则主控控制器在接收到电网掉电标志时，方法还包括：
主控控制器向变桨控制器发送电网掉电标志，以使变桨控制器在接收到电网掉电标志时，根据电网掉电标志取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作。
根据本发明实施例的一个方面，主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
主控控制器向变桨控制器发送变速率收桨指令，以使变桨控制器根据变速率收桨指令，控制变桨系统的变桨电机进行变速率收桨。
根据本发明实施例的一个方面，主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
主控控制器闭环控制变桨系统执行变速率收桨，以使风力发电机组的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度。
根据本发明实施例的一个方面，主控控制器闭环控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
主控控制器向变桨控制器发送变速率收桨指令之后，按照预设时间间隔接收变桨控制器反馈的叶片收桨信息；
主控控制器根据变桨控制器反馈的叶片收桨信息生成收桨速率调整指令；
主控控制器向变桨控制器发送收桨速率调整指令，以使变桨控制器根据收桨速率调整指令对叶片的收桨速率进行调整，使调整后的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度。
根据本发明实施例的一个方面，电网掉电标志为变流控制器在根据电网电压值判断出电网掉电时，向主控控制器发送的电网掉电标志；
其中，电网电压值为按照预设的采样周期采集的风力发电机组的电网电压值。
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种风力发电机组停机控制方法，该方法包括：
变桨控制器接收风力发电机组主控系统的主控控制器发送的变速率收桨指令，其中，变速率收桨指令为主控控制器在接收到变流控制器发送的电网掉电标志时发送的变速率收桨指令；
变桨控制器根据变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨。
根据本发明实施例的另一个方面，该方法还包括：
变桨控制器接收主控控制器发送的电网掉电标志，其中，电网掉电标志为主控控制器在接收到电网掉电标志时，向变流控制器发送的电网掉电标志；
变桨控制器根据接收到的电网掉电标志，取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作。
根据本发明实施例的另一个方面，变桨控制器接收主控控制器发送的电网掉电标志之后，还包括：
变桨控制器将预配置的风力发电机组后备电源的匀速率顺桨电压阈值，由第一电压阈值调整为第二电压阈值，第二电压阈值小于第一电压阈值；
其中，第一电压阈值为变桨控制器在后备电源的电压值不大于第一电压阈值时，控制变桨系统的变桨电机执行匀速率顺桨的门限值。
根据本发明实施例的另一个方面，变桨控制器根据变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨之后，还包括：
变桨控制器按照预设时间间隔向主控控制器反馈叶片收桨信息；
变桨控制器接收主控控制器发送的收桨速率调整指令，并根据收桨速率调整指令对叶片的收桨速率进行调整，使调整后的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度；
其中，收桨速率调整指令为主控控制器根据变桨控制器反馈的叶片收桨信息生成的调整指令。
根据本发明实施例的再一个方面，提供一种风力发电机组停机控制系统，该系统包括风力发电机组主控系统的主控控制器；
主控控制器，用于若接收到电网掉电标志，则不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨；
其中，电网掉电标志为变流控制器在判断出电网掉电时，向主控控制器发送的电网掉电标志，变桨安全链为主控控制器与变桨系统的变桨控制器之间的安全链。
根据本发明实施例的再一个方面，主控控制器，具体用于若在接收到电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，则不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨；
其中，安全链断开信号为变流控制器在向主控控制器发送电网掉电标志的同时，控制断开变流控制器与主控控制器之间的变流器安全链所触发产生的安全链断开信号。
根据本发明实施例的再一个方面，主控控制器，还用于若在接收到电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，则取消根据安全链断开信号触发断开变桨安全链的动作。
根据本发明实施例的再一个方面，主控控制器，还用于若未接收到电网掉电标志，则根据监测到的安全链断开信号，控制断开变桨安全链，以触发变桨系统执行匀速率顺桨。
根据本发明实施例的再一个方面，主控控制器，还用于在接收到电网掉电标志时，向变桨控制器发送电网掉电标志，以使变桨控制器根据电网掉电标志取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作。
根据本发明的再一个方面，主控控制器，具体用于闭环控制变桨系统执行变速率收桨，以使风力发电机组的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度。
根据本发明实施例的又一个方面，提供一种风力发电机组停机控制系统，该系统包括变桨控制器；
变桨控制器，用于接收风力发电机组主控系统的主控控制器发送的变速率收桨指令，根据变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨；
其中，变速率收桨指令为主控控制器在接收到变流控制器发送的电网掉电标志时发送的变速率收桨指令。
根据本发明实施例的又一个方面，变桨控制器，还用接收主控控制器发送的电网掉电标志，根据接收到的电网掉电标志，取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作；
其中，电网掉电标志为主控控制器在接收到变流控制器发送的电网掉电标志时，向变桨控制器发送的电网掉电标志。
根据本发明实施例的又一个方面，变桨控制器，还用于在接收主控控制器发送的电网掉电标志之后，将预配置的风力发电机组后备电源的紧急匀速率顺桨电压阈值，由第一电压阈值调整为第二电压阈值，第二电压阈值小于第一电压阈值；
其中，第一电压阈值为变桨控制器在后备电源的电压值不大于第一电压阈值时，控制变桨系统的变桨电机执行匀速率顺桨的门限值。
根据本发明实施例的又一个方面，变桨控制器，还用于根据变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨之后，按照预设时间间隔向主控控制器反馈叶片收桨信息，接收主控控制器发送的收桨速率调整指令，并根据收桨速率调整指令对叶片的收桨速率进行调整，使调整后的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度；
其中，收桨速率调整指令为主控控制器根据变桨控制器反馈的叶片收桨信息生成的调整指令。
本发明实施例的风力发电机组停机控制方法及系统，由变流控制器根据电网电压值对电网掉电工况进行判断，并在判断出电网掉电时将电网掉电标志信号发送给主控控制器，从而实现了由主控系统来控制变桨系统进行变速率收桨。采用本发明实施例的停机控制方法及系统，在实现了由主控系统控制实现变速率收桨的同时，无需对风力发电机组的整机安全链进行改造，即无需将变流安全链从整机安全链中剔除，保证了硬件安全链的完整性，避免了如果将变流器安全链从整机安全链剔除，在变流器发生无需变速率收桨的故障时，所导致的风力发电机组不能立即停机的问题。
附图说明
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1示出了变速率收桨的叶片桨距角与收桨速度的关系示意图；
图2示出了风力发电机组控制系统的结构示意图；
图3示出了根据本发明一实施例提供的一种风力发电机组停机控制方法的流程示意图；
图4示出了本发明另一实施例提供的一种风力发电机组停机控制方法的流程示意图；
图5示出了根据本发明一实施例提供的一种风力发电机组停机控制系统的框架示意图；
图6示出了根据本发明另一实施例提供的一种风力发电机组停机控制系统的框架示意图；
图7示出了根据本发明再一实施例提供的一种风力发电机组停机控制系统的框架示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。
风力发电机组在发生电网掉电等特定工况需要停机时，为了降低风力发电机组的载荷，需要采用变速率收桨的停机方式。所谓变速率收桨(Variable Rate Propeller)，是指风力发电机发生特定故障时，在叶片(桨叶)的桨距角从0度位置顺桨到90度位置的过程中，以桨距角的角度为临界值，执行不同的收桨速率，以减小风力发电机组载荷的控制策略。
图1示出了一种变速率收桨的示意图。如图1所示，图中横坐标表示叶片的桨距角，纵坐标表示顺桨速度，其中，a3＞a2＞a1，且一般情况下a3＝90度。变速率收桨过程中，v1、v2、v3分别为叶片的桨距角的角度范围为0-a1、a1-a2、a2-a3时所对应的顺桨速度。
采用变速率收桨的方式，能够在故障发生时刻，以较快的速度开始紧急收桨，以减小风力发电机组正向的载荷，在第二角度范围(a1-a2)和第三角度范围(a2-a3)阶段，采用慢速收桨，以减小负向载荷，更大程度地保证风力发电机组在紧急停机过程中的安全性能。此外，采用变速率收桨还能够减小由于风况和风力发电机组的共振频率对风力发电机组造成的冲击，降低塔筒的生产成本。
图2示出了风力发电机组控制系统的简易结构示意图，风力发电机组控制系统包括电源系统、变桨系统、变流器和主控系统。如图2所示，电源系统包括电网电源(对应图中所述的电网输入侧110)、后备电源101、直流转直流(DC/DC)电源104和充电器108。变桨系统包括变桨电机102、变频器103和变桨控制器105等。变流器包括变流控制器107等。主控系统包括主控控制器106等。
如图中所示，充电器108的输出的(正极)“+”端、后备电源101的“+”端、DC/DC电源的“+端”电连接，充电器108的输出的负极“-”端、后备电源101的“-”端、DC/DC电压的“-”端电连接。电网输入侧110与充电器108的输入端连接。
其中，电网输入侧110用于为风力发电机组提供工作所需的电压。风力发电机组正常工作情况下，电网输入侧110为充电器108提供交流电源，充电器108为后备电源101充电，并为变频器103和DC/DC电源104提供工作电源，DC/DC电源104用于为变桨控制器105提供24V直流电源。后备电源101的作用是电网输入侧110发生异常时，继续为变桨电机102提供电源。
变桨控制器105用于在主控控制器106的控制下，或依据自身故障判断，通过控制变频器103来控制变桨电机102的运行，以进行调桨或顺桨控制。电网输入侧110与变流器内部的电网端连接，变流控制器107用于检测电网电压，为风力发电机提供电磁扭矩，并把风力发电机发出的电输送至电网。
机组安全链是指保护风力发电机组的安全链系统。大型风力发电机组通过控制系统的安全链设计，提高控制系统的可靠性，机组安全链也是整个机组的最后一道保护，其优先级高于机组的软件保护。安全链系统是独立于计算机系统的软硬件保护措施。采用反逻辑设计，将可能对风力发电机组严重损害的故障节点串联成一个回路：紧急停机按钮(塔底主控制柜)、发电机过速模块、扭缆开关、来自变桨系统安全链的信号、紧急停机按钮(机舱控制柜)、振动开关、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)过速信号、到变桨系统的安全链信号、总线OK信号。
目前的安全链系统中，一旦其中一个节点动作，将会引起整条回路断电，使风力发电机组进入紧急顺桨停机过程。例如，当变流控制器107检测到电网掉电故障后，变流控制器107会触发断开变流控制器107与主控控制器106之间的变流器安全链(图2中a点对应位置的安全链)，主控控制器106会再出发断开主控控制器106与变桨控制器105之间的变桨安全链(图2中b点对应位置的安全链)，此时，风力发电机进入紧急顺桨模式，变桨系统以固定速率执行紧急顺桨，但这种方法会导致风力发电机组的载荷增加。
图3示出了根据本发明实施例提供的一种基于安全链的风力发电机组停机控制方法的流程示意图。如图3所示，本发明实施例的停机控制方法主要可以包括以下几个步骤：
步骤S10：风力发电机组主控系统的主控控制器若接收到电网掉电标志，则主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨。
本发明实施例中，电网掉电标志为变流控制器在判断出电网掉电时，向主控控制器发送的电网掉电标志，变桨安全链为主控控制器与变桨系统的变桨控制器之间的安全链。
为了实现在电网掉电工况下的变速率收桨控制，需要对电网掉电故障进行实时检测。本发明实施例中，通过电压采集装置对风力发电机组的电网输入侧的电压值进行高速采集，并将采集的电压值发送至变流控制器，以实现由变流控制器对电网是否发生掉电的快速检测。
其中，电压采集装置可以根据实际应用需要进行选择，例如，可以采用电压传感器或电压采集电路等。为了保证电网掉电检测的实时性，电压值的采样频率即采样周期的倒数要远大于电网电压的频率(50赫兹)。例如，本发明一实施例中，采样频率可以选择为6千赫兹。
本发明实施例中，采用变流控制器根据实时采集的电网电压值来实现电网掉电工况检测的方式，能够通过采用采样频率大于电网电压频率的电压采集装置实现电网掉电工况的快速判断，与目前风力发电机组控制系统中由主控控制器或变桨控制器检测电网掉电的方式相比，能够有效提高检测的效率。
其中，变流控制器具体根据电压采集装置采集到的电网电压值的变化即可以判断出电网是否发生掉电。变流控制器在接收到的电网电压值为0时，即可立即判断出电网掉电，并通过向风力发电机组的主控系统的主控控制器发送电网掉电标志，从而主控控制器能够根据该电网掉电标志实现对风力发电机组的变速率收桨的控制。
在变流控制器与主控控制器之间的通信正常时，主控控制器即可接收到变流控制器发送来的电网掉电标志，此时，主控控制器则可以控制变桨系统执行变速率收桨，实现变速率收桨模式下的风力发电机组的停机，以降低风力发电机组的载荷。
本发明实施例提供的风力发电机组停机控制方法，实现了在变流控制器检测到电网掉电工况时，由主控系统控制变桨系统进行变速率收桨。且采用该方案，无需对风力发电机组的硬件安全链进行任何改造，不用将变流器安全链从整机安全链中剔除。
本发明实施例中，主控控制器若接收到电网掉电标志，则主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
主控控制器若在接收到电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，则主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，其中，安全链断开信号为变流控制器在向主控控制器发送电网掉电标志的同时，控制断开变流控制器与主控控制器之间的变流器安全链所触发产生的安全链断开信号。
本发明实施例中，变流控制器在判断出电网掉电时，向风力发电机组主控系统的主控控制器发送电网掉电标志的同时，变流控制器会控制断开变流控制器与主控控制器之间的变流器安全链，以触发产生变流器安全链的安全链断开信号。
此时，主控控制器若在接收到所述电网掉电标志时，监测到了该安全链断开信号，则主控控制器控制变桨系统执行变速率收桨。
本发明实施例中，主控控制器若在接收到电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，该控制方法还包括：
主控控制器取消根据安全链断开信号触发断开变桨安全链的动作，变桨安全链为主控控制器与变桨系统的变桨控制器之间的安全链。
本发明实施例中，主控控制器若未接收到电网掉电标志，该控制方法还包括：
主控控制器根据监测到的安全链断开信号，控制断开主控控制器与变桨系统的变桨控制器之间的安全链即上述变桨安全链，以触发变桨系统执行紧急顺桨即匀速率收桨。
本发明实施例中，变流控制器在检测电网掉电标志时，仍可以正常控制断开变流器安全链，此时，主控控制器即可检测到对应的安全链断开信号，但此时主控控制器并不是直接根据该断开信号触发断开变桨安全链，而是进一步结合是否接收到了电网掉电标志来判断此时的该安全链断开信号是否是由于电网掉电引起的，如果主控控制器接收到了电网掉电标志，则确定安全链断开信号是由电网掉电引起，不需要控制断开变桨安全链，以避免在电网掉电工况下，变桨系统启动紧急顺桨。如果主控控制器只检测到了安全链断开信号，而未接收到电网掉电标志，则说明安全链断开信号不是由电网掉电引起的，或者即使是由电网掉电引起的，但主控控制器与变流控制器之间出现了异常，此时，则需要控制断开变桨安全链，以使变桨系统执行紧急顺桨，完成机组的停机。
本发明实施例的方案，在变流器安全链断开时，不会直接触发紧急顺桨的发生，而是由主控控制器根据逻辑判断，来决定是否需要断开变桨安全链，从而在实现了电网掉电工况下进行变速率收桨，又保证了在发生包括通信故障在内等其它故障时，仍能够根据硬件安全链的安全链断开信号实现风力发电机组的紧急顺桨，更好的保证了风力发电机组的安全。
本发明实施例中，主控控制器若接收到电网掉电标志，则主控控制器在接收到电网掉电标志时，该控制方法还可以包括：
主控控制器向变桨控制器发送电网掉电标志，以使变桨控制器在接收到电网掉电标志时，根据电网掉电标志取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作。
本发明实施例中，在变桨系统的变桨控制器也进行电网掉电的检测时，为了避免电网掉电工况下变桨系统自主执行紧急顺桨或变速率收桨的情况出现，主控控制器在接收到变流控制器发送的电网掉电标志时，会将该电网掉电标志发送给变桨控制器，以使变桨控制器根据主控控制器发送的电网掉电标志取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作。
本发明实施例中，变桨控制器在接收到电网掉电标志时，该控制方法还可以包括：
变桨控制器将预配置的风力发电机组后备电源的紧急顺桨电压阈值，由第一电压阈值调整为第二电压阈值，第二电压阈值小于第一电压阈值；
其中，第一电压阈值为变桨控制器在后备电源的电压值不大于第一电压阈值时，控制变桨系统的变桨电机执行紧急顺桨的门限值。
后备电源101的作用是电网电压(即图2中所示的电网输入侧)发生异常(包括但不限于电网掉电)时，继续为变桨电机102提供电源。在风力发电机组控制系统中，变桨控制器会对后备电源的电压进行检测，当后备电源101的电压值在到达或低于设定门限值时，变桨控制器则会执行紧急顺桨动作。
本发明实施例中，变桨控制器在接收到电网掉电标志时，通过调低上述第一电压阈值，避免了在执行变速率收桨时，由于后备电源的电压值降低触发变桨控制器执行紧急顺桨、导致变速率收桨失败的情况。
本发明实施例中，主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
主控控制器向变桨控制器发送变速率收桨指令，以使变桨控制器根据变速率收桨指令，控制变桨系统的变桨电机进行变速率收桨。
本发明实施例中，主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
主控控制器闭环控制变桨系统执行变速率收桨，以使风力发电机组的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度。
本发明实施例中，主控控制器闭环控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
主控控制器向变桨控制器发送变速率收桨指令之后，按照预设时间间隔接收变桨控制器反馈的叶片收桨信息；
主控控制器根据变桨控制器反馈的叶片收桨信息生成收桨速率调整指令；
主控控制器向变桨控制器发送收桨速率调整指令，以使变桨控制器根据收桨速率调整指令对叶片的收桨速率进行调整，使调整后的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度。
目前，在由变桨系统自主控制变速率收桨的方案中，由于收桨方式为开环顺桨(开环顺桨是指每个角度范围内给所有叶片(一般为三个)发送固定的收桨速度，不进行速度调节)，所以难以保证三个叶片的同步性。例如在采用图1中所示的变速率收桨方案时，若叶片1先到达临界角度a1，而其余叶片后到达，会导致三个叶片之间的不均衡，这种不平衡也会增大机组的载荷。另一方面，在由慢速收桨再次切换到快速收桨即由速度V2切换为V3时，先到达临界角度a2的叶片会以较快的速度收桨，此时又可能会导致不同叶片之间的桨距角值偏差大而使风力发电机组的主控系统尤其是变桨系统报出故障，导致变桨系统执行紧急顺桨，从而会导致变速率收桨过程失败。此外，由于每个叶片的桨距角均是根据编码器角度值来进行临界角度判断，当编码器读数发生异常或跳变时，也又会导致叶片收桨速度的异常切换，也会增大机组载荷。
本发明实施例中，为了控制所有叶片在收桨过程中的桨距角变化的一致性，主控控制器通过从变桨控制器不断的获取风力发电机组的叶片收桨信息，并根据接收到的叶片收桨信息生成相应的收桨速率调整指令，通过向变桨控制器发送叶片的收桨速率调整指令，以使变桨控制器根据该指令实现对叶片收桨速率的实时调整，从而能够使所有的桨距角变化一致。
本发明实施例的停机控制方法，由主控控制器控制实现了风力发电机组在电网掉电工况下的变速率收桨停机，且主控控制器通过对所有叶片的收桨速率的闭环控制，防止了在收桨过程中，由于不同叶片的桨距角出现偏差，导致三个叶片受力不平衡，引起机组振动的情况出现，同时也避免了由于叶片之间桨距角值偏差大导致变速率收桨切换为紧急顺桨情况的出现。
可以理解的是，上述叶片收桨信息包括但不限于所有叶片的桨距角，还可以包括每个叶片的当前收桨速率等。主控控制器具体可以根据各叶片的桨距角之间的差值，确定出需要进行收桨速率调整的叶片以及叶片速率调整信息，并根据需要进行收桨速率调整的叶片以及叶片速率调整信息，生成相应的收桨速率调整指令，并发送至变桨控制器，以使变桨控制器根据收桨速率调整指令对相应叶片的收桨速率进行调整，以控制叶片的桨距角的基本一致。
本发明实施例中，变桨控制器根据变速率收桨指令，控制变桨系统的变桨电机进行变速率收桨，可以包括：
变桨控制器根据变速率收桨指令和预设的第一变速率收桨规则，控制变桨电机进行变速率收桨。
本发明实施例中，主控控制器控制变桨执行变速率收桨时，变速率收桨指令可以只包括变速率收桨触发指令，而变桨控制器中预先存储有第一变速率收桨规则，因此，变桨控制器在接收到控制触发指令时，即可根据预先存储的第一变速率收桨规则，控制变桨电机进行变速率收桨。
可以理解的是，此时主控控制器接收到的上述叶片收桨信息除包括各叶片的桨距角之外，还需要包括由变桨控制器反馈的各叶片的当前收桨速率，主控控制器根据接收到的每个叶片的桨距角和当前收桨速率确定出需要进行收桨速率调整的叶片以及叶片速率调整信息。
可以理解的是，上述第一变速率收桨规则可以根据实际需要设定或选择。例如，可以采用图1中所示的变速率收桨方案。
本发明实施例中，变速率收桨指令中还可以包括第二变速率收桨规则，此时，变桨控制器根据变速率收桨指令，控制变桨系统的变桨电机进行变速率收桨，包括：
变桨控制器根据第二变速率收桨规则，控制变桨电机进行变速率收桨。
本发明实施例中，主控控制器控制变桨执行变速率收桨时，所发送的变速率收桨指令中除包括变速率收桨触发指令外，还可以同时包括第二变速率收桨规则，即变桨控制器根据主控控制器发送的变速率收桨规则，控制变桨电机执行变速率收桨。
可以理解的是，此时由于变速率收桨规则为主控控制器下发至变桨控制器的，因此，主控控制器接收到的上述叶片收桨信息可以不包括叶片的当前收桨速率。
与图3中所示的方法相对应，图4示出了本发明另一实施例提供的一种风力发电机组停机控制方法的流程示意图。如图4所示，该控制方法主要可以包括以下步骤：
步骤S21：变桨控制器接收风力发电机组主控系统的主控控制器发送的变速率收桨指令。
步骤S22：变桨控制器根据变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨。
其中，变速率收桨指令为主控控制器在接收到变流控制器发送的电网掉电标志时发送的变速率收桨指令。
本发明实施例中，在变流控制器检测到电网掉电工况时，变流控制器向主控控制器发送电网掉电标志，以告知主控控制器发生了掉电工况，变桨控制器通过接收主控控制器在接收到该电网掉电标志时发送的变速率收桨指令，控制变桨电机完成变速率收桨。通过本发明实施例的方案，实现由主控系统控制变桨系统进行变速率收桨，且该方案无需对风力发电机组的硬件安全链进行任何改造，即不用将变流器安全链从整机安全链中剔除。
本发明实施例中，该控制方法还包括：
变桨控制器接收主控控制器发送的电网掉电标志，其中，电网掉电标志为主控控制器在接收到电网掉电标志时，向变流控制器发送的电网掉电标志；
变桨控制器根据接收到的电网掉电标志，取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作。
本发明实施例中，变桨控制器接收主控控制器发送的电网掉电标志之后，还可以包括：
变桨控制器将预配置的风力发电机组后备电源的匀速率顺桨电压阈值，由第一电压阈值调整为第二电压阈值，第二电压阈值小于第一电压阈值；
其中，第一电压阈值为变桨控制器在后备电源的电压值不大于第一电压阈值时，控制变桨系统的变桨电机执行匀速率顺桨的门限值。
本发明实施例中，变桨控制器根据变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨之后，还包括：
变桨控制器按照预设时间间隔向主控控制器反馈叶片收桨信息；
变桨控制器接收主控控制器发送的收桨速率调整指令，并根据收桨速率调整指令对叶片的收桨速率进行调整，使调整后的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度；
其中，收桨速率调整指令为主控控制器根据变桨控制器反馈的叶片收桨信息生成的调整指令。
可以理解的是，本发明实施例图4中所示的风力发电机组停机控制方法，是与图3中所示的停机控制方法相对应的，图3所示的控制方法具体是由风力发电机组的主控控制器执行的，图4所示的控制方法具体是由风力发电机组的变桨控制器执行的。变桨控制器执行上述各步骤中的具体实现方式可以参见前文中的描述中所涉及的变桨控制器部分的相应内容，为了简洁，在此不再赘述。
与图3中所示的控制方法相对应，如5示出了本发明实施例提供的一种风力发电机组停机控制系统的结构示意图，该控制系统包括风力发电机组主控系统的主控控制器10。
主控控制器10，用于若接收到电网掉电标志，则不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，其中，电网掉电标志为变流控制器20在判断出电网掉电时，向主控控制器10发送的电网掉电标志，变桨安全链为主控控制器10与变桨系统的变桨控制器30之间的安全链。
本发明实施例中，电网掉电标志为变流控制器20在根据电网电压值判断出电网掉电时，向主控控制器10发送的电网掉电标志，其中，电网电压值为按照预设的采样周期采集的风力发电机组的电网电压值。
本发明实施例中，主控控制器10，具体用于若在接收到电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，则不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，其中，安全链断开信号为变流控制器20在向主控控制器10发送电网掉电标志的同时，控制断开变流控制器20与主控控制器10之间的变流器安全链所触发产生的安全链断开信号。
本发明实施例中，主控控制器10，还用于若在接收到电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，则取消根据安全链断开信号触发断开变桨安全链的动作。
本发明实施例中，主控控制器10，还用于若未接收到电网掉电标志，则根据监测到的安全链断开信号，控制断开变桨安全链，以触发变桨系统执行匀速率顺桨。
本发明实施例中，主控控制器10，还用于在接收到电网掉电标志时，向变桨控制器30发送电网掉电标志，以使变桨控制器30根据电网掉电标志取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作。
本发明实施例中，主控控制器10，具体用于向变桨控制器30发送变速率收桨指令，以使变桨控制器30根据变速率收桨指令，控制变桨系统的变桨电机40进行变速率收桨
本发明实施例中，主控控制器10，具体用于闭环控制变桨系统执行变速率收桨，以使风力发电机组的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度。
本发明实施例中，主控控制器10在闭环控制变桨系统执行变速率收桨时，具体用于：
向变桨控制器30发送变速率收桨指令之后，按照预设时间间隔接收变桨控制器30反馈的叶片收桨信息，根据变桨控制器30反馈的叶片收桨信息生成收桨速率调整指令，向变桨控制器30发送收桨速率调整指令，以使变桨控制器30根据收桨速率调整指令对叶片的收桨速率进行调整，使调整后的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度。
可以理解的是，本发明实施例的停机控制系统中的各部分的具体功能描述可参见本发明实施例的停机控制方法中相应部分内容的详细描述，为了简洁，在此不再赘述。
与图4中所示的控制方法相对应，图6示出了本发明实施例提供的一种风力发电机组停机控制系统的结构示意图。如图6所示，该控制系统包括风力发电机组主控系统的变桨控制器100。
变桨控制器100，用于接收风力发电机组主控系统的主控控制器200发送的变速率收桨指令，根据变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机300执行变速率收桨，其中，变速率收桨指令为主控控制器200在接收到变流控制器400发送的电网掉电标志时发送的变速率收桨指令。
本发明实施例中，变桨控制器100，还用接收主控控制器200发送的电网掉电标志，根据接收到的电网掉电标志，取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作，其中，电网掉电标志为主控控制器200在接收到电网掉电标志时，向变桨控制器100发送的电网掉电标志。
本发明实施例中，变桨控制器100，还用于在接收主控控制器200发送的电网掉电标志之后，将预配置的风力发电机组后备电源的紧急匀速率顺桨电压阈值，由第一电压阈值调整为第二电压阈值，第二电压阈值小于第一电压阈值，其中，第一电压阈值为变桨控制器在后备电源的电压值不大于第一电压阈值时，控制变桨系统的变桨电机执行匀速率顺桨的门限值。
本发明实施例中，变桨控制器100，还用于根据变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨之后，按照预设时间间隔向主控控制器200反馈叶片收桨信息，接收主控控制器200发送的收桨速率调整指令，并根据收桨速率调整指令对叶片的收桨速率进行调整，使调整后的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度，其中，收桨速率调整指令为主控控制器200根据变桨控制器100反馈的叶片收桨信息生成的调整指令。
图7示出了本发明实施例提供的一种风力发电机组停机控制系统的结构示意图。如图7所示，该控制系统可以包括电网电压采集模块1、变流控制器2、风力发电机组主控系统的主控控制器3和变桨系统。其中，变桨系统包括变桨控制器4和变桨电机5。
电网电压采集模块1，用于按照预设的采样周期采集风力发电机组的电网电压值，并将采集的电网电压值发送至变流控制器2。
变流控制器2，用于根据电网电压值判断电网掉电工况，在判断出电网掉电时，向主控控制器3发送电网掉电标志。
主控控制器3，用于若接收到电网掉电标志，则控制变桨系统执行变速率收桨。
其中，主控控制器3，具体用于向变桨系统的变桨控制器4发送变速率收桨指令，以使变桨控制器4根据变速率收桨指令，控制变桨电机5进行变速率收桨。
可以理解的是，本发明实施例的停机控制系统中的各部分的具体功能描述可参见本发明实施例的停机控制方法中相应部分内容的详细描述，为了简洁，在此不再赘述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序或者若干步骤同时执行。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (21)

1.一种风力发电机组停机控制方法，其特征在于，所述方法包括：
风力发电机组主控系统的主控控制器若接收到电网掉电标志，则所述主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨；
其中，所述电网掉电标志为变流控制器在判断出电网掉电时，向所述主控控制器发送的电网掉电标志，所述变桨安全链为所述主控控制器与所述变桨系统的变桨控制器之间的安全链；
其中，所述主控控制器若接收到电网掉电标志，则所述主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
所述主控控制器若在接收到所述电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，则所述主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制所述变桨系统执行变速率收桨；
其中，所述安全链断开信号为所述变流控制器在向所述主控控制器发送电网掉电标志的同时，控制断开所述变流控制器与所述主控控制器之间的变流器安全链所触发产生的安全链断开信号。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述主控控制器若在接收到所述电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，所述方法还包括：
所述主控控制器取消根据所述安全链断开信号触发断开所述变桨安全链的动作。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述主控控制器若未接收到所述电网掉电标志，所述方法还包括：
所述主控控制器根据监测到的所述安全链断开信号，控制断开所述变桨安全链，以触发所述变桨系统执行匀速率顺桨。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述主控控制器若接收到所述电网掉电标志，则所述主控控制器在接收到所述电网掉电标志时，所述方法还包括：
所述主控控制器向所述变桨控制器发送所述电网掉电标志，以使所述变桨控制器在接收到所述电网掉电标志时，根据所述电网掉电标志取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
所述主控控制器向所述变桨控制器发送变速率收桨指令，以使所述变桨控制器根据所述变速率收桨指令，控制所述变桨系统的变桨电机进行变速率收桨。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述主控控制器不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨，包括：
所述主控控制器闭环控制所述变桨系统执行变速率收桨，以使所述风力发电机组的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述主控控制器闭环控制所述变桨系统执行变速率收桨，包括：
所述主控控制器向所述变桨控制器发送变速率收桨指令之后，按照预设时间间隔接收所述变桨控制器反馈的叶片收桨信息；
所述主控控制器根据所述变桨控制器反馈的叶片收桨信息生成收桨速率调整指令；
所述主控控制器向所述变桨控制器发送所述收桨速率调整指令，以使所述变桨控制器根据所述收桨速率调整指令对叶片的收桨速率进行调整，使调整后的所有叶片的桨距角之间的差值小于所述设定角度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电网掉电标志为所述变流控制器在根据电网电压值判断出电网掉电时，向所述主控控制器发送的电网掉电标志；
其中，所述电网电压值为按照预设的采样周期采集的风力发电机组的电网电压值。
9.一种风力发电机组停机控制方法，其特征在于，所述方法包括：
变桨控制器接收风力发电机组主控系统的主控控制器发送的变速率收桨指令，其中，所述变速率收桨指令为所述主控控制器在接收到变流控制器发送的电网掉电标志以及监测到安全链断开信号时发送的变速率收桨指令；
所述变桨控制器根据所述变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨；
其中，所述安全链断开信号为变流控制器在向所述主控控制器发送电网掉电标志的同时，控制断开所述变流控制器与所述主控控制器之间的变流器安全链所触发产生的安全链断开信号。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述变桨控制器接收所述主控控制器发送的所述电网掉电标志，其中，所述电网掉电标志为所述主控控制器在接收到所述电网掉电标志时，向所述变桨控制器发送的电网掉电标志；
所述变桨控制器根据接收到的所述电网掉电标志，取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述变桨控制器接收所述主控控制器发送的所述电网掉电标志之后，还包括：
所述变桨控制器将预配置的风力发电机组后备电源的匀速率顺桨电压阈值，由第一电压阈值调整为第二电压阈值，所述第二电压阈值小于所述第一电压阈值；
其中，所述第一电压阈值为所述变桨控制器在所述后备电源的电压值不大于所述第一电压阈值时，控制所述变桨系统的变桨电机执行匀速率顺桨的门限值。
12.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述变桨控制器根据所述变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨之后，还包括：
所述变桨控制器按照预设时间间隔向所述主控控制器反馈叶片收桨信息；
所述变桨控制器接收所述主控控制器发送的收桨速率调整指令，并根据所述收桨速率调整指令对叶片的收桨速率进行调整，使调整后的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度；
其中，所述收桨速率调整指令为所述主控控制器根据所述变桨控制器反馈的叶片收桨信息生成的调整指令。
13.一种风力发电机组停机控制系统，其特征在于，包括风力发电机组主控系统的主控控制器；
所述主控控制器，用于若接收到电网掉电标志，则不触发断开变桨安全链的动作，并控制变桨系统执行变速率收桨；
其中，所述电网掉电标志为变流控制器在判断出电网掉电时，向所述主控控制器发送的电网掉电标志，所述变桨安全链为所述主控控制器与所述变桨系统的变桨控制器之间的安全链；
其中，所述主控控制器，具体用于若在接收到所述电网掉电标志时，监测到安全链断开信号，则不触发断开变桨安全链的动作，并控制所述变桨系统执行变速率收桨；
其中，所述安全链断开信号为所述变流控制器在向所述主控控制器发送电网掉电标志的同时，控制断开所述变流控制器与所述主控控制器之间的变流器安全链所触发产生的安全链断开信号。
14.根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于，
所述主控控制器，还用于若在接收到所述电网掉电标志时，监测到所述安全链断开信号，则取消根据所述安全链断开信号触发断开变桨安全链的动作。
15.根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于，
所述主控控制器，还用于若未接收到所述电网掉电标志，则根据监测到的所述安全链断开信号，控制断开所述变桨安全链，以触发所述变桨系统执行匀速率顺桨。
16.根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于，
所述主控控制器，还用于在接收到所述电网掉电标志时，向所述变桨控制器发送所述电网掉电标志，以使所述变桨控制器根据所述电网掉电标志取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作。
17.根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于，
所述主控控制器，具体用于闭环控制所述变桨系统执行变速率收桨，以使所述风力发电机组的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度。
18.一种风力发电机组停机控制系统，其特征在于，包括变桨控制器；
所述变桨控制器，用于接收风力发电机组主控系统的主控控制器发送的变速率收桨指令，根据所述变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨；
其中，所述变速率收桨指令为所述主控控制器在接收到变流控制器发送的电网掉电标志以及监测到安全链断开信号时发送的变速率收桨指令；
其中，所述安全链断开信号为变流控制器在向所述主控控制器发送电网掉电标志的同时，控制断开所述变流控制器与所述主控控制器之间的变流器安全链所触发产生的安全链断开信号。
19.根据权利要求18所述的控制系统，其特征在于，
所述变桨控制器，还用接收所述主控控制器发送的所述电网掉电标志，根据接收到的所述电网掉电标志，取消执行预配置的电网掉电工况下的顺桨动作；
其中，所述电网掉电标志为所述主控控制器在接收到所述电网掉电标志时，向所述变桨控制器发送的电网掉电标志。
20.根据权利要求19所述的控制系统，其特征在于，
所述变桨控制器，还用于在接收所述主控控制器发送的所述电网掉电标志之后，将预配置的风力发电机组后备电源的紧急匀速率顺桨电压阈值，由第一电压阈值调整为第二电压阈值，所述第二电压阈值小于所述第一电压阈值；
其中，所述第一电压阈值为所述变桨控制器在所述后备电源的电压值不大于所述第一电压阈值时，控制所述变桨系统的变桨电机执行匀速率顺桨的门限值。
21.根据权利要求18所述的控制系统，其特征在于，
所述变桨控制器，还用于根据所述变速率收桨指令控制变桨系统的变桨电机执行变速率收桨之后，按照预设时间间隔向所述主控控制器反馈叶片收桨信息，接收所述主控控制器发送的收桨速率调整指令，并根据所述收桨速率调整指令对叶片的收桨速率进行调整，使调整后的所有叶片的桨距角之间的差值小于设定角度；
其中，所述收桨速率调整指令为所述主控控制器根据所述变桨控制器反馈的叶片收桨信息生成的调整指令。
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