CN110145437A - 一种风力发电机组偏航启停控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组偏航启停控制方法，包括：获取偏航启动或偏航停止的信息；使偏航电机的转速‑时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速或按照减速S形曲线减速至零、并同时对偏航液压阻力进行控制。相比于现有技术，本发明所提供的偏航电机按照S形曲线进行加速或减速、对偏航液压阻力的控制，使偏航电机转速在变化的过程中，加速度处于不断的变化状态，避免转速的快速变化而产生冲击，使偏航电机转速的变化更加柔和，加速至额定转速和减速至零的偏航启停过程更加平稳，降低了偏航电机转速加减速过程中的冲击，从而减小了机舱的振动。

Description

一种风力发电机组偏航启停控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地说，涉及一种风力发电机组偏航启停控制方法。

背景技术

风力发电机组在运行过程中为了实现风资源利用的最大化，需要将机头进行偏航对风，以获得风力发电机组的优化利用。目前，传统的偏航过程，都是依靠施加一定的液压制动力，为偏航过程提供保持力，避免机舱因风载而发生滑动。但是由于液压阻力的存在，偏航电机在低速运行阶段，驱动力的不足容易导致偏航过程的不稳定。

风速变化的不确定性、湍流以及风轮的旋转，造成机舱偏航载荷的不稳定性。对于采用液压阻尼的传统偏航，在偏航过程中，偏航载荷的不稳定性带来偏航速度的变化，特别是在偏航启动和停止过程中，由于此时偏航驱动电机的驱动力较小，液压阻力又与正常时一致，此时外部工况的载荷影响就特别明显。在偏航启动和停止过程中，特别容易发生由此而带来的机舱振动。

当一个偏航变频器驱动多个电机时多采用标量控制方式，根据公式n＝60f/p，其中n为电机转速，f为输入频率，p为电机旋转磁场的极对数，由于p是定值，电机转速n与输入频率f成正比，即偏航变频器的频率变化曲线也可以看作电机转速的变化曲线。通常采用斜坡启动的方式，电压与频率同步上升，通过给定偏航变频器的输出频率，实现控制偏航电机转速的目的，偏航变频器的输出频率按一定斜率直线上升最终达到额定频率，使偏航电机的转速也以该斜率直线上升至额定转速，如图1所示。采用此种控制方式能够实现偏航电机转速较快的到达额定转速，但过快的启动和停止速度，也会使机组在偏航启动和停止的过程中产生较大的冲击，使机舱产生较大的振动。

综上所述，如何减小风力发电机组偏航启停过程中的机舱振动，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种风力发电机组偏航启停控制方法，可以减小风力发电机组偏航启停过程中的机舱振动。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风力发电机组偏航启停控制方法，包括：获取偏航启动或偏航停止的信息；使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速或按照减速S形曲线减速至零。

优选的，所述获取偏航启动或偏航停止的信息之后，所述使偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速至额定转速或减速至零之前包括：

将偏航液压阻力降低至零压力。

优选的，所述使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速或按照减速S形曲线减速至零之后包括：

加速至额定转速之后控制所述偏航液压阻力升高至正常压力的一半；或减速至零之后控制所述偏航液压阻力升高至正常压力。

优选的，所述加速S形曲线的加速度先由小变大再由大变小；所述减速S形曲线的加速度先由小变大再由大变小。

优选的，所述减速S形曲线与所述加速S形曲线关于平行于转速轴线的直线对称。

优选的，所述加速S形曲线包括加速至额定转速的缓慢加速段以及所述缓慢加速段之前的普通加速段，且所述缓慢加速段的加速时间为所述普通加速段的加速时间的五分之一。

优选的，所述使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速或按照减速S形曲线减速至零包括：

使所述偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速；

判断所述偏航电机转速是否加速至额定转速，若否，则返回使所述偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速；

或使所述偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线减速；

判断所述偏航电机转速是否减速至零，若否，则返回使所述偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加减速。

优选的，设定转矩提升低频率和转矩提升高频率；

判断用于控制所述偏航电机的偏航变频器的输出频率是否低于所述转矩提升低频率，若是，则启动转矩提升以增加所述偏航电机的输出力矩，

判断所述偏航变频器的输出频率是否高于所述转矩提升高频率，若是，则取消转矩提升；

所述转速提升为增大所述偏航变频器的内部电压，以增加所述偏航电机的输入电流。

本发明提供的风力发电机组偏航启停控制方法，包括：获取偏航启动或偏航停止的信息；使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速或按照减速S形曲线减速至零。

在工作的过程中，当获得偏航启动的信息之后，则使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速；当获得偏航停止的信息之后，则使偏航电机按照减速S形曲线减速至零。

相比于现有技术，本发明所提供的偏航电机按照S形曲线进行加速或减速，使偏航电机转速在变化的过程中，转速增加或减小过程中的加速度处于不断的变化状态，避免转速的快速变化而产生冲击，使偏航电机转速的变化更加柔和，加速至额定转速和减速至零的偏航启停过程更加平稳，降低了偏航电机转速加减速过程中的冲击，从而减小了机舱的振动。

另外，当一个偏航变频器驱动多个电机时，根据n＝60f/p，其中n为电机转速，f为输入频率，p为电机旋转磁场的极对数，由于p是定值，电机转速n与输入频率f成正比，即偏航变频器的频率变化曲线也可以看作电机转速的变化曲线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中偏航启动过程中变频器的频率-时间示意图；

图2为现有技术中偏航启动过程中偏航电机的转速-时间示意图；

图3为本发明所提供的风力发电机组偏航启停控制方法的中偏航需求、偏航液压阻力、偏航电机转速的具体实施例一的结构示意图；

图4为加速S形曲线的结构示意图；

图5为本发明所提供的偏航启动过程偏航变频器与现有技术变频器的频率-时间对比图；

图6为本发明所提供的偏航启动过程偏航电机与现有技术偏航电机的转速-时间对比图；

图7为本发明所提供的风力发电机组偏航启停控制方法的流程示意图。

图1-7中：

E为偏航需求、P为偏航液压阻力、G为偏航电机转速。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种风力发电机组偏航启停控制方法，可以减小风力发电机组偏航启停过程中的机舱振动。

请参考图1-7，图1为现有技术中偏航启动过程中变频器的频率-时间示意图；图2为现有技术中偏航启动过程中偏航电机的转速-时间示意图；图3为本发明所提供的风力发电机组偏航启停控制方法的中偏航需求、偏航液压阻力、偏航电机转速的具体实施例一的结构示意图；图4为加速S形曲线的结构示意图；图5为本发明所提供的偏航启动过程偏航变频器与现有技术变频器的频率-时间对比图；图6为本发明所提供的偏航启动过程偏航电机与现有技术偏航电机的转速-时间对比图；图7为本发明所提供的风力发电机组偏航启停控制方法的流程示意图。

本发明提供的风力发电机组偏航启停控制方法，包括：

步骤S1：获取偏航启动或偏航停止的信息。

步骤S2：使偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速至额定转速或减速至零。

在工作的过程中，当获得偏航启动的信息之后，则使偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速至额定转速；当获得偏航停止的信息之后，则使偏航电机按照S形曲线减速至零。

需要进行说明的是，当一个偏航变频器驱动多个电机时，根据n＝60f/p，其中n为电机转速，f为输入频率，p为电机旋转磁场的极对数，由于p是定值，电机转速n与输入频率f成正比，即偏航变频器的频率变化曲线也可以看作电机转速的变化曲线。

相比于现有技术，本发明所提供的偏航电机按照S形曲线进行加速或减速，使偏航电机转速G在变化的过程中，加速度处于不断的变化状态，避免转速的快速变化而产生冲击，使偏航电机转速G的变化更加柔和，加速至额定转速和减速至零的偏航启停过程更加平稳，降低了偏航电机转速G加减速过程中的冲击，从而减小了机舱的振动。

需要进一步进行说明的是，加速S形曲线的具体参数以及减速S形曲线的具体参数需要根据实际情况确定，在此不做赘述。

如图5所示，相比于现有技术，本发明提供的加速S形曲线的加速度先增大后减小，使偏航电机转速G的变化更加柔和，从而避免偏航电机转速G增加或减少过快而使机舱出现振动。

在上述实施例的基础上，偏航启动阶段，偏航电机在低转速阶段输出的力矩较小，偏航停止时，偏航电机的转速逐渐减小，其输出力矩也会逐渐减小，为了避免偏航液压阻力P的影响，同时使偏航电机的输出力矩尽可能多的作用于机舱，在上述步骤S1和步骤S2之间，包括：

步骤S1a：将偏航液压阻力P降低至零压力。

需要对步骤S1a进行解释的是，在接收到偏航启动或偏航停止的信息之后，判断偏航液压阻力P是否降低至零压力，若是，则使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线进行加速，或者使偏航电机的转速-时间图像按照减速S形曲线减速。

在上述实施例的基础上，步骤S2之后包括：

步骤S3：加速至额定转速之后则控制偏航液压阻力P升高至正常压力的一半；或减速至零之后则控制偏航液压阻力P升高至正常压力。

当处于偏航启动过程中时，偏航电机转速G增加至额定转速后，可以将偏航液压阻力P升高至正常压力的一半，以使偏航过程更加平稳；当处于偏航停止过程中时，偏航电机转速G降低至零之后，可以将偏航液压阻力P升高至正常压力，以使偏航结束之后的风电机组固定在合适位置。

需要进行说明的是，偏航液压阻力P在增加或减小的过程中，也可以通过加速度变化的曲线方式进行增加或减小，以避免偏航液压阻力P变化过快而影响风电机组的稳定性。

在上述实施例的基础上，为了使偏航电机转速G增加或降低的过程更加平稳柔和，可以使加速S形曲线的加速度先由小变大再由大变小；减速S形曲线的加速度先由小变大再由大变小。

需要进行说明的是，加速S形曲线的具体加速时间、加速度大小；减速S形曲线的加速时间、加速度大小需要根据实际情况确定，在此不做赘述。

优选的，减速S形曲线与减速S形曲线关于平行于转速轴线的直线对称；则偏航电机偏航启动和偏航停止所用的时间相同，且加速度的大小及变化均相同。

在上述实施例的基础上，为了使偏航启动过程所用时间更加合理，可以使加速S形曲线包括加速至额定转速的缓慢加速段以及缓慢加速段之前的普通加速段，且缓慢加速段的加速时间为普通加速段的加速时间的五分之一。

如图3所示，偏航电机在偏航启动的过程中，靠近额定转速的缓慢加速段所用时间为B，缓慢加速段之前的普通加速段所用时间为A，B的时间越长，则到达额定转速的速度越缓慢，优选的，B为A的五分之一；当然，A与B的时间长短也可以是其它分配方式，具体根据实际情况确定，在此不做赘述。

在上述实施例的基础上，为了使偏航电机能够顺利加速至额定转速或者顺利减速至零，可以使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速或按照减速S形曲线减速至零包括：

步骤S21a：使偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速。

步骤S22a：判断偏航电机转速G是否加速至额定转速，若否，则返回使偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速。

或步骤S21b：使偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线减速。

步骤S22b：判断偏航电机转速G是否减速至零，若否，则返回使偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加减速。

在偏航电机加速或减速的过程中，不断对其转速进行判断，以得到所需的速度。

在上述实施例的基础上，在偏航启动的开始阶段，偏航变频器的频率较低，因此偏航电机的输出力矩也比较小，为了避免因偏航电机的输出力矩较小而使风电机组产生振动，可以使偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速至额定转速包括：

步骤S21c：设定转矩提升低频率和转矩提升高频率。

步骤S22c：判断偏航电机的输出频率是否低于转矩提升低频率，若是，则启动转矩提升以增加偏航电机的输出力矩，判断偏航电机的输出频率是否高于转矩提升高频率，若是，则取消转矩提升。

对于步骤S22c，需要进行说明的是，通过启动转矩提升来增加偏航电机的输出力矩，当输出力矩超过转矩提升高频率时，则停止转矩提升。

需要进行说明的是，转速提升为增大控制偏航电机的偏航变频器的内部电压，以增加偏航电机的输入电流，从而增加偏航电机的输出力矩。

偏航启停的整体过程中偏航需求E、偏航液压阻力P、偏航电机转速G的关系如图3所示，偏航需求E指风电机组处于偏航阶段；结合图7可以，偏航启停的某一具体实施例的具体流程如下：

首先获取偏航启动的信息，判断偏航液压阻力P是否将至零压力，若是，则使偏航电机按照加速S形曲线进行加速，判断偏航电机是否加速至额定转速，若是则控制偏航液压阻力P升高至正常压力的一半，并且继续保持偏航；偏航的过程中接收到偏航停止信息，判断此时偏航液压阻力P是否为零压力，若是，则使偏航电机按照减速S形曲线进行减速，当减速至零时，控制偏航液压阻力P升高至正常压力，偏航结束。

需要进行说明的是，偏航液压阻力P的正常压力是指在非偏航状态下，为保证风电机组的稳定，液压阻力的正常数值，具体需要根据实际情况确定，再次不做赘述。

需要进一步进行说明的是，附图中，偏航变频器的频率用F表示，偏航电机的转速用V表示，时间用T表示。

需要进行说明的是，为了使机舱的减振效果更加明显，可以使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速或按照减速S形曲线减速至零，并同时对偏航液压阻力P进行控制，以达到更好的减振效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的风力发电机组偏航启停控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风力发电机组偏航启停控制方法，其特征在于，包括：

获取偏航启动或偏航停止的信息；

使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速或按照减速S形曲线减速至零。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航启停控制方法，其特征在于，所述获取偏航启动或偏航停止的信息之后，所述使偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速至额定转速或减速至零之前包括：

将偏航液压阻力(P)降低至零压力。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组偏航启停控制方法，其特征在于，所述使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速或按照减速S形曲线减速至零之后包括：

加速至额定转速之后控制所述偏航液压阻力(P)升高至正常压力的一半；或减速至零之后控制所述偏航液压阻力(P)升高至正常压力。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组偏航启停控制方法，其特征在于，所述加速S形曲线的加速度先由小变大再由大变小；所述减速S形曲线的加速度先由小变大再由大变小。

5.根据权利要求4所述的风力发电机组偏航启停控制方法，其特征在于，所述减速S形曲线与所述加速S形曲线关于平行于转速轴线的直线对称。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组偏航启停控制方法，其特征在于，所述加速S形曲线包括加速至额定转速的缓慢加速段以及所述缓慢加速段之前的普通加速段，且所述缓慢加速段的加速时间为所述普通加速段的加速时间的五分之一。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组偏航启停控制方法，其特征在于，所述使偏航电机的转速-时间图像按照加速S形曲线加速至额定转速或按照减速S形曲线减速至零包括：

使所述偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速；

判断所述偏航电机转速(G)是否加速至额定转速，若否，则返回使所述偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速；

或使所述偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线减速；

判断所述偏航电机转速(G)是否减速至零，若否，则返回使所述偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加减速。

8.根据权利要求1-7任一项所述的风力发电机组偏航启停控制方法，其特征在于，所述使偏航电机的转速-时间图像按照S形曲线加速至额定转速包括：

设定转矩提升低频率和转矩提升高频率；

判断用于控制所述偏航电机的偏航变频器的输出频率是否低于所述转矩提升低频率，若是，则启动转矩提升以增加所述偏航电机的输出力矩，

判断所述偏航变频器的输出频率是否高于所述转矩提升高频率，若是，则取消转矩提升；

所述转速提升为增大所述偏航变频器的内部电压，以增加所述偏航电机的输入电流。