CN110185581B - 一种柔性塔架风电机组停机、停机保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性塔架风电机组停机、停机保护方法。解决现有技术中风力发电机组在停机状态下受到涡流的影响的问题。方法包括对在特定风速区间触发停机指令时采用设定停机流程，对停机状态下在风速进入特定风速区间时采用保护流程，设定停机流程和保护流程中都包括设定调节，通过调节叶片位置保持一片叶片垂直向下，调节机舱与主导风向夹角呈90°，使得能破还均匀的涡流场，避免了涡流在塔架周围产生均匀的周期性冲击而引起的共振。

Description

一种柔性塔架风电机组停机、停机保护方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种柔性塔架风电机组停机、停机保护方法。
背景技术
随着风电技术的发展，特别是随着风机功率的增加，需要增加机组塔架高度与越来越大的风轮直径匹配。同时在某些风速较低、垂直风切变较大的地区，采用100m以上的风电塔架能够较大幅度的提升风电机组的发电量，明显提升风电项目的经济性和项目投资收益。但是随着风电机组塔筒高度的增高，机组的塔架频率降低，使得涡激共振所需的风速降低，机组所面临的风险进一步增加。
对于风力发电机组而言，风电机组的涡激振动，只发生在机组停机或空转状态下。圆柱形塔架的均匀几何结构，使其容易受到涡流在其周围产生的共振影响。此前出现过因为涡流造成二阶塔架模型共振，导致风机在停机状态下发生事故的先例。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中风力发电机组在停机状态下受到涡流的影响的问题，提供了一种通过破坏均匀的涡流场，避免因涡流冲击塔架引起共振的柔性塔架风电机组停机、停机保护方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种柔性塔架风电机组停机方法，包括，
在接收到停机指令后通过检测当前风速判断是否进行常规停机流程或设定停机流程；设定停机流程包括，
检测风轮转速和风轮方位角，在风轮转速和风轮方位角均低于设定阈值时，调节叶片到设定位置，以及调节机舱与主导风向夹角到设定角度，以在停机后破坏均匀的涡流场。
本发明中风力发电机组包括风速风向传感器、风轮方位角传感器、风轮转速传感器、控制器、变桨机构、高速轴刹车、偏航机构、备用电源、备用发电机。其中风速风向传感器采集风速和风向信息；风轮方位角传感器采集风轮的方位角信息；风轮转速传感器采集风轮转速信息；控制器能快速跟踪风速、风轮方位角和转速信息，并及时向变桨机构和高速轴刹车发出动作指令；变桨机构、高速轴刹车具有一定响应速度，快速完成控制器发出的指令。备用电源或备用发电机用于在发电机组变流器故障，供电线路故障，空气开关跳开等风力发电机组设备故障造成风力发电机组脱网，或者电网本身频率波动，电压不足等电网故障造成风力发电机组脱网的情况下，风力发电机组能利用后备电源或备用发电机为各项风力发电机组子设备供电，完成常规停机流程或设定停机流程。本发明对在特定风速区间触发停机指令时采用设定停机流程，通过调整叶片位置和机舱与主导风向夹角，破坏均匀的涡流场，避免了涡流在塔架周围产生均匀的周期性冲击而引起的共振。
作为一种优选方案，对叶片和机舱的调节包括，
通过高速轴刹车制动，固定主轴，锁紧风轮，保持一片叶片垂直向下；
通过偏航机构控制转动，将机舱与主导风向之间呈90°夹角。本方案中具体给出了对于叶片位置和机舱与主导风向之间夹角的调节，使得一片叶片在停机结束后保持垂直向下，偏航机构偏航，使得机舱朝向与主导风向的夹角呈90°。这样能够很好地破坏均匀的涡流场，避免了涡流在塔架周围产生均匀的周期性冲击而引起的共振。
作为一种优选方案，设定停机流程开始后，采集风轮转速和风轮方位角信息；
判断风轮转速是否小于设定转速阈值，若否，继续采集风轮转速和风轮方位角信息，若是，进行风轮方位角检测；
判断风轮方位角是否小于设定角度阈值，若否，继续采集风轮转速和风轮方位角信息，若是，调节叶片位置以及调节机舱与主导风向夹角。本方案在进行设定停机流程时，在检测到风轮转速和风轮方位角都满足设定的阈值后才进行叶片位置以及调节机舱与主导风向夹角的调节。
作为一种优选方案，接收到停机指令后检测当前风速是否位于特定的区间内，若是进行设定停机流程，若否进行常规停机流程。本方案中对风速设定了一个特定的区间，当风速进入特定的区间内时，才进行设定停机流程，否则进行常规停机流程，常规停机流程就是通过变桨机构和高速轴刹车的配合，使得风轮按规定的流程停止转动。
一种柔性塔架风电机组停机保护方法，包括，
在停机状态下通过检测当前风速判断是否进行保护流程；保护流程包括，
控制风轮开始低速旋转，检测风轮方位角，在风轮方位角低于设定阈值时，调节叶片到设定位置，以及调节机舱与主导风向夹角到设定角度，以在停机后破坏均匀的涡流场。
本发明中风力发电机组包括风速风向传感器、风轮方位角传感器、风轮转速传感器、控制器、变桨机构、高速轴刹车、偏航机构、备用电源、备用发电机。其中风速风向传感器采集风速和风向信息；风轮方位角传感器采集风轮的方位角信息；风轮转速传感器采集风轮转速信息；控制器能快速跟踪风速、风轮方位角和转速信息，并及时向变桨机构和高速轴刹车发出动作指令；变桨机构、高速轴刹车具有一定响应速度，快速完成控制器发出的指令。备用电源或备用发电机用于在发电机组变流器故障，供电线路故障，空气开关跳开等风力发电机组设备故障造成风力发电机组脱网，或者电网本身频率波动，电压不足等电网故障造成风力发电机组脱网的情况下，风力发电机组能利用后备电源或备用发电机为各项风力发电机组子设备供电，完成保护流程。本发明对停机状态下在风速进入特定风速区间时采用保护流程，开启风轮低速转动，通过调整叶片位置和机舱与主导风向夹角，使得能破还均匀的涡流场，避免了涡流在塔架周围产生均匀的周期性冲击而引起的共振。
作为一种优选方案，对叶片和机舱的调节包括，
通过高速轴刹车制动，固定主轴，锁紧风轮，保持一片叶片垂直向下；
通过偏航机构控制机舱转动，使得机舱与主导风向之间呈90°夹角。本方案中具体给出了对于叶片位置和机舱与主导风向之间夹角的调节，使得一片叶片在停机结束后保持垂直向下，偏航机构偏航，使得机舱朝向与主导风向的夹角呈90°。这样能够很好地破坏均匀的涡流场，避免了涡流在塔架周围产生均匀的周期性冲击而引起的共振。
作为一种优选方案，停机状态下检测当前风速是否位于特定的区间内，若是进行保护流程，若否继续检测当前风速；
保护流程开始后，风轮开始低速旋转，采集风轮方位角信息，判断风轮方位角是否小于设定角度阈值，若否，继续采集风轮方位角信息，若是，调节叶片位置以及调节机舱与主导风向夹角。本方案中对风速设定了一个特定的区间，当风速进入特定的区间内时，才进行保护流程。保护流程中变桨机构开桨，风轮开始低速旋转，在检测到风轮方位角度满足设定的阈值后才进行叶片位置以及调节机舱与主导风向夹角的调节。
作为一种优选方案，保护流程开始后，风力发电机组接收到启机指令，控制松开高速轴刹车，再进行启机偏航对风，然后按常规启机流程对风力发电机组启机。本方案提供了一种适应保护流程的启动流程。
因此，本发明的优点是：对在特定风速区间触发停机指令时采用设定停机流程，对停机状态下风速进入风速特定区间是采用保护流程，通过调整叶片位置和机舱与主导风向夹角，使得能破坏均匀的涡流场，避免了涡流在塔架周围产生均匀的周期性冲击而引起的共振。
附图说明
图1是本发明中停机的一种流程示意图；
图2是本发明中停机保护检测的一种流程示意图；
图3是本发明中风机启动的一种流程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例一种柔性塔架风电机组停机、停机保护方法，包括停机方法和停机保护方法，停机方法是在满足条件后对运行中的风电机组进行设定的调节，停机保护方法是在满足条件后对停机中的风电机组进行设定的调节，该设定的调节都包括调节叶片到设定位置，以及调节机舱与主导风向夹角到设定角度。其中风力发电机组包括风速风向传感器、风轮方位角传感器、风轮转速传感器、控制器、变桨机构、高速轴刹车、偏航机构、备用电源、备用发电机。其中风速风向传感器采集风速和风向信息；风轮方位角传感器采集风轮的方位角信息；风轮转速传感器采集风轮转速信息；控制器能快速跟踪风速、风轮方位角和转速信息，并及时向变桨机构和高速轴刹车发出动作指令；变桨机构、高速轴刹车具有一定响应速度，快速完成控制器发出的指令。备用电源或备用发电机用于在发电机组变流器故障，供电线路故障，空气开关跳开等风力发电机组设备故障造成风力发电机组脱网，或者电网本身频率波动，电压不足等电网故障造成风力发电机组脱网的情况下，风力发电机组能利用后备电源或备用发电机为各项风力发电机组子设备供电，完成常规停机流程、设定停机流程或保护流程。
一种柔性塔架风电机组停机方法，风力发电机组在运行中，如图1所示，包括以下步骤，
S101.风力发电机组接收到停机指令；
S102.检测当前风速是否位于特定的区间内，若是进入步骤S104，若否进入步骤S103；其中风速可由风杯式风速仪，超声波风速风向仪或者激光雷达对风速进行测量。
S103.进行常规停机流程进行停机；
S104.进行设定停机流程进行停机，进入以下步骤；
S105.采集风轮转速；风轮转速可以由安装于风电机组低速轴上的编码器测量。
S106.判断风轮转速是否小于设定转速阈值，若否，返回步骤S105，若是，进行风轮方位角检测；
S107.采集风轮方位角；可以由安装于风电机组低速轴上的绝对值编码器测量。
S108.判断风轮方位角是否小于设定角度阈值，若否，返回步骤S105，若是，调节叶片位置以及调节机舱与主导风向夹角；
S109.通过高速轴刹车制动，固定主轴，锁紧风轮，保持一片叶片垂直向下；
S110.激活偏航机构，通过偏航机构控制转动，将机舱与主导风向之间呈90°夹角。
一种柔性塔架风电机组停机保护方法，风力发电机组在停机状态下，如图2所示，包括以下步骤：
S201.在停机状态下，获取当前风速；其中风速可由风杯式风速仪，超声波风速风向仪或者激光雷达对风速进行测量。
S202.检测当前风速是否位于特定的区间内，若是进入步骤S203进行保护流程，若否返回步骤201；
S203.变桨机构适度开桨，减小气动阻力，风轮开始低速旋转，同时偏航机构进行侧风保护；
S204.采集风轮方位角信息；可以由安装于风电机组低速轴上的绝对值编码器测量。
S205.判断风轮方位角是否小于设定角度阈值，若否，返回步骤S204，若是，调节叶片位置以及调节机舱与主导风向夹角；
S206.通过高速轴刹车制动，固定主轴，锁紧风轮，保持一片叶片垂直向下；
S207.激活偏航机构，通过偏航机构控制转动，使得机舱与主导风向之间呈90°夹角。
另外为了适应停机和停机保护检测方法，在通过设定停机流程和保护流程停机后的风力发电机组提供了一种启动方法，如图3所示，包括以下步骤：
S301.风力发电机组收到启机指令；
S302.控制松开高速轴刹车；
S303.激活偏航机构，进行启机偏航对风；
S304.按常规启机流程进行启机。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种柔性塔架风电机组停机方法，其特征在于：
在接收到停机指令后通过检测当前风速判断是否进行常规停机流程或设定停机流程；具体为接收到停止指令后检测当前风速是否位于特定的区间内，若是进行设定停机流程，若否进行常规停机流程；
设定停机流程包括，
检测风轮转速和风轮方位角，在风轮转速和风轮方位角均低于设定阈值时，调节叶片到设定位置，以及调节机舱与主导风向夹角到设定角度，以在停机后破坏均匀的涡流场，具体包括，
通过高速轴刹车制动，固定主轴，锁紧风轮，保持一片叶片垂直向下；
通过偏航机构控制转动，将机舱与主导风向之间呈90°夹角；
其中，特定的区间为风电机组发生涡激振动对应的风速区间。
2.根据权利要求1所述的一种柔性塔架风电机组停机方法，其特征是设定停机流程开始后，采集风轮转速和风轮方位角信息；
判断风轮转速是否小于设定转速阈值，若否，继续采集风轮转速和风轮方位角信息，若是，进行风轮方位角检测；
判断风轮方位角是否小于设定角度阈值，若否，继续采集风轮转速和风轮方位角信息，若是，调节叶片位置以及调节机舱与主导风向夹角。
3.一种柔性塔架风电机组停机保护方法，其特征在于：
在停机状态下通过检测当前风速判断是否进行保护流程；具体为停机状态下检测当前风速是否位于特定的区间内，若是进行保护流程，若否继续检测当前风速；
保护流程包括，
控制风轮开始低速旋转，检测风轮方位角，在风轮方位角低于设定阈值时，调节叶片到设定位置，以及调节机舱与主导风向夹角到设定角度，以在停机后破坏均匀的涡流场，具体包括，
通过高速轴刹车制动，固定主轴，锁紧风轮，保持一片叶片垂直向下；
通过偏航机构控制机舱转动，使得机舱与主导风向之间呈90°夹角。
4.根据权利要求3所述的一种柔性塔架风电机组停机保护方法，其特征是，
保护流程开始后，风轮开始低速旋转，采集风轮方位角信息，判断风轮方位角是否小于设定角度阈值，若否，继续采集风轮方位角信息，若是，调节叶片位置以及调节机舱与主导风向夹角。
5.根据权利要求3所述的一种柔性塔架风电机组停机保护方法，其特征是，
保护流程开始后，风力发电机组接收到启机指令，控制松开高速轴刹车，再进行启机偏航对风，然后按常规启机流程对风力发电机组启机。
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