CN110886679A - 一种用于风力发电机组主动控制叶片净空的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于风力发电机组主动控制叶片净空的方法，该方法根据测量得到的净空距离，即叶片到塔筒的距离，划分成五个净空距离区间，并分别对应五个不同的净空工作模式，且每个净空工作模式都会根据对应的净空距离区间进行不同的控制，使机组在运行过程中，不会频繁出现停机的情况，既保证了机组的安全运行，又避免了频繁停机对机组机械结构的不良影响，相对于停机处理，更能有效避免了发电量的损失。

Description

一种用于风力发电机组主动控制叶片净空的方法
技术领域
本发明涉及风力发电控制的技术领域，尤其是指一种用于风力发电机组主动控制叶片净空的方法。
背景技术
业内习知，风力发电机组的净空监测，原理是通过某种测量距离的仪器，对机组运行过程中，叶片与塔筒之间的距离进行测量，当机组叶片没有严重弯曲的情况，此时测距仪测出的距离属于安全距离，即处于安全阈值内；当机组运行过程中，出现叶片严重弯曲，此时测距仪测出的距离小于安全距离，即超出了安全阈值。机组的主控系统会根据测距仪测量的距离对叶片运行状态进行判断，控制机组停机或进行其它必须的控制，使叶片往正常状态恢复。
现有技术，有采用图像捕捉装置进行净空距离测量，但该种通过对图像进行分析从而得出距离的方法，计算量大，而且需要图像有较高的清晰度，抗干扰能力差，对测量设备的要求较高。
为解决上述方法的缺点，有人提出采用激光测距仪进行净空距离测量，并且根据得出的距离判断是否进行停机操作。利用激光测距仪进行净空距离测量，相对于图像捕获的方法，有设备计算量小，抗干扰能力强，适合户外作业等优点，但通过激光测距仪测量值，仅给出是否停机的安全阈值，通过该阈值进行停机判断逻辑，对机组运行有较大的影响，不仅仅会损失较多的发电量，更会陷入频繁停机的不良运行状态，对机组的机械结构带来极为不良的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种用于风力发电机组主动控制叶片净空的方法，该方法可以使机组在运行过程中，不会频繁出现停机的情况，既保证了机组的安全运行，又避免了频繁停机对机组机械结构的不良影响。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种用于风力发电机组主动控制叶片净空的方法，该方法根据测量得到的净空距离，即叶片到塔筒的距离，划分成五个净空距离区间，并分别对应五个不同的净空工作模式，且每个净空工作模式都会根据对应的净空距离区间进行不同的控制，使机组在运行过程中，不会频繁出现停机的情况；其包括以下步骤：
1)净空距离的采集
将激光测距仪安装于风力发电机组的机舱上，利用该激光测距仪实时采集叶片与塔筒之间的距离，并传输给风力发电机组的主控系统PLC，该主控系统PLC根据传输进来的实时距离值S，进行机组的控制，进入步骤2)；
2)净空工作模式的判断
首先，需设定对地距离正常值Sg、对地距离容忍值Sgt、对叶尖距离正常值Sb、对叶尖距离容忍值Sbt、净空停机最小触发距离Smin、净空安全模式判断最小值Ssafemin、净空控制模式功率触发值Pmin、净空控制模式桨距角触发值Dmin，其中Sg﹥Sb﹥Smin﹥Ssafemin；
在净空工作使能打开后，根据实时距离值S，对机组进行净空工作模式的判断，如下：
当Smin﹤S﹤Sb﹣Sbt时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离已经超过安全范围，净空工作模式进入模式1，即机组立即进行停机处理；
当Sb﹣Sbt﹤S﹤Sb+Sbt，且风力发电机组的输出功率﹥Pmin，叶片的桨距角﹤Dmin时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离虽然未超过安全范围，但是在后续运行中，有超出安全范围的趋势，需要对净空进行主动控制，净空工作模式进入模式2，即机组进入净空控制模式；
当Sb+Sbt﹤S﹤Sg﹣Sgt时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离为异常距离，即外部环境出现了情况，包括雨、雪、沙尘，对激光测距仪测量造成了干扰，净空工作模式进入模式3，即机组进行是否进入净空安全模式运行的判断逻辑，其中，所述净空安全模式是指机组以规定的安全桨距角持续运行，确保在极端天气下，始终将叶片净空控制在安全的范围内；
当Sg﹣Sgt﹤S﹤Sg+Sgt时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离为正常运行距离，净空工作模式进入模式4，即无需对机组进行主动控制；
当Sg+Sgt﹤S时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离为非正常距离，即激光测距仪自身出现了异常数据输出，净空工作模式进入模式5，即在主控系统PLC上进行测距仪异常工作提醒。
进一步，当净空工作模式进入模式2时，触发净空控制模式，进入净空测量状态，触发时间保持T1，在触发时间内，采用对桨距角进行控制的方式对净空进行主动干预，具体原理是在桨距角控制器的基础上，叠加规定的变桨速率，使桨叶在运行过程中主动减少迎风面积，从而增加叶片净空，使机组继续安全地运行。
进一步，当净空工作模式进入模式3时，报净空异常，不停机继续运行，当叶轮转速﹥安全模式转速阈值Vrotor，统计T2时间内激光测距仪测得的距离值在Ssafemin﹤S﹤Sb﹣Sbt或Sb+Sbt﹤S﹤Sg﹣Sgt危险范围内的点是否超过规定个数，如果超过，则切换到净空安全模式运行T3时间，再做观察，确认没有问题后再重新进入净空工作模式的判断，如果不超过则直接重新进入净空工作模式的判断。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明结合激光测距仪进行距离测量的优点，提出了根据测量得到的净空距离，划分成五个净空距离区间，对应五个不同的净空控制模式。每个净空控制模式都会根据对应的净空距离区间进行不同的控制，使机组在运行过程中，不会频繁出现停机的情况，既保证了机组的安全运行，又避免了频繁停机对机组机械结构的不良影响，相对于停机处理，更能有效避免了发电量的损失。
附图说明
图1为本发明工作模式判断流程图。
图2为本发明净空控制判断流程图。
图3为本发明净空异常进安全模式判断流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例所提供的用于风力发电机组主动控制叶片净空的方法，根据测量得到的净空距离，即叶片到塔筒的距离，划分成五个净空距离区间，并分别对应五个不同的净空工作模式，且每个净空工作模式都会根据对应的净空距离区间进行不同的控制，使机组在运行过程中，不会频繁出现停机的情况；其包括以下步骤：
1)净空距离的采集
将激光测距仪安装于风力发电机组的机舱上，利用该激光测距仪实时采集叶片与塔筒之间的距离，并传输给风力发电机组的主控系统PLC，该主控系统PLC根据传输进来的实时距离值S，进行机组的控制，进入步骤2)；
2)净空工作模式的判断
首先，需设定对地距离正常值Sg、对地距离容忍值Sgt、对叶尖距离正常值Sb、对叶尖距离容忍值Sbt、净空停机最小触发距离Smin、净空安全模式判断最小值Ssafemin、净空控制模式功率触发值Pmin、净空控制模式桨距角触发值Dmin，其中Sg﹥Sb﹥Smin﹥Ssafemin；
参见图1所示，在净空工作使能打开后，根据实时距离值S，对机组进行净空工作模式的判断，如下：
当Smin﹤S﹤Sb﹣Sbt时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离已经超过安全范围，净空工作模式进入模式1，即机组立即进行停机处理；
当Sb﹣Sbt﹤S﹤Sb+Sbt，且风力发电机组的输出功率﹥Pmin，叶片的桨距角﹤Dmin时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离虽然未超过安全范围，但是在后续运行中，有超出安全范围的趋势，需要对净空进行主动控制，净空工作模式进入模式2，即机组进入净空控制模式；
当Sb+Sbt﹤S﹤Sg﹣Sgt时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离为异常距离，即外部环境出现了情况，包括雨、雪、沙尘，对激光测距仪测量造成了干扰，净空工作模式进入模式3，即机组进行是否进入净空安全模式运行的判断逻辑，其中，所述净空安全模式是指机组以规定的安全桨距角持续运行，确保在极端天气下，始终将叶片净空控制在安全的范围内；
当Sg﹣Sgt﹤S﹤Sg+Sgt时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离为正常运行距离，净空工作模式进入模式4，即无需对机组进行主动控制；
当Sg+Sgt﹤S时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离为非正常距离，即激光测距仪自身出现了异常数据输出，净空工作模式进入模式5，即在主控系统PLC上进行测距仪异常工作提醒。
参见图2所示，当净空工作模式进入模式2时，触发净空控制模式，进入净空测量状态，触发时间保持T1，在触发时间内，采用对桨距角进行控制的方式对净空进行主动干预，具体原理是在桨距角控制器的基础上，叠加规定的变桨速率，使桨叶在运行过程中主动减少迎风面积，从而增加叶片净空，使机组继续安全地运行。
参见图3所示，当净空工作模式进入模式3时，报净空异常，不停机继续运行，当叶轮转速﹥安全模式转速阈值Vrotor，统计T2时间内激光测距仪测得的距离值在Ssafemin﹤S﹤Sb﹣Sbt或Sb+Sbt﹤S﹤Sg﹣Sgt危险范围内的点是否超过规定个数，如果超过，则切换到净空安全模式运行T3时间，再做观察，确认没有问题后再重新进入净空工作模式的判断，如果不超过则直接重新进入净空工作模式的判断。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于风力发电机组主动控制叶片净空的方法，其特征在于：该方法根据测量得到的净空距离，即叶片到塔筒的距离，划分成五个净空距离区间，并分别对应五个不同的净空工作模式，且每个净空工作模式都会根据对应的净空距离区间进行不同的控制，使机组在运行过程中，不会频繁出现停机的情况；其包括以下步骤：
1)净空距离的采集
将激光测距仪安装于风力发电机组的机舱上，利用该激光测距仪实时采集叶片与塔筒之间的距离，并传输给风力发电机组的主控系统PLC，该主控系统PLC根据传输进来的实时距离值S，进行机组的控制，进入步骤2)；
2)净空工作模式的判断
首先，需设定对地距离正常值Sg、对地距离容忍值Sgt、对叶尖距离正常值Sb、对叶尖距离容忍值Sbt、净空停机最小触发距离Smin、净空安全模式判断最小值Ssafemin、净空控制模式功率触发值Pmin、净空控制模式桨距角触发值Dmin，其中Sg﹥Sb﹥Smin﹥Ssafemin；
在净空工作使能打开后，根据实时距离值S，对机组进行净空工作模式的判断，如下：
当Smin﹤S﹤Sb﹣Sbt时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离已经超过安全范围，净空工作模式进入模式1，即机组立即进行停机处理；
当Sb﹣Sbt﹤S﹤Sb+Sbt，且风力发电机组的输出功率﹥Pmin，叶片的桨距角﹤Dmin时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离虽然未超过安全范围，但是在后续运行中，有超出安全范围的趋势，需要对净空进行主动控制，净空工作模式进入模式2，即机组进入净空控制模式；
当Sb+Sbt﹤S﹤Sg﹣Sgt时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离为异常距离，即外部环境出现了情况，包括雨、雪、沙尘，对激光测距仪测量造成了干扰，净空工作模式进入模式3，即机组进行是否进入净空安全模式运行的判断逻辑，其中，所述净空安全模式是指机组以规定的安全桨距角持续运行，确保在极端天气下，始终将叶片净空控制在安全的范围内；
当Sg﹣Sgt﹤S﹤Sg+Sgt时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离为正常运行距离，净空工作模式进入模式4，即无需对机组进行主动控制；
当Sg+Sgt﹤S时，主控系统PLC判断叶片到塔筒的距离为非正常距离，即激光测距仪自身出现了异常数据输出，净空工作模式进入模式5，即在主控系统PLC上进行测距仪异常工作提醒。
2.根据权利要求1所述的一种用于风力发电机组主动控制叶片净空的方法，其特征在于：当净空工作模式进入模式2时，触发净空控制模式，进入净空测量状态，触发时间保持T1，在触发时间内，采用对桨距角进行控制的方式对净空进行主动干预，具体原理是在桨距角控制器的基础上，叠加规定的变桨速率，使桨叶在运行过程中主动减少迎风面积，从而增加叶片净空，使机组继续安全地运行。
3.根据权利要求1所述的一种用于风力发电机组主动控制叶片净空的方法，其特征在于：当净空工作模式进入模式3时，报净空异常，不停机继续运行，当叶轮转速﹥安全模式转速阈值Vrotor，统计T2时间内激光测距仪测得的距离值在Ssafemin﹤S﹤Sb﹣Sbt或Sb+Sbt﹤S﹤Sg﹣Sgt危险范围内的点是否超过规定个数，如果超过，则切换到净空安全模式运行T3时间，再做观察，确认没有问题后再重新进入净空工作模式的判断，如果不超过则直接重新进入净空工作模式的判断。
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