CN110529338A - 基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法及系统，所述方法包含：步骤1、实时检测偏航马达的转速，当偏航马达的转速异常时进行步骤2；步骤2、开始计时；步骤3、判断偏航马达的转速在穿越时间界值内是否持续异常；若是，则停止偏航马达的运行并进行步骤4；若不是，表示系统偏航成功，则清零穿越累计次数后进行步骤1；步骤4、判定穿越累计次数是否等于预设次数；若是，则报警；若不是，则对穿越累计次数加一并进行步骤5；步骤5、等待设定时间后再次启动偏航指令，之后进行步骤1。本发明有效地减少了风场的马达保护开关故障停机的次数，提高了可利用率。

Description

基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法及系统。
背景技术
现有的风力发电马达的偏航控制系统是：风力发马达时刻检测风向仪测得的风向，计算机舱与风向之间的偏差，通过偏航系统，使得机舱正对风向。
风机的偏航系统包括软件部分和硬件部分。偏航系统的软件部分分为自动偏航、手动偏航、偏航解缆、偏航润滑等模块。各个模块根据不同的条件会执行偏航命令。1.自动偏航时，PLC根据风向仪测得的风向偏差，判断其是否大于设定的偏航启动角。当大于设定启动角时，进行偏航对风。并且偏航对风时，判断偏差夹角是否小于停止角度，小于后停止偏航。2.手动偏航为人为手动按动偏航启动或停止按钮进行控制。3.偏航解缆为当风机的机舱旋转的偏航角度大于710度的时候，机舱进行偏航解缆动作。4.偏航润滑是当偏航系统在经过一段时间后进行润滑操作。
如附图1所示，偏航的硬件部分包括电气回路、液压刹车部分、偏航马达、变速箱、偏航大齿。电气回路主要集成了偏航马达断路器、接触器、保护开关、热继电器、偏航软启和导线等。
当偏航系统启动时，PLC给出启动指令，驱动偏航继电器和接触器动作，软件部分开始启动硬件部分来进行偏航，同时在偏航指令发出的时候，偏航液压刹车卡钳由原来的全压力刹车转换到部分压力刹车状态，用以提供偏航过程中的阻尼力矩。当偏航停止指令发出后，偏航接触器、继电器失电，使得软启停止，并使偏航马达停止动作，偏航液压刹车卡钳转换至全压力刹车状态。
由于很多风场的偏航马达在偏航过程中由于机械或者液压系统的卡瑟，而造成的马达堵转引起偏航回路的电流升高，而使得偏航马达断路器脱扣跳闸，因此频繁报出偏航马达总保护故障(故障码60100)，严重地影响了风机的利用效率。因为马达断路器一旦脱扣跳闸，风机会停机，偏航也不能运行。维护人员不得不登上风机复位断路器，造成工作效率下降，风机利用率下降，减少发电量。
发明内容
此发明的目的是为解决偏航马达在偏航过程中由于机械或者液压系统的卡瑟，而造成的马达堵转引起偏航回路的电流升高，而使得偏航马达断路器脱扣跳闸的问题。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。
一种基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法，包含：
步骤1、实时检测偏航马达的转速，当偏航马达的转速异常时进行步骤2；
步骤2、开始计时；
步骤3、判断偏航马达的转速在穿越时间界值内是否持续异常；若是，则停止偏航马达的运行并进行步骤4；若不是，表示系统偏航成功，则清零穿越累计次数后进行步骤1；
步骤4、判定穿越累计次数是否等于预设次数；若是，则报警；若不是，则对穿越累计次数加一并进行步骤5；
步骤5、等待设定时间后再次启动偏航指令，之后进行步骤1；
其中，穿越累计次数在首次执行步骤1之前是清零的。
可选地，步骤1和步骤3中当偏航马达的转速小于预设的速度阈值时判定偏航马达的转速异常。
可选地，所述穿越时间界值小于堵转电流延续时间，所述堵转电流延续时间对应于偏航马达在堵转时维持堵转电流直到继电器脱扣的时间；堵转电流是堵转时三相电流中任意两相电流的平均值。
可选地，所述穿越时间界值小于堵转电流对应的断路器理论脱扣时间。
可选地，所述断路器理论脱扣时间通过断路器的脱扣曲线来查找。
可选地，步骤5中等待设定时间，表示等待偏航完全停止的时间后，再等待设定的延时间隔；之后，再次启动偏航指令，并进行步骤1。
一种基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越系统，包含：
检测单元、比较单元、计时单元、控制单元、计数单元；
所述检测单元实时检测偏航马达的转速；
所述比较单元判断所述转速是否小于预设的速度阈值；
所述计时单元在所述转速小于所述速度阈值时，对所述转速小于所述速度阈值的持续时间进行计时；
所述计数单元记录偏航马达停止后再启动的穿越累计次数；
所述比较单元还对所述计时单元记录的持续时间与穿越时间界值进行比较；当所述持续时间达到穿越时间界值时，控制单元停止偏航马达的运行，并由比较单元对计数单元记录的穿越累计次数是否小于预设次数进行判断：
若穿越累计次数等于预设次数，则控制单元发出报警信号；
若穿越累计次数小于预设次数，则计数单元将穿越累计次数加一，并在所述检测单元检测的转速为零后触发计时单元对再启动等待时间进行计时，直到所述再启动等待时间达到设定的延时间隔后控制单元再启动偏航马达。
可选地，任意一次启动时，当计时单元记录的持续时间达到穿越时间界值之前，检测单元检测到该次启动的偏航马达的转速大于预设的速度阈值时，控制单元触发计数单元对当前未达到预设次数的穿越累计次数清零。
可选地，首次启动之前，控制单元触发计数单元对穿越累计次数清零。
本发明可以提前预判风场的马达保护开关由于偏航马达堵转而造成的跳闸问题。当快要跳闸时及时地重新启动偏航，避免造成跳闸问题。这样可以使维护人员不必费时费力地爬到风机上复位马达保护开关，有效的减少故障停机的次数，提高了可利用率。
附图说明
图1为现有技术的风机偏航系统出现故障时的示意图；
图2为本发明方法的流程图；
图3为本发明系统中的断路器的典型时间/电流特性曲线；
图4为本发明方法的第一实施例的流程图；
图5为本发明方法的第二实施例的流程图；
图6为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但不以任何方式限制本发明的范围。
本发明对重点风场进行测试，对偏航马达的启动、堵转性能进行实验。获得相关数据，分析研究偏航启动时速度低以及各个可能情况。
本发明首先定义偏航马达的堵转状态。程序用采集的偏航编码器位置信号，通过偏航速度编码器模块进行偏航速度的计算。其中，偏航的额定速度为0.6゜/s，偏航的堵转判定速度为0.3゜/s。
具体而言，偏航的马达控制是由偏航软启动器来进行启动的，正常的马达启动速度在0rpm至1440rpm；正常情况下，当偏航马达由0转速增加到额定转速1440rpm时经过变速后的偏航速度是从0至0.6゜/s(称该偏航速度0.6゜/s为偏航的额定速度)；通过程序进行逻辑判断，若根据实际转速计算后的偏航速度符合上述情况的，判定为正常情况；
然而，若符合以下情况的，则判定为偏航堵转：从开始偏航的时刻进行计时，偏航速度在10s(设定的延时间隔)后仍然不能达到0.3゜/s(设定的堵转判定速度)时，说明机组速度提不起来，判定偏航堵转。
其次通过堵转实验进行偏航马达断路器脱扣电流的测试，从而求得穿越时间界值。启动时将偏航马达抱闸，按下左右偏航按钮，观察记录电流和马达断路器动作情况。
表1
通过表1的测量数据可知，当马达堵转的情况下产生很大的电流，且维持8.5s左右的延续时间后，总断路器跳闸。另外，可以根据堵转电流来查找脱扣曲线来取得脱扣时间的理论值，本发明中使用的3RV60/3RV50断路器的典型时间/电流特性曲线如附图3所示。本发明的堵转电流大小为(83.2+90)/2＝86.6A，对应的脱扣时间为8～9s。因此本发明可以将穿越时间界值定义为8s。在本发明中除了C相和A相的组合外，还可以是C相和B相的组合或B相和A相的组合。
根据上述偏航马达断路器的工作特性，在偏航程序当中进行如下优化。
根据偏航断路器的特性，偏航在堵转的时候会经过一段时间的堵转大电流，在此期间电流大而发热，断路器在接收到回路中的热量后会判断此电流可以维持多长时间后脱扣。测试中的脱扣时间与理论值基本吻合，大约8～10s会脱扣。
根据此特性，在偏航中做程序优化，在偏航的启动和运行过程中，时刻检测偏航速度gYawSpeed，当偏航速度gYawSpeed<0.3゜/s的时候，就判定堵转，并开始计时；
偏航速度gYawSpeed小于堵转判定速度gYawLowSpdLimit(0.3゜/s)且延时持续达到穿越时间界值gYawThroughPreTimeLimit(8s)时，系统就认为偏航速度低而发生了堵转；
停止偏航指令，等待偏航完全停下来后，等待设定的延时间隔gYawThroughInterval(10s)之后再进行下一次的偏航，从而避免偶然情况(如部件卡瑟等因素)的影响，此过程称为偏航穿越。并且对于此次偏航堵转计数1次，也就是实现了1次穿越功能。程序内部对于连续穿越次数进行累计。
系统对于穿越次数的计数规则为：发生偏航穿越时对本次穿越计数，并且记录在穿越累计次数gYawThroughCounterNum中；若连续穿越次数累计到达3次，即gYawThroughCounterNum＝3次时，则系统报警停机，提醒工作人员检测系统是否有卡瑟情况。若在连续穿越次数累计不到3次，即gYawThroughCounterNum<3次时，系统能够顺利偏航成功的，则将累计次数清零。
总结上述内容，如附图2所示，本发明的偏航马达保护故障穿越方法，包含以下步骤：
步骤1、时刻检测偏航马达启动和运行时的旋转速度，当偏航马达的转速小于0.3゜/s时进行步骤2；
步骤2、开始计时；
步骤3、判断在8秒的穿越时间界值内偏航马达的转速是否持续低于0.3゜/s；若不是，则系统顺利偏航成功，清零穿越累计次数后进行步骤1；若是，则进行步骤4；
步骤4、判定穿越累计次数是否等于3；若是，则停止偏航马达，并向外报警；若不是，则停止偏航指令，等待偏航完全停止后，再等待10秒的延时间隔后再次启动偏航指令，并对穿越累计次数加一后进行步骤2。
其中，穿越累计次数在执行步骤1之前是清零的，且所述穿越累计次数与步骤4中偏航停止后再启动偏航指令的次数相对应。
例如，参见附图4所示，当在n+1次偏航操作中穿越累计次数等于1，在n+2次偏航操作中穿越累计次数等于2，但在n+3次偏航操作中偏航马达工作正常时，穿越累计次数清零，并在n+4次偏航操作中重新累计穿越累计次数。如附图5所示，当在n+m～n+m+2次偏航操作中穿越累计次数连续累计到3次时，自动生成报警指令，并提醒工作人员进行维护。
本发明所提及的系统结构如附图6所示，包含：检测单元、比较单元、计时单元、控制单元、计数单元；所述检测单元实时检测偏航马达的转速；所述计时单元对一持续时间、一再启动等待时间分别计时；所述计数单元记录偏航马达停止后再启动的穿越累计次数。
在不同的阶段，所述比较单元判断所述转速是否小于预设的速度阈值，还判断所述转速是否为零，对所述计时单元记录的持续时间与穿越时间界值进行比较，对计数单元记录的穿越累计次数是否小于预设次数进行判断，并对计时单元记录的再启动等待时间是否达到设定的延时间隔进行判断。
当所述转速小于所述速度阈值时，所述计时单元对所述转速小于所述速度阈值的持续时间进行计时；当所述检测单元检测的转速为零后，所述计时单元对再启动等待时间进行计时。
具体地，是当所述持续时间达到穿越时间界值时，控制单元停止偏航马达的运行，并进一步由比较单元对计数单元记录的穿越累计次数是否小于预设次数进行判断：
若穿越累计次数等于预设次数，则控制单元发出报警信号；
若穿越累计次数小于预设次数，则计数单元将穿越累计次数加一，并在所述检测单元检测的转速为零后触发计时单元对再启动等待时间进行计时，直到所述再启动等待时间达到设定的延时间隔后控制单元再启动偏航马达。
对每次启动(含重新启动)，若计时单元记录的持续时间达到穿越时间界值之前，检测单元检测到该次启动的偏航马达的转速大于预设的速度阈值时，控制单元触发计数单元对(未达到预设次数的)穿越累计次数清零。并且，首次启动之前，例如是实时检测到偏航马达转速异常之前，穿越累计次数也是清零的。
本发明的偏航马达保护故障穿越策略优化的程序应用到莱西风场7号风机，观察一个月后，对故障报出情况进行统计，其效果如表2所示。
表2
经过数据的对比，可以看到，经过优化改造后的风机报马达保护故障的次数明显减少，在改造后的一个月内，没有发生故障情报。策略的优化起到了很好的效果。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法，其特征在于，包含：
步骤1、实时检测偏航马达的转速，当偏航马达的转速异常时进行步骤2；
步骤2、开始计时；
步骤3、判断偏航马达的转速在穿越时间界值内是否持续异常；若是，则停止偏航马达的运行并进行步骤4；若不是，表示系统偏航成功，则清零穿越累计次数后进行步骤1；
步骤4、判定穿越累计次数是否等于预设次数；若是，则报警；若不是，则对穿越累计次数加一并进行步骤5；
步骤5、等待设定时间后再次启动偏航指令，之后进行步骤1；
其中，穿越累计次数在首次执行步骤1之前是清零的。
2.如权利要求1所述的基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法，其特征在于，步骤1和步骤3中当偏航马达的转速小于预设的速度阈值时判定偏航马达的转速异常。
3.如权利要求1所述的基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法，其特征在于，所述穿越时间界值等于或小于堵转电流延续时间的下限，所述堵转电流延续时间对应于偏航马达在堵转时维持堵转电流直到继电器脱扣的时间。
4.如权利要求1所述的基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法，其特征在于，所述穿越时间界值等于或小于堵转电流对应的断路器理论脱扣时间的下限。
5.如权利要求3或4所述的基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法，其特征在于，所述堵转电流对应于堵转时三相电流中任意两相电流的平均值。
6.如权利要求4所述的基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法，其特征于，所述断路器理论脱扣时间通过断路器的脱扣曲线来查找。
7.如权利要求1所述的基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越方法，其特征在于，步骤5中等待设定时间，表示等待偏航完全停止的时间后，再等待设定的延时间隔；之后，再次启动偏航指令，并进行步骤1。
8.一种基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越系统，其特征在于，包含：检测单元、比较单元、计时单元、控制单元、计数单元；
所述检测单元实时检测偏航马达的转速；
所述比较单元判断所述转速是否小于预设的速度阈值；
所述计时单元在所述转速小于所述速度阈值时，对所述转速小于所述速度阈值的持续时间进行计时；
所述计数单元记录偏航马达停止后再启动的穿越累计次数；
所述比较单元还对所述计时单元记录的持续时间与穿越时间界值进行比较；当所述持续时间达到穿越时间界值时，控制单元停止偏航马达的运行，并由比较单元对计数单元记录的穿越累计次数是否小于预设次数进行判断：
若穿越累计次数等于预设次数，则控制单元发出报警信号；
若穿越累计次数小于预设次数，则计数单元将穿越累计次数加一，并在所述检测单元检测的转速为零后触发计时单元对再启动等待时间进行计时，直到所述再启动等待时间达到设定的延时间隔后控制单元再启动偏航马达。
9.如权利要求8所述的基于偏航速度预判的偏航马达保护故障穿越系统，其特征在于，任意一次启动时，当计时单元记录的持续时间达到穿越时间界值之前，检测单元检测的该次启动的偏航马达的转速大于预设的速度阈值时，控制单元触发计数单元对当前未达到预设次数的穿越累计次数清零；首次启动之前，控制单元触发计数单元对穿越累计次数清零。
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Address after: 200241 Dongchuan Road, Shanghai, No. 555, building No. 8, floor, floor, No.

Applicant after: Shanghai Electric Wind Power Group Co.,Ltd.

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Applicant before: SHANGHAI ELECTRIC WIND POWER GROUP Co.,Ltd.

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