CN112160871A - 降低齿轮载荷的偏航控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种降低齿轮载荷的偏航控制方法，包括偏航启动控制和偏航停止控制，所述偏航启动控制包括如下步骤：S1、激活偏航需求控制，启动偏航；S2、通过液压刹车控制液压半压阀得电，液压半压阀开启，液压压力降低；S3、当液压压力降低至第一压力阈值时释放电磁刹车，同时激活变频器，变频器参考转速由0°/s上升至第一速度阈值；S4、当液压压力降低至第二压力阈值时，变频器参考转速由第一速度阈值升至额定转速，偏航电机转速增至额定转速；实现偏航启动及停止过程中偏航减速器齿面与偏航轴承大齿圈载荷的平稳变化，消除了未进行偏航时减速器齿面仍承受应力的现象，降低了齿面的疲劳载荷，延迟了偏航减速器和轴承的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种降低齿轮载荷的偏航控制方法。
背景技术
大型并网型风力发电机组通过机舱顶部风向仪的测量，计算得到目前机舱与来风方向的偏差角度，然后根据当前偏差角度执行偏航操作，完成风电机组主动对风，减小机舱与来风方向偏差角度以保证风轮面能最大面积的吸收风能。
风电机组偏航系统主要由液压阻尼系统和驱动系统两部分组成：
液压阻尼系统由液压站、液压刹车片、偏航刹车盘组成，通过液压站不同的阀门控制向机组提供不同的阻尼压力，以保证在偏航和未偏航时机舱对风的稳定性；
驱动系统由变频器、电机、减速器、偏轴承齿圈组成，由变频器控制电机转动，在电气驱动系统停止状态时，投入偏航电机自带的电磁刹车，提供较大的停车阻尼力矩，锁定电机转子。偏航时，电机转动驱动减速器齿轮转动，减速器齿轮转动带动偏航轴承大齿圈转动，从而带动机舱转动。
现有的结构的偏航控制存在以下问题：偏航减速器齿面与偏航轴承大齿圈的载荷变化在偏航启动、停止过程中波动较大；未进行偏航时，偏航减速器齿面长时间承受应力，疲劳载荷较大。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种降低齿轮载荷的偏航控制方法，实现偏航启动及停止过程中偏航减速器齿面与偏航轴承大齿圈载荷的平稳变化，消除了未进行偏航时减速器齿面仍承受应力的现象，降低了齿面的疲劳载荷，延迟了偏航减速器和轴承的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：本发明提供一种降低齿轮载荷的偏航控制方法，包括偏航启动控制和偏航停止控制，所述偏航启动控制包括如下步骤：
S1、激活偏航需求控制，启动偏航；
S2、通过液压刹车控制液压半压阀得电，液压半压阀开启，液压半压阀开启，液压压力降低；
S3、当液压压力降低至第一压力阈值时释放电磁刹车，同时激活变频器，变频器参考转速由0°/s上升至第一速度阈值；
S4、当液压压力降低至第二压力阈值时，变频器参考转速由第一速度阈值升至额定转速，偏航电机转速增至额定转速；
当机舱对风操作完成后，偏航需求消除，进入偏航停止，所述偏航停止控制包括如下步骤：
A1、机舱对风操作完成后，关闭偏航需求控制；
A2、启动变频器停止流程，逐步降低偏航电机转速；
A3、当偏航电机转速降低至第二速度阈值时，关闭液压系统阀门，启动液压泵进行升压，待偏航电机转动停止后延迟激活偏航电机电磁刹车；
A4、当偏航电机停止转动，液压压力提升至正常运行压力，延迟第一预设时间后，释放偏航电机电磁刹车并在保持第二预设时间后重新激活电磁刹车。
进一步，在步骤S1中，当来风向与机舱偏差角度大于第一预设角度后，激活偏航需求控制。
进一步，所述第一压力阈值根据液压油粘温曲线设置，液压油温度越低第一压力阈值越低，液压油温度越高第一压力阈值越高。
进一步，步骤S3中，变频器参考转速由0°/s以0.1°/s2的加速度上升至第一速度阈值。
进一步，步骤S4中，变频器参考速度由第一速度阈值以0.05°/s2的加速度上升至额定转速。
进一步，所述第一压力阈值为23bar，所述第二压力阈值为5bar，所述第一速度阈值为0.05°/s，所述额定转速为0.45°/s。
进一步，在步骤A1中，当来风风向与机舱偏差角度小于第二预设角度后，机舱对风操作完成，偏航需求消除，关闭偏航需求控制。
进一步，所述第一预设时间为10秒，所述第二预设时间为1秒。
本发明的有益效果：本发明提供一种降低齿轮载荷的偏航控制方法，包括偏航启动控制和偏航停止控制，所述偏航启动控制包括如下步骤：S1、激活偏航需求控制，启动偏航；S2、通过液压刹车控制液压半压阀得电，液压半压阀开启，液压压力降低；S3、当液压压力降低至第一压力阈值时释放电磁刹车，同时激活变频器，变频器参考转速由0°/s上升至第一速度阈值；S4、当液压压力降低至第二压力阈值时，变频器参考转速由第一速度阈值升至额定转速，偏航电机转速增至额定转速；实现偏航启动及停止过程中偏航减速器齿面与偏航轴承大齿圈载荷的平稳变化，消除了未进行偏航时减速器齿面仍承受应力的现象，降低了齿面的疲劳载荷，延迟了偏航减速器和轴承的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明提供的降低齿轮载荷的偏航控制方法的偏航启动流程示意图；
图2为本发明提供的降低齿轮载荷的偏航控制方法的偏航停止流程示意图；
图3为本发明提供的降低齿轮载荷的偏航控制方法的偏航控制时序图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
请参阅图1～3，本发明提供一种降低齿轮载荷的偏航控制方法，包括偏航启动控制和偏航停止控制，所述偏航启动控制包括如下步骤：
S1、激活偏航需求控制，启动偏航；
具体的，通过风向仪和风速仪获取来凤风向，判断来凤风向与机舱的偏差角度，当偏差角度大于第一预设角度后，激活偏航需求控制，优选地，根据设计需求以及风机位置设置第一预设角度，例如可将第一预设角度设置为15°。
S2、通过液压刹车控制液压半压阀得电，液压半压阀开启，液压半压阀开启，液压压力降低；
具体的，在偏航需求触发后，阻尼电磁阀动作，进行泄压；全释放电磁阀不动作。液压刹车控制激活，液压半压阀得电后开启，液压压力降低；在液压压力降低过程中，根据液压油粘温曲线计算，液压油不同温度时设置电磁刹车释放对应的液压压力阈值，液压油温度较低则设置稍低压力阈值，反之，液压油温度较高则设置稍高压力阈值。
S3、当液压压力降低至第一压力阈值时释放电磁刹车，同时激活变频器，变频器参考转速由0°/s上升至第一速度阈值；
具体的，当液压压力降低至第一压力阈值时释放电机电磁刹车，同时激活变频器，变频器参考转速由0°/s以一个较高的斜率0.1°/s2快速上升至一个较低值的第一速度阈值；优选地，第一压力阈值取值为23bar；第一速度阈值取值为0.05°/s。
S4、当液压压力降低至第二压力阈值时，变频器参考转速由第一速度阈值升至额定转速，偏航电机转速增至额定转速；偏航电机的额定转速为1460rpm；
具体的，当液压压力持续降低至某第二压力阈值以下时变频器参考转速由第一速度阈值值以一个较低的斜率0.05°/s2缓慢升至额定转速，从而将加速启动的时间控制在8s内，偏航电机转速跟踪参考转速逐步增至额定转速，电机转动即可驱动减速器齿轮，带动偏航轴承大齿圈，最终启动机舱的对风操作。优先地，第二压力阈值取值为5bar；额定转速的取值为0.45°/s。
设置电磁刹车在液压压力降低至某一阈值但并未达到最小值时提前释放，同时启动偏航变频器，系统阻尼提供者由（液压阻尼+电磁刹车）转移为液压阻尼，随着液压压力的持续降低系统阻尼提供者由液压阻尼向结构静摩擦力的转移，实现了偏航轴承大齿圈与减速器齿面最终承受摩擦阻力。
变频器使用较平缓的方式逐步提升电机转矩，偏航减速齿逐步受力至额定输出，减小阻尼突变对齿面的冲击，实现减速器主动驱动大齿圈并逐步承受驱动力。
当机舱对风操作完成后，偏航需求消除，进入偏航停止，所述偏航停止控制包括如下步骤：
A1、机舱对风操作完成后，关闭偏航需求控制；
具体的，实时通过风向仪获取来凤风向，当来风风向与机舱偏差角度小于第二预设角度时即完成对风操作，偏航需求消除，关闭偏航需求控制，停止偏航。根据设计需求以及风机位置设置第一预设角度，例如可将第一预设角度设置为6°。
A2、启动变频器停止流程，逐步降低偏航电机转速；
A3、当偏航电机转速降低至第二速度阈值时，偏航电机转速时间控制在4s，关闭液压系统阀门，启动液压泵进行升压，偏航电机继续降速直至停止转动，待偏航电机转动停止后延迟激活偏航电机电磁刹车；优选地，第二速度阈值为50rpm。
A4、当偏航电机停止转动，液压压力提升至正常运行压力，延迟第一预设时间后，释放偏航电机电磁刹车并在保持第二预设时间后重新激活电磁刹车；
具体的，当偏航电机停止转动或低于50rpm时先关闭压夜阀门，液压压力逐步提升，液压压力提升至正常运行压力范围后，根据风机具体需要设置正常运行压力，例如：可设置为160bar；提升至正常运行压力范围后延迟第一预设时间段后，释放电机电磁刹车，并将电磁刹车释放保持第二预设时间后再次重新激活电磁刹车。优选地，第一预设时间设置为10s，第二预设时间设置为1s。
利用变频器逐步降低转速，逐步减少驱动动力，实现减速器逐步对驱动力的释放。待电机停止转动，逐步提升液压压力，系统阻尼提供者由结构静态摩擦力向液压阻尼转移，实现偏航轴承大齿圈与减速器齿面承受摩擦阻力逐步减低。最后待液压阻尼达到最大值时，释放电机电磁刹车，最终实现轴承大齿圈与减速器齿面承受摩擦阻力消失，系统阻尼提供者全部转移为液压阻尼。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种降低齿轮载荷的偏航控制方法，其特征在于，包括偏航启动控制和偏航停止控制，所述偏航启动控制包括如下步骤：
S1、激活偏航需求控制，启动偏航；
S2、通过液压刹车控制液压半压阀得电，液压半压阀开启，液压压力降低；
S3、当液压压力降低至第一压力阈值时释放电磁刹车，同时激活变频器，变频器参考转速由0°/s上升至第一速度阈值；
S4、当液压压力降低至第二压力阈值时，变频器参考转速由第一速度阈值升至额定转速，偏航电机转速增至额定转速；
当机舱对风操作完成后，偏航需求消除，进入偏航停止，所述航停止控制包括如下步骤：
A1、机舱对风操作完成后，关闭偏航需求控制；
A2、启动变频器停止流程，逐步降低偏航电机转速；
A3、当偏航电机转速降低至第二速度阈值时，关闭液压系统阀门，启动液压泵进行升压，待偏航电机转动停止后延迟激活偏航电机电磁刹车；
A4、当偏航电机停止转动，液压压力提升至正常运行压力，延迟第一预设时间后，释放偏航电机电磁刹车并在保持第二预设时间后重新激活电磁刹车。
2.根据权利要求1所述的降低齿轮载荷的偏航控制方法，其特征在于：在步骤S1中，当来风向与机舱偏差角度大于第一预设角度后，激活偏航需求控制。
3.根据权利要求1所述的降低齿轮载荷的偏航控制方法，其特征在于：所述第一压力阈值根据液压油粘温曲线设置，液压油温度越低第一压力阈值越低，液压油温度越高第一压力阈值越高。
4.根据权利要求1所述的降低齿轮载荷的偏航控制方法，其特征在于：步骤S3中，变频器参考转速由0°/s以0.1°/s2的加速度上升至第一速度阈值。
5.根据权利要求4所述的降低齿轮载荷的偏航控制方法，其特征在于：步骤S4中，变频器参考速度由第一速度阈值以0.05°/s2的加速度上升至额定转速。
6.根据权利要求5所述的降低齿轮载荷的偏航控制方法，其特征在于：所述第一压力阈值为23bar，所述第二压力阈值为5bar，所述第一速度阈值为0.05°/s，所述额定转速为0.45°/s。
7.根据权利要求1所述的降低齿轮载荷的偏航控制方法，其特征在于：在步骤A1中，当来风风向与机舱偏差角度小于第二预设角度后，机舱对风操作完成，偏航需求消除，关闭偏航需求控制。
8.根据权利要求1所述的降低齿轮载荷的偏航控制方法，其特征在于：所述第一预设时间为10秒，所述第二预设时间为1秒。
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