CN112761874B - 安全停机方法、系统和风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种安全停机方法、系统和风力发电机，涉及风力发电技术领域，本发明提供的安全停机方法，当检测到主控器与变流器通信断开，或主控器失效等异常工况导致通信断开时，通过变流器额外加载的方式，有效抑制叶轮转速上升，并将转速降至安全范围内，从而为机组安全停机提供保障。相较于现有技术，本发明设计变流器进入辅助停机模式后，充分考虑各种因素，使得变流器的加载电转矩可以始终大于风能作用在叶轮上的机械转矩，起到抑制转速上升，并将其降至安全范围内的效果，确保机组安全，避免出现因超速飞车所导致的叶片断裂、塔筒受损、甚至倒塔等一系列严重的事故。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种安全停机方法、系统和风力发电机。
背景技术
风力发电机组通常安装在风资源丰富的地方，但这些地方一般较为偏远，自然环境较为恶劣，工况较为复杂，尤其是山地风电场，高温湿热、低温冰冻、湍流度和风切变大等工况近乎常态，这对风力发电机组的安全、可靠运行提出了严苛的要求。而机组长期在此恶劣环境下运行则可能出现电子器件性能失效、传动部件卡涩、通信线路中断等各种异常工况，倘若机组设计的保护机制不够完善，就很可能造成机组飞车，出现叶片断裂、塔筒受损、甚至倒塔等一系列严重的事故。
目前，风力发电机组在运行过程中，若出现机组变桨系统失效，或主控与变流器通信断开的异常工况时，基本采用人为手动干预的方式，如开环收桨、手动偏航侧风等措施。然而，这种方式响应慢、效率低，往往会错过最佳的保护时机(根据以往的案例分析，事故通常在很短的时间内的发生)，且易出现叶轮转速不受控，收不动桨，超速工况下偏航空开跳闸等一系列不可预知的情况，无法确保机组安全，若再遇上主控器失效的情况，则只能是听“天”由命。
也有提出自动偏航侧风的方法，但在上述异常工况下机组的转速不受控、风速和风向也不受控，倘若贸然执行偏航动作，很可能会导致机组的振动加剧，扩大事故的危害程度，加速机组倒塔，结果将适得其反，且机组要完成侧风90度的偏航动作时间较长，在此过程中，若风速增加，转速上升太快，机组的转动惯量很大，此方法同样起不到安全停机的效果。
发明内容
为解决上述技术问题，使得风力发电机组在异常工况下也能安全停机，避免出现因机组飞车而导致的叶片断裂、塔筒受损、甚至倒塔等一系列严重的事故，本发明提供一种基于变流器加载的安全停机方法、系统和风力发电机。本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种安全停机方法，包括：
获取变流器与主控器之间的通信状态；
若变流器与主控器之间断开通信，则控制所述变流器进入辅助停机模式；
获取叶轮的转速V；
若所述叶轮的转速V大于或等于欠速门限转速Va，则控制所述变流器以预设制动转矩L作用在所述叶轮上，以降低所述叶轮的转速；
若所述叶轮的转速V小于所述欠速门限转速Va，则控制所述变流器进入就绪模式；
其中，所述预设制动转矩L大于风能作用在所述叶轮上的机械转矩J。
在可选的实施方式中，控制所述变流器以预设制动转矩L作用在所述叶轮上，以降低所述叶轮的转速的步骤，包括：
若所述叶轮的转速V大于或等于额定转速Vc，则控制所述变流器以第一预设制动转矩L1作用在所述叶轮上；
若所述叶轮的转速大于或等于所述欠速门限转速Va且小于额定转速Vc，则控制所述变流器以第二预设制动转矩L2作用在所述叶轮上；
其中，所述第一预设制动转矩L1大于或等于所述第二预设制动转矩L2，所述第二预设制动转矩L2大于所述机械转矩J。
在可选的实施方式中，控制所述变流器以第二预设制动转矩L2作用在所述叶轮上的步骤之前，包括：
依据预设的转矩-转速表设定第二预设制动转矩L2；
其中，所述第二预设制动转矩L2与所述机械转矩J之间正相关。
在可选的实施方式中，所述获取变流器与主控器之间的通信状态的步骤，包括：
在所述变流器内设定判断机制；
若所述变流器满足所述判断机制，则设定所述变流器与所述主控器断开通信。
在可选的实施方式中，所述判断机制包括心跳检测。
在可选的实施方式中，设定所述变流器与所述主控器断开通信的步骤，包括：
在所述变流器内设置通信断开延时周期T；
若所述变流器满足所述判断机制，且持续时间达到所述通信断开延时周期T，则设定所述变流器与所述主控器断开通信；
若所述变流器满足所述判断机制，且持续时间未达到所述通信断开延时周期T，则设定所述变流器与所述主控器保持通信。
在可选的实施方式中，在获取变流器与主控器之间的通信状态的步骤之前，还包括：
获取变桨系统运行状态；
若所述变桨系统失效，则控制所述主控器进入停机模式，并断开与所述变流器之间的通信。
在可选的实施方式中，获取叶轮的转速V的步骤之后，还包括：
若所述叶轮的转速V小于或等于偏航转速Vh，则控制所述主控器进行偏航侧风动作。
在另一方面，本发明提供一种安全停机系统，适用于前述的安全停机方法，包括：
通信检测模块，用于获取变流器与主控器之间的通信状态；
转速检测模块，用于获取叶轮的转速V；
以及与所述通信检测模块和所述转速检测模块连接的控制模块，所述控制模块用于在所述变流器与所述主控器之间断开通信时控制所述变流器进入辅助停机模式；
所述控制模块还用于在所述叶轮的转速V大于或等于欠速门限转速Va时控制所述变流器以预设制动转矩L作用在所述叶轮上；
所述控制模块还用于在所述叶轮的转速V小于欠速门限转速Va时控制所述变流器进入就绪模式；
其中，所述预设制动转矩L大于风能作用在所述叶轮上的机械转矩J。
第三方面，本发明提供一种风力发电机，包括控制器，所述控制器上烧录有辅助停机程序，当所述辅助停机程序被执行时，实现如前述实施方式任一项所述的安全停机方法。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
本发明设计变流器辅助停机模式，当检测到主控器与变流器通信断开，或主控器失效等异常工况导致通信断开时，通过变流器额外加载的方式，有效抑制叶轮转速上升，并将转速降至安全范围内，使得现实中不确定性的因素确定在可控范围内，从而为机组安全停机提供保障。相较于现有技术，本发明设计变流器进入辅助停机模式后，充分考虑各种因素，使得变流器的加载电转矩可以始终大于风能作用在叶轮上的机械转矩，起到抑制转速上升，并将其降至安全范围内的效果，确保机组安全，避免出现因超速飞车所导致的叶片断裂、塔筒受损、甚至倒塔等一系列严重的事故。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的安全停机方法的控制框图；
图2为本发明第二实施例提供的安全停机方法的控制框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
正如背景技术中所公开的，现有技术中通常时采用认为手动干预的方式来实现风机停转，然而，这种方式响应慢、效率低下，并且容易出现叶轮转速不受控制的情况，无法做到安全停机。进一步地，出现了自动偏航侧风的方法，但在异常工况下，机组的转速不受控制、风速和风向也不受控制，倘若直接执行偏航动作，这有可能会导致机组的振动加剧，扩大事故。并且，采用自动偏航侧风动作所需的动作时间较长，在此过程中，若风速增加迅速，使得机组转速上升太快，则会导致机组转动惯量太大，进一步加剧振动，同样无法起到安全停机的效果。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于变流器加载的安全停机方法、系统和风力发电机，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
第一实施例
参见图1，本实施例提供了一种安全停机方法，通过变流器额外加载的方式，有效抑制叶轮转速上升，并将转速降至安全范围内，使得现实中不确定性的因素确定在可控范围内，从而为机组安全停机提供保障。
本实施例提供的安全停机方法，适用于风力发电机，该风力发电机通常包括变流器、主控器、叶轮和控制器，其中叶轮、变流器和主控器的基本结构和工作原理与常规的风力发电机中的相关部件相同，本实施例中的控制器可以集成在变流器上，也可以单独设置，其中，控制器上具有至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于控制器中或固化在服务器的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块，控制器根据其他部件反馈的数据执行控制程序。
控制器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的控制器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器。控制器也可以是任何常规的处理器，或者为软控制模块，集成在变流器的控制器中。
在本实施例中，控制器集成在变流器上，即变流器上设置有相关的控制模块，并能够依据其他部件反馈的数据控制变流器动作。
本实施例提供的安全停机方法，包括以下步骤：
S1：获取变流器与主控器之间的通信状态。
具体而言，集成在变流器上的控制器能够根据预设在变流器内的判断机制来设定变流器与主控器是否断开通信。其中，判断机制可以是心跳检测机制，即在固定周期内脉冲式检测变流器的通信状态，当变流器满足判断机制时，则可以设定变流器与主控器之间断开通信。
在本实施例中，设定变流器与主控器之间断开通信，还需要满足前置条件，该前置条件是判断变流器与主控器之间断开通信的持续时间是否达到通信断开延时周期T。具体地，在变流器内还设置有通信断开延时周期T,若变流器满足判断机制且持续时间达到T，即变流器与主控器之间通信断开的持续时间达到通信断开延时周期T时，则设定变流器与主控器之间通信断开，并执行步骤S2；若变流器满足判断机制且持续时间未达到通信断开延时周期T，则设定变流器与主控器之间保持通信，且变流器执行通信丢失前的主控指令；若变流器与主控器之间不满足判断机制，则证明变流器与主控器之间通信正常，执行正常的控制逻辑。
S2:控制变流器进入辅助停机模式。
具体地，变流器与主控器之间断开通信后，变流器进入辅助停机模式，需要说明的是，本实施例中通信断开延时周期T为5个通信周期，即500ms，在500ms内，变流器按通讯丢失之前主控器下发的转矩指令进行功率控制，确保机组不脱网，不误触发进入异常工况模式。当通信断开的时间超过500ms，变流器自动进入异常工况下的辅助停机模式。
还需要说明的是，本实施例中当处在异常工况时，例如主控系统失效时，变流器与主控器之间会出现通信断开的情况，即便异常工况未直接导致通信断开的情况，也可以通过主控器主动切断与变流器之间的通信，使得变流器得以触发辅助停机模式，并执行步骤S3。
S3：获取叶轮的转速V。
具体而言，可以通过设置在叶轮上的转速传感器直接获取叶轮的转速V，并传递至控制器，控制器在接收到叶轮的转速V后，需要进行判断，若叶轮的转速V大于或等于欠速门限转速Va，则执行步骤S4，若叶轮的转速V小于欠速门限转速Va，则执行步骤S5。
需要说明的是，本实施例中欠速门限转速为叶轮是否依靠惯性停机的临界速度，本实施例中为4rpm，即当叶轮转速低于4rpm时，叶轮可以依靠惯性以及偏航侧风动作实现停止转动，当叶轮速度大于或等于4rpm时，控制变流器加载与叶轮的反向转矩来对叶轮进行减速。
S4：控制变流器以预设制动转矩L作用在叶轮上，以降低叶轮的转速。
在本实施例中，预设制动转矩L方向与风能作用在叶轮上的机械转矩J相反，且预设制动转矩L大于机械转矩J。预设制动转矩L包括第一预设制动转矩L1和第二预设制动转矩L2，第一预设制动转矩L1大于或等于第二预设制动转矩L2，且第二预设制动转矩L2大于机械转矩J。步骤S4具体包括子步骤S41和子步骤S42，其中，控制器需要进一步对叶轮的转速V进行判断，若叶轮的转速V大于或等于额定转速Vc，则执行子步骤S41，若叶轮的转速V小于额定转速Vc且大于或等于欠速门限转速Va，则执行步骤S42。
步骤S41：控制变流器以第一预设制动转矩L1作用在叶轮上。
步骤S42：控制变流器以第二预设制动转矩L2作用在叶轮上。
需要说明的是，本实施例中的额定转速Vc为叶轮的额定最大速度，当叶轮超过该额定转速Vc时，需要进行降速，变流器以最大功率运行，其中第一预设制动转矩L1即为变流器最大功率运行状态下产生的反向转矩，其能够快速地将叶轮降低至额定转速Vc以下。
在本实施例中，在执行步骤S42之前，需要预设第二预设制动转矩L2，具体地，依据预设的转矩-转速表设定第二预设制动转矩L2，第二预设制动转矩L2为变量，并与机械转矩J正相关，例如，第二预设制动转矩L2始终为机械转矩J的1.5-3倍，从而能够始终保持第二预设制动转矩L2大于风能作用在叶轮上的机械转矩L，使得叶轮处于减速状态。
在本实施例中，设定额定转速Vc为16rpm，当叶轮转速V大于大于16rpm时，变流器按最大容量能力(例如最大转矩1431kNm)保持运行。
当叶轮转速小于16rpm且在欠速门限转速4rpm以上时，变流器持续加载发电转矩，转矩的加载上限为1431kNm，加载曲线基于对应机型的转矩-转速表设置8段有利于不同转速段的加载效果和精度，并确保不过流，如在980kW左右采用1.9倍功率加载，在370kW左右采用2.95倍功率加载，最终将转速稳定在安全范围(此范围避开机组的共振带)，协助机组停机。
需要说明的是，在执行完步骤S4后，控制器需要对叶轮转速V进行在此判定，当叶轮转速V在欠速门限转速4rpm以下时，执行步骤S5，反之则重新执行步骤S4。
S5：控制变流器进入就绪模式。
具体地，叶轮转速在欠速门限转速4rpm以下时，撤载变流器，并控制变流器置于就绪状态，并时刻监测叶轮转速，当转速超过启动值，则变流器再次按既定曲线加载。
需要说明的是，在执行完步骤S5后，需要对叶轮转速进行在此判定，若叶轮转速大于或等于启动门限转速，则变流器执行根据监测到的转速值模拟主控命令，模拟加载，并重新执行步骤S4，若叶轮转速小于启动门限转速，则机组安全停机。其中启动门限转速，可以与欠速门限转速相同，也可以略大于欠速门限转速，在此不作限定。
本实施例提供的安全停机方法，在实际执行时，其工作过程如下：
变流器时刻监测与主控的通信状态，若通信正常，则按照主控下发的指令执行相应的正常工作；一旦检测到与主控的通信断开的时间超过设定值，则自动进入异常工况下的辅助停机模式；
变流器在内部设定与主控通信是否断开的判断机制，如心跳检测，并设定一定时间的通信断开延时周期T，避免误触发。在通信断开初始至延时设定时间内，变流器仍然执行主控上一个周期命令，等待通信恢复，并确保不脱网，不甩负荷，若通信断开的时间超过延时设定时间，则自动进入预设的异常工况下的辅助停机模式。假定通信断开延时周期为5个通信周期，即500ms，在[0,500ms)内，变流器按通讯丢失之前主控下发的转矩指令进行功率控制，确保机组不脱网，不误触发进入异常工况模式。当通信断开的时间超过500ms，变流器自动进入异常工况下的辅助停机模式。
变流器进入加载辅助停机模式后，自行根据叶轮的转速按照既定的转矩-转速表加载转矩，此既定转矩-转速表中的转矩按一定比例高于机组正常设计的转矩值(所设定的比例需避免机组出现振动和变流器过载的情况)，使得机组的电转矩始终大于风能作用在叶轮上的机械转矩，从而抑制叶轮转速的上升，最终将转速降低并稳定在一个安全范围内，协助主控器对机组进行惯性停机。变流器在辅助停机过程中分三个阶段：
1)假定额定转速为16rpm，当叶轮转速大于16rpm时，变流器按最大容量能力(最大转矩1431kNm)保持运行；
2)叶轮转速小于16rpm且在欠速门限4rpm以上时，变流器持续加载发电转矩，转矩加载上限为1431kNm，加载曲线基于对应机型的运行转矩-转速表设置8段，有利于不同转速段的加载效果和精度，并确保不过流，如在980kW左右采用1.9倍功率加载，在370kW左右采用2.95倍功率加载，最终将转速稳定在安全范围(此范围避开机组的共振带)，协助机组停机；
3)叶轮转速在欠速门限4rpm以下时，变流器撤载，将自己置于就绪状态，并时刻监测叶轮转速，当转速超过启动值，则再次按既定曲线加载。
在机组停机过程中，若转速低于4rpm，则变流器撤载，进入就绪状态。随后，若因桨叶未能收至顺桨位置或主控器失效无法进行偏航侧风90度动作，风速增大导致叶轮转速再次超过启动转速5.6rpm，则变流器再次自行投入，根据检测到的叶轮转速，模拟主控命令，完成并网流程，并按既定转速-转矩曲线(电转矩大于机械转矩)加载来控制转速，使得叶轮转速始终稳定在安全范围或安全停机，如此周而复始，为后续故障处理提供安全保障和所需时间。
当机组安全停机后，现场维护人员进行机组维修时，通过打开维护开关使变流器退出辅助停机模式，主控器退出异常工况停机模式，完成故障修复后，机组恢复正常状态。
需要说明的是，本实施例中关于各取值的具体数值仅仅是距离说明，并不起到限定作用。
综上所述，本实施例提供了一种安全停机方法，当检测到主控与变流器通信断开时，或主控系统失效等异常工况时，通过变流器额外加载的方式，有效抑制叶轮转速上升，并将转速降至安全范围内，使得现实中不确定性的因素确定在可控范围内，从而为机组安全停机提供保障，确保机组安全，避免出现因超速飞车所导致的叶片断裂、塔筒受损、甚至倒塔等一系列严重的事故。特别是在设计变流器进入辅助停机模式后的转矩-转速曲线时，充分考虑各种因素，使得变流器的加载电转矩可以始终大于风能作用在叶轮上的机械转矩，起到抑制转速上升，并将其降至安全范围内的效果，又可避免出现机组振动和变流器过载的情况，从而进一步确保整个控制方法的有效性和可靠性。
第二实施例
参见图2，本实施例提供了一种安全停机方法，其基本步骤和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。
在本实施例中，安全停机方法还包括步骤S01和步骤S02，即在步骤S1之前，还包括：
S01：获取变桨系统运行状态。
具体地，主控器时刻检测变桨系统的运行状态，控制器可根据主控器的反馈获取变桨系统的运行状态，若变桨系统失效，则执行步骤S02。若变桨系统有效，则可以通过主控器的变桨系统控制叶轮正常变桨，并实现停机或者正常运转。
S02：控制主控器进入停机模式，并断开与变流器之间的通信。
具体地，一旦出现变桨系统失效(含正常变桨和紧急变桨)，且转速超过警戒值，则控制主控器或变流器主动撤销通信心跳标志位，从而断开主控器与变流器之间的通信，以确保变流器进入预设的辅助停机模式，确保变流器不脱网，并通过额外加载的方式降低叶轮转速，保证机组安全。需要说明的是，变桨系统为主控器的控制系统之一，获取变桨系统的运行状态即获取主控器的运行状态。
需要说明的是，在本实施例中，在步骤S42之后，控制器需要对叶轮转速进行判定，若叶轮的转速V小于或等于偏航转速Vh，则执行步骤S43，若叶轮的转速V大于偏航转速，则重新执行步骤S42，其中偏航转速Vh大于欠速门限转速Va，欠速门限转速Va的判定与偏航转速Vh的判定同步执行，即若叶轮转速V小于门限转速Va时，必然小于偏航转速Vh，此时控制变流器进入就绪模式，并执行偏航侧风动作。
S43：控制主控器进行偏航侧风动作。
具体地，主控器监测叶轮转速，等待变流器进入辅助停机模式，将叶轮转速降至安全范围。当主控检测到转速低于偏航转速7.5rpm后，主控器根据风向，选择最佳的偏航方向进行偏航侧风90度动作，尽可能减少机组叶片迎风面积。由于此时叶轮转速可控，且在安全范围内，偏航载荷不大，系统可稳定执行偏航动作。当叶轮转速低于变流器的欠速门限转速后，变流器撤载，机组采用惯性停机，并始终保持自动侧风90度，避免转速再次上升，从而进一步确保机组安全。
需要说明的是，本实施例中主控器进行偏航侧风动作的原理可参考现有技术中的风力发电机的偏航侧风动作。上述动作均建立在偏航系统正常，即主控器能够实现偏航侧风动作时执行，当偏航系统失效时，步骤S43也可以用手动替代，即手动偏航侧风，并进行应急处理，实现辅助停机。
综上所述，本实施例提供的安全停机方法，设计主控异常工况下停机模式，当检测到机组的变桨系统失效时，则主动断开与变流器的通信，使得变流器进入辅助停机模式，当转速降至稳定范围内，并低于设定值后，启动偏航侧风90度动作，实现惯性停机，确保机组安全，避免出现因超速飞车所导致的叶片断裂、塔筒受损、甚至倒塔等一系列严重的事故。
第三实施例
本实施例提供了一种安全停机系统，适用于如第一实施例或第二实施例提供的安全停机方法。
该安全停机系统适用于风力发电机，该系统包括通信检测模块、转速检测模块、控制模块，通信检测模块用于获取变流器与主控器之间的通信状态，转速检测模块用于获取叶轮的转速V，控制模块用于在变流器与主控器之间断开通信时控制变流器进入辅助停机模式；控制模块还用于在叶轮的转速V大于或等于欠速门限转速Va时控制变流器以预设制动转矩L作用在叶轮上；控制模块还用于在叶轮的转速V小于欠速门限转速Va时控制变流器进入就绪模式；其中，预设制动转矩L大于风能作用在叶轮上的机械转矩J。
需要说明的是，本实施例中的通信检测模块、转速检测模块以及控制模块均集成在控制器上，通过控制器获取其他部件或传感器反馈的信号对变流器、主控器进行控制。
本实施例提供的安全停机系统，当检测到主控与变流器通信断开时，或主控系统失效等异常工况时，通过变流器额外加载的方式，有效抑制叶轮转速上升，并将转速降至安全范围内，使得现实中不确定性的因素确定在可控范围内，从而为机组安全停机提供保障，确保机组安全，避免出现因超速飞车所导致的叶片断裂、塔筒受损、甚至倒塔等一系列严重的事故。特别是在设计变流器进入辅助停机模式后的转矩-转速曲线时，充分考虑各种因素，使得变流器的加载电转矩可以始终大于风能作用在叶轮上的机械转矩，起到抑制转速上升，并将其降至安全范围内的效果，又可避免出现机组振动和变流器过载的情况，从而进一步确保整个控制方法的有效性和可靠性。
第四实施例
本实施例提供了一种风力发电机组，包括控制器，控制器上烧录有辅助停机程序，当辅助停机程序被执行时，实现如第一实施例或第二实施例提供的安全停机方法。
本实施例提供的风力发电机组包括变流器、主控器、叶轮和控制器，其中叶轮、变流器和主控器的基本结构和工作原理与常规的风力发电机中的相关部件相同，本实施例中的控制器可以集成在变流器上，也可以单独设置，其中，控制器上具有至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于控制器中或固化在服务器的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块，控制器根据其他部件反馈的数据执行控制程序。
控制器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的控制器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器。控制器也可以是任何常规的处理器等。
在本实施例中，控制器集成在变流器上，即变流器上设置有相关的控制模块，并能够依据其他部件反馈的数据控制变流器动作。
本实施例提供的风力发电机组，当检测到主控与变流器通信断开时，或主控系统失效等异常工况时，通过变流器额外加载的方式，有效抑制叶轮转速上升，并将转速降至安全范围内，使得现实中不确定性的因素确定在可控范围内，从而为机组安全停机提供保障，确保机组安全，避免出现因超速飞车所导致的叶片断裂、塔筒受损、甚至倒塔等一系列严重的事故。特别是在设计变流器进入辅助停机模式后的转矩-转速曲线时，充分考虑各种因素，使得变流器的加载电转矩可以始终大于风能作用在叶轮上的机械转矩，起到抑制转速上升，并将其降至安全范围内的效果，又可避免出现机组振动和变流器过载的情况，从而进一步确保整个控制方法的有效性和可靠性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种安全停机方法，其特征在于，包括：
获取变流器与主控器之间的通信状态；
若变流器与主控器之间断开通信，则控制所述变流器进入辅助停机模式；
获取叶轮的转速V；
若所述叶轮的转速V大于或等于欠速门限转速Va，则控制所述变流器以预设制动转矩L作用在所述叶轮上，以降低所述叶轮的转速；
若所述叶轮的转速V小于所述欠速门限转速Va，则撤载变流器，并控制变流器置于就绪状态，并时刻监测叶轮转速，当转速超过启动值，则变流器再次按既定曲线加载；
其中，所述预设制动转矩L大于风能作用在所述叶轮上的机械转矩J，所述欠速门限转速Va为所述叶轮是否依靠惯性停机的临界速度。
2.根据权利要求1所述的安全停机方法，其特征在于，控制所述变流器以预设制动转矩L作用在所述叶轮上，以降低所述叶轮的转速的步骤，包括：
若所述叶轮的转速V大于或等于额定转速Vc，则控制所述变流器以第一预设制动转矩L1作用在所述叶轮上；
若所述叶轮的转速大于或等于所述欠速门限转速Va并小于所述额定转速Vc，则控制所述变流器以第二预设制动转矩L2作用在所述叶轮上；
其中，所述第一预设制动转矩L1大于或等于所述第二预设制动转矩L2，所述第二预设制动转矩L2大于所述机械转矩J。
3.根据权利要求2所述的安全停机方法，其特征在于，控制所述变流器以第二预设制动转矩L2作用在所述叶轮上的步骤之前，所述安全停机方法还包括：
依据预设的转矩-转速表设定第二预设制动转矩L2；
其中，所述第二预设制动转矩L2与所述机械转矩J之间正相关。
4.根据权利要求1所述的安全停机方法，其特征在于，所述获取变流器与主控器之间的通信状态的步骤，包括：
在所述变流器内设定判断机制；
若所述变流器满足所述判断机制，则设定所述变流器与所述主控器断开通信。
5.根据权利要求4所述的安全停机方法，其特征在于，所述判断机制包括心跳检测。
6.根据权利要求4所述的安全停机方法，其特征在于，设定所述变流器与所述主控器断开通信的步骤，包括：
在所述变流器内设置通信断开延时周期T；
若所述变流器满足所述判断机制，且持续时间达到所述通信断开延时周期T，则设定所述变流器与所述主控器断开通信；
若所述变流器满足所述判断机制，且持续时间未达到所述通信断开延时周期T，则设定所述变流器与所述主控器保持通信。
7.根据权利要求1所述的安全停机方法，其特征在于，在获取变流器与主控器之间的通信状态的步骤之前，所述安全停机方法还包括：
获取变桨系统运行状态；
若所述变桨系统失效，则控制所述主控器进入停机模式，并断开与所述变流器之间的通信。
8.根据权利要求1所述的安全停机方法，其特征在于，获取叶轮的转速V的步骤之后，还包括：
若所述叶轮的转速V小于或等于偏航转速Vh，则控制所述主控器进行偏航侧风动作。
9.一种安全停机系统，适用于如权利要求1所述的安全停机方法，其特征在于，所述安全停机系统包括：
通信检测模块，用于获取变流器与主控器之间的通信状态；
转速检测模块，用于获取叶轮的转速V；
以及与所述通信检测模块和所述转速检测模块连接的控制模块，所述控制模块用于在所述变流器与所述主控器之间断开通信的情况下控制所述变流器进入辅助停机模式；
所述控制模块还用于在所述叶轮的转速V大于或等于欠速门限转速Va时控制所述变流器以预设制动转矩L作用在所述叶轮上；
所述控制模块还用于在所述叶轮的转速V小于欠速门限转速Va时，则撤载变流器，并控制变流器置于就绪状态，并时刻监测叶轮转速，当转速超过启动值，则变流器再次按既定曲线加载；
其中，所述预设制动转矩L大于风能作用在所述叶轮上的机械转矩J。
10.一种风力发电机，其特征在于，包括控制器，所述控制器上烧录有辅助停机程序，当所述辅助停机程序被执行时，实现如权利要求1-8任一项所述的安全停机方法。
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