CN111963375A - 一种桨叶控制方法及其风力发电机组 - Google Patents

一种桨叶控制方法及其风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明之一的一种桨叶控制方法适用于包括主控系统及变桨系统的水平轴风力发电机组，其包括，当判断桨叶处于卡桨工况，即当其中一只桨叶异常运行，无法实现正常顺桨，且另外两只桨叶正常受控运行时，进一步判断所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链和通讯是否断开且通讯是否正常，若所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链和通讯未断开且通讯正常，进入桨叶卡桨运行控制模式生成并输出卡桨运行控制指令，所述卡桨运行控制指令用于变桨系统控制桨叶顺桨至停机位置。

Description

一种桨叶控制方法及其风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电设备领域，尤其涉及一种桨叶控制方法及其风力发电机组。
背景技术
安全链是风力发电机组的最后一道保护，由轮毂急停、塔基急停、机舱急停、震动检测、主轴超速、偏航限位开关等安全控制模块串连组成，当安全链中的任意一个安全控制模块出现问题，整个安全链串连回路都会断开。一旦风力发电机组安全链断开，风力发电机组就会触发紧急停机控制，利用桨叶的空气动力特性实现气动刹车，使风力发电机组桨叶停转，实现安全停机。
随着风力发电机组的大型化，桨叶变得越来越长，桨叶上承受的载荷也不断的增加和变化，此种情况极其容易造成桨叶气动特性发生变化，进而对造成风力发电机组的安全正常运转造成威胁，如桨叶出现不断卡卡停停；或者桨叶刚开始卡住，运转一段时间后正常运行；再或者桨叶直接被卡死的情况等等。上述这些情形，轻者会造成桨叶在运行过程中，其在旋转平面内的气动不平衡，影响正常发电；重者会造成风力发电机组倒塌的安全生产事故。
发明内容
本发明的目的是针对上述背景技术存在的缺陷，提供一种桨叶控制方法及其风力发电机组。
为实现上述目的，本发明之一的一种桨叶控制方法适用于包括主控系统及变桨系统的水平轴风力发电机组，其包括，当判断桨叶处于卡桨工况，即当其中一只桨叶异常运行，无法实现正常顺桨，且另外两只桨叶正常受控运行时，进一步判断所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链和通讯是否断开且通讯是否正常，若所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链和通讯未断开且通讯正常，进入桨叶卡桨运行控制模式生成并输出卡桨运行控制指令，所述卡桨运行控制指令用于变桨系统控制桨叶顺桨至停机位置。
进一步地，桨叶是否处于卡桨工况，由顺桨控制装置根据所述变桨系统实时获取并上传的桨叶桨角、速度及叶片状态信息进行判断。
进一步地，引起所述卡桨工况的卡桨故障集合包括以下所列故障中的一种或者至少两种：驱动器过流、模拟量过流、直流母线过压、电机过载、功率半导体过温复位异常、驱动器过热复位异常、电机保护复位异常、电机过热复位异常、母线欠压、过载复位故障、91°限位开关误触发故障、95°限位开关误触发故障。
进一步地，所述卡桨运行控制指令进一步包括卡桨卡桨工况指令、位置控制指令、速度控制指令。
进一步地，所述桨叶卡桨运行控制模式下，所述卡桨运行控制指令命令所述变桨系统控制其中一只异常桨叶以动态桨角或/和速度，即异常桨叶以变速度或/和变桨角顺桨至停机位置。
进一步地，所述桨叶卡桨运行控制模式下，所述卡桨运行控制指令命令所述变桨系统控制另外两只正常桨叶预置的固定速度和桨角顺桨至停机位置。
进一步地，所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链属于风力发电机组的硬件安全链。
进一步地，进入所述桨叶卡桨运行控制模式后，所述顺桨控制装置根据所述变桨系统实时获取并上传的桨叶桨角、速度信号及叶片状态信息进一步判断卡桨工况下所述异常桨叶是否在所述变桨系统控制下按所述卡桨运行控制指令顺桨，若异常桨叶无法由所述变桨系统控制实现顺桨，则所述顺桨控制装置由所述桨叶卡桨运行控制模式切换至桨叶紧急顺桨控制模式，进入所述桨叶紧急顺桨控制模式生成并输出硬件紧急顺桨停机指令且下发至变桨系统，其中，所述硬件紧急顺桨停机命令用于断开风力发电机组的硬件安全链以触发变桨系统进行紧急顺桨。
进一步地，所述顺桨控制装置进入所述桨叶卡桨运行控制模式后，若所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链断开或/和通讯异常，则所述顺桨控制装置由所述桨叶卡桨运行控制模式切换至所述桨叶紧急顺桨控制模式，所述所述顺桨控制装置进入所述桨叶紧急顺桨控制模式生成并输出紧急顺桨控制指令，所述紧急顺桨控制指令用于所述变桨系统控制桨叶以预置的固定速度和桨角顺桨至停机位置。
本发明之二的一种桨叶控制方法，包括：当桨叶处于卡桨工况，所述变桨系统接收所述卡桨运行控制指令并命令变桨系统驱动单元在所述桨叶卡桨运行控制模式下控制桨叶顺桨至停机位置。
本发明之三的一种风力发电机组，应用了上述本发明之一和本发明之二的桨叶控制方法。
综上所述，本发明提供的一种桨叶控制方法及其风力发电机组能够有效地解决风力发电机组卡桨工况下，桨叶旋转平面内的气动不平衡，相较于常规的紧急顺桨更加地平稳顺桨，避免安全生产事故。
附图说明
图1为本发明一种风力发电机组顺桨控制系统的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的风力发电机组的顺桨控制方法的控制流程示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及效果，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。应理解，此处所描述的具体实施例仅为解释本发明，并不本限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体实施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更好的理解。
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，而不一定要去或者暗示这些实体或者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”或者其他任何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，并非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。
风力发电机组可以包括：顺桨控制装置、变桨系统及硬件安全链。
所述变桨系统包括1号变桨控制柜、2号变桨控制柜及3号变桨控制柜，其中，一个变桨控制柜用于控制风力发电机组的一个桨叶。
所述1号变桨控制柜可以包括：1号驱动单元、第二继电器和安全继电器。
所述2号变桨控制柜可以包括：2号驱动单元和第三继电器。
所述3号变桨控制柜可以包括：3号驱动单元和第四继电器。
所述1号驱动单元、所述2号驱动单元及所述3号驱动单元通过控制局域网络(Controller Area Network，CAN)总线通信连接。所述1号驱动单元、所述2号驱动单元、所述3号驱动单元均可以由一控制器及电机驱动器组成，也可以为一具备控制器功能的电机驱动器。
所述1号驱动单元、所述2号驱动单元、所述3号驱动单元分别通过CAN总线通信连接。
在本发明的一个实施例中，所述顺桨控制装置可以设置在风力发电机组的变桨控制器或主控制器中。所述主控制器设置在风力发电机组的主控制系统中。
当所述顺桨控制装置设置在所述风力发电机组的主控制器中时，所述顺桨控制装置可以分别与所述1号驱动单元和所述硬件安全链通信连接。
请参阅图1，所述风力发电机组的硬件安全链，包括连接的多个继电器，该图1中仅示出了用于断开所述硬件安全链的一个继电器，即第一安全继电器，用于当检测到所述风力发电机组变桨系统的故障属于预设紧急顺桨关联故障集合中的故障时，由设置在所述第一安全继电器输入端的一个继电器控制，进而通过该所述继电器直接断开所述第一安全继电器与驱动单元的电连接。所述第一安全继电器串联在所述风力发电机组的主控制器与所述变桨系统的硬件安全链回路之中。
所述风力发电机组的主控制器与所述变桨系统的硬件安全链回路属于风力发电机组的硬件安全链。
在本发明的一个实施例中，当所述顺桨控制装置检测到所述风力发电机组的变桨系统故障属于预设紧急顺桨关联故障集合中的故障，可以向第一继电器发送总线紧急顺桨停机命令。由于预设紧急顺桨关联故障集合属于业内公知技术，在此不在赘述。
所述第一继电器在接收到该硬件紧急顺桨停机命令后，所述第一继电器断开，进而断开所述硬件安全链，触发所述第一安全继电器断开线圈。所述第一安全继电器动作后，所述第一安全继电器连接分别连接至所述1号驱动单元、所述2号驱动单元和所述3号驱动单元的触点由于线圈失电而动作，从而控制所述1号驱动单元、所述2号驱动单元和所述3号驱动单元进入桨叶紧急顺桨控制模式，进而紧急顺桨。
在本发明的一个实施例中，当所述顺桨控制装置检测到所述风力发电机组的变桨系统故障属于预设紧急顺桨关联故障集合中的故障，可以向所述1号驱动单元、所述2号驱动单元和所述3号驱动单元发送总线紧急顺桨停机命令，从而控制所述1号驱动单元、所述2号驱动单元和所述3号驱动单元进入所述桨叶紧急顺桨控制模式，进而紧急顺桨。由于预设紧急顺桨关联故障集合属于业内公知技术，在此不在赘述。
所述顺桨控制装置通过现场总线通讯方式发送向所述1号驱动单元、所述2号驱动单元和所述3号驱动单元发送总线紧急顺桨停机命令。
在本发明的一个实施例中，所述顺桨控制装置可以包括:检测模块、判断模块及控制指令处理模块。
所述检测模块，用于检测所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链和通讯是否断开且通讯是否正常。
所述判断模块，用于根据所述变桨系统获取的桨角和速度信号判断桨叶是否处于卡桨工况。
所述控制指令处理模块，用于经所述判断模块判定桨叶处于卡桨工况时生成并输出桨叶卡桨控制指令，所述桨叶卡桨控制指令通过所述变桨系统的驱动单元控制桨叶顺桨至停机位置。
所述顺桨控制装置设置在风力发电机组变桨控制器或主控制器中。
引起所述卡桨工况的故障集合包括以下所列故障中的一种或者至少两种：驱动器过流、模拟量过流、直流母线过压、电机过载、功率半导体过温复位异常、驱动器过热复位异常、电机保护复位异常、电机过热复位异常、母线欠压、过载复位故障、91°限位开关误触发故障、95°限位开误触发故障。
基于上述描述，请参阅图2，本发明提供一种桨叶控制方法，当顺桨控制装置判断桨叶处于卡桨工况，即当其中一只桨叶异常运行，无法实现正常顺桨，且另外两只桨叶正常受控运行时，进一步判断所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链和通讯是否断开且通讯是否正常，若所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链和通讯未断开且通讯正常，所述顺桨控制装置进入桨叶卡桨运行控制模式生成并输出卡桨运行控制指令，所述卡桨运行控制指令用于变桨系统控制桨叶顺桨至停机位置。
桨叶是否处于卡桨工况，由所述主控系统根据所述变桨系统实时获取并上传的桨叶桨角、速度及叶片状态信息进行判断。
引起所述卡桨工况的卡桨故障集合包括以下所列故障中的一种或者至少两种：驱动器过流、模拟量过流、直流母线过压、电机过载、功率半导体过温复位异常、驱动器过热复位异常、电机保护复位异常、电机过热复位异常、母线欠压、过载复位故障、91°限位开关误触发故障、95°限位开关误触发故障。
所述卡桨运行控制指令进一步包括卡桨卡桨工况指令、位置控制指令、速度控制指令。
所述桨叶卡桨运行控制模式下，所述卡桨运行控制指令命令所述变桨系统控制其中一只异常桨叶以动态桨角或/和速度，即异常桨叶以变速度或/和变桨角顺桨至停机位置。
所述桨叶卡桨运行控制模式下，所述卡桨运行控制指令命令所述变桨系统控制另外两只正常桨叶预置的固定速度和桨角顺桨至停机位置。
所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链属于风力发电机组的硬件安全链。
进入所述桨叶卡桨运行控制模式后，所述顺桨控制装置根据所述变桨系统实时获取并上传的桨叶桨角、速度信号及叶片状态信息进一步判断卡桨工况下所述异常桨叶是否在所述变桨系统控制下按所述卡桨运行控制指令顺桨，若异常桨叶无法由所述变桨系统控制实现顺桨，则所述顺桨控制装置由所述桨叶卡桨运行控制模式切换至桨叶紧急顺桨控制模式，进入所述桨叶紧急顺桨控制模式生成并输出硬件紧急顺桨停机指令且下发至所述变桨系统，其中，所述硬件紧急顺桨停机命令用于断开所述风力发电机组的硬件安全链以触发所述变桨系统进行紧急顺桨
所述顺桨控制装置进入所述桨叶卡桨运行控制模式后，若所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链断开或/和通讯异常，则所述变桨系统由所述桨叶卡桨运行控制模式切换至所述桨叶紧急顺桨控制模式，所述顺桨控制装置进入所述桨叶紧急顺桨控制模式生成并输出紧急顺桨控制指令，所述紧急顺桨控制指令用于所述变桨系统控制桨叶以预置的固定速度和桨角顺桨至停机位置。
本发明进一步提供一种风力发电机组的变桨内部安全链，其包括多个继电器，所述多个继电器中的一个继电器，即第二安全继电器，用于在检测到所述变桨系统故障时，断开所述变桨内部安全链及所述变桨系统向所述顺桨控制装置反馈所述变桨系统故障信息的回路。
在所述第二安全继电器的输入端依次串联有三继电器，用于当驱动单元检测到所述变桨系统故障时发出所述变桨系统故障指令并断开所述继电器。
请参阅图1，在本发明的一个实施例中，所述变桨内部安全链可以包括多个继电器，其中，该图1中仅示出了用于断开所述变桨内部安全链的四个继电器:第二安全继电器、安装在所述1号变桨控制柜内第二继电器、安装在所述2号变桨控制柜内第三继电器及安装在所述3号变桨控制柜内第四继电器，且该所述变桨内部安全链独立于所述风力发电机组的硬件安全链之外，且可向所述顺桨控制装置反馈所述变桨系统故障信息。具体地，所述变桨内部安全链由所述1号变桨控制柜内的1号驱动单元供电，且所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器、所述第二安全继电器依次串联形成所述变桨内部安全链回路的一部分，若因所述变桨系统故障导致所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器中的任意一个以上的继电器断开，触发所述第二安全继电器动作，进而断开所述变桨内部安全链，所述第二安全继电器线圈失电后该所述第二安全继电器分别连接至控制所述1号驱动单元、所述2号驱动单元、所述3号驱动单元及所述变桨系统向所述顺桨控制装置反馈所述变桨系统故障的触点均断开，从而达到通过安全链方式向所述顺桨控制装置反馈所述变桨系统的故障信息。所述顺桨控制装置在收到所述变桨内部安全链反馈的变桨系统的故障信息后，根据故障信息综合判断后；若判断所述变桨系统处于卡桨工况，则所述顺桨控制装置进入所述桨叶卡桨运行控制模式；若判断所述风力发电机组的变桨系统故障属于预设紧急顺桨关联故障集合中的故障，则所述顺桨控制装置进入桨叶紧急顺桨控制模式。
基于上述描述，本发明实施例提供一种风力发电机组的顺桨控制系统，所述顺桨控制系统包括：所述顺桨控制装置、所述硬件安全链及所述变桨内部安全链，所述硬件安全链由所述主控系统供电，并与所述顺桨控制装置电连接，所述变桨内部安全链由所述便将系统1号变桨控制柜内的1号驱动单元供电，并与所述顺桨控制装置电连接。
综上所述，本发明提供的一种桨叶控制方法及其风力发电机组能够有效地解决风力发电机组卡桨工况下，桨叶旋转平面内的气动不平衡，相较于常规的紧急顺桨更加地平稳顺桨，避免安全生产事故。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
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(ER0M)、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。
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。
以上所述，仅为本发明的较佳具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易做到的各种等效的修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种桨叶控制方法，适用于包括主控系统及变桨系统的水平轴风力发电机组，其包括，
当判断桨叶处于卡桨工况，即当其中一只桨叶异常运行，无法实现正常顺桨，且另外两只桨叶正常受控运行时，进一步判断所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链和通讯是否断开且通讯是否正常，若所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链和通讯未断开且通讯正常，进入桨叶卡桨运行控制模式生成并输出卡桨运行控制指令，所述卡桨运行控制指令用于变桨系统控制桨叶顺桨至停机位置。
2.根据权利要求1所述的一种桨叶控制方法，其特征在于，桨叶是否处于卡桨工况，由顺桨控制装置根据所述变桨系统实时获取并上传的桨叶桨角、速度及叶片状态信息进行判断。
3.根据权利要求1或2所述的一种桨叶控制方法，其特征在于，引起所述卡桨工况的卡桨故障集合包括以下所列故障中的一种或者至少两种：驱动器过流、模拟量过流、直流母线过压、电机过载、功率半导体过温复位异常、驱动器过热复位异常、电机保护复位异常、电机过热复位异常、母线欠压、过载复位故障、91°限位开关误触发故障、95°限位开关误触发故障。
4.根据权利要求1所述的一种桨叶控制方法，其特征在于，所述卡桨运行控制指令进一步包括卡桨卡桨工况指令、位置控制指令、速度控制指令。
5.根据权利要求1或4所述的一种桨叶控制方法，其特征在于，所述桨叶卡桨运行控制模式下，所述卡桨运行控制指令命令所述变桨系统控制其中一只异常桨叶以动态桨角或/和速度，即异常桨叶以变速度或/和变桨角顺桨至停机位置。
6.根据权利要求1或4所述的一种桨叶控制方法，其特征在于，所述桨叶卡桨运行控制模式下，所述卡桨运行控制指令命令所述变桨系统控制另外两只正常桨叶预置的固定速度和桨角顺桨至停机位置。
7.根据权利要求1所述的一种桨叶控制方法，其特征在于，所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链属于风力发电机组的硬件安全链。
8.根据权利要求2所述的一种桨叶控制方法，其特征在于，进入所述桨叶卡桨运行控制模式后，所述顺桨控制装置根据所述变桨系统实时获取并上传的桨叶桨角、速度信号及叶片状态信息进一步判断卡桨工况下所述异常桨叶是否在所述变桨系统控制下按所述卡桨运行控制指令顺桨，若异常桨叶无法由所述变桨系统控制实现顺桨，则所述顺桨控制装置由所述桨叶卡桨运行控制模式切换至桨叶紧急顺桨控制模式，进入所述桨叶紧急顺桨控制模式生成并输出硬件紧急顺桨停机指令且下发至所述变桨系统，其中，所述硬件紧急顺桨停机命令用于断开所述风力发电机组的硬件安全链以触发所述变桨系统进行紧急顺桨。
9.根据权利要求1或2所述的一种桨叶控制方法，其特征在于，所述顺桨控制装置进入所述桨叶卡桨运行控制模式后，若所述主控系统与所述变桨系统之间的硬件安全链断开或/和通讯异常，则所述顺桨控制装置由所述桨叶卡桨运行控制模式切换至所述桨叶紧急顺桨控制模式，所述所述顺桨控制装置进入所述桨叶紧急顺桨控制模式生成并输出紧急顺桨控制指令，所述紧急顺桨控制指令用于所述变桨系统控制桨叶以预置的固定速度和桨角顺桨至停机位置。
10.一种桨叶控制方法，其特征在于，所述方法包括：
当桨叶处于卡桨工况，所述变桨系统接收卡桨运行控制指令并命令变桨系统驱动单元在所述桨叶卡桨运行控制模式下控制桨叶顺桨至停机位置。
11.一种风力发电机组，其特征在于，应用了权利要求1至10任意一项所述的桨叶控制方法。
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