CN112796944A - 一种用于风力发电机组的降温方法、系统及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于风力发电机组的降温方法、系统及设备，属于风力发电领域，使用两个发电机绕组温度，并取较大值作为当前发电机绕组最高温度，避免由于其中一个测量元件失效等情况造成的无法进行控制判断；通过检测发电机绕组温度并与阈值相比较，如超过设定阈值通过提高发电机转速在保持功率不变的情况下降低电流，保证发电机不过热。相较传统的限制发电机功率，减少发电机转矩的方式，提高发电机转速可以有效地降低发电机机侧电流，同时保证发电机不过热的同时不损失发电量。本发明创新地将发电机绕组温度与发电机的转速控制联系起来，有效地在保护发电机在较大机侧电流的情况下避免过热带来的发电机损失。

Description

一种用于风力发电机组的降温方法、系统及设备
技术领域
本发明属于风力发电领域，涉及一种用于风力发电机组的降温方法、系统及设备。
背景技术
风力发电机组在大风天气及高温天气下，由于机组长时间处于满发状态，发电机绕组温度持续增加，同时由于环境温度高，不利于发电机的散热。为了保证发电机的运行安全及绝缘要求，风力发电机组的出力需要限制在一定水平以避免发电机的进一步过热。但此时风力条件较好，在满发的情况下不能达到设计功率，造成了发电量损失。
现有针对此问题的技术方案包括：在发电机内部各个测点部署测温元件，检测出发电机绕组最高温度，用以监测发电机运行状态。具体过程是，基于检测到的发电机绕组温度对风力发电机组的功率进行控制，即减小发电机扭矩，从而减小发电机电流，避免发电机组进一步过热造成大部件损失。但该方法由于仅靠减小发电机扭矩，从而使风力发电机组输出功率造成损失，风力条件较好的情况下也需要限功率运行。因此有必要设计一种新的控制方法来避免发电量损失。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，仅靠减小发电机扭矩控制发电机散热会导致发电量损失的缺点，提供一种基于发电机绕组温度的风力发电机组转速控制的方法，本发明能够替代现有技术方案中仅仅依靠减小扭矩来避免发电机过温，从而在较好的风力条件下机组可以满发运行，避免发电量损失。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种用于风力发电机组的降温方法，包括如下步骤：
步骤1)获取当前发电机组的最高绕组温度；
步骤2)将当前发电机组的最高绕组温度与预先设定的温度阈值进行比较；
当最高绕组温度小于温度阈值时，发电机转速设定值不变；
当最高绕组温度大于温度阈值时，发电机组转速设定值提高至发电机额定转速的1.03～1.04倍，直至发电机组的最高绕组温度小于预先设定的温度阈值。
优选地，步骤1)的最高绕组温度是对检测到的绕组温度首先进行滑动平均，再进行比较得到的。
优选地，滑动平均以时间为基准，滑动时间为30-60s。
优选地，步骤2)中，发电机组转速设定值提高是以0.1-0.2rpm/s为斜率进行的。
一种用于风力发电机组的降温系统，包括
绕组温度获取模块，用于获取发电机组的绕组温度，并将发电机组的绕组温度传输至数据处理模块；
数据处理模块，与绕组温度获取模块相交互，用于对发电机组的绕组温度进行数据处理，得到当前发电机组的最高绕组温度；
控制模块，与数据处理模块相交互，用于将当前发电机组的最高绕组温度与预先设定的温度阈值进行比较，根据比较结果对发电机组发出指令；当最高绕组温度小于温度阈值时，发电机转速设定值不变；当最高绕组温度大于温度阈值时，发电机组转速设定值提高至发电机额定转速的1.03～1.04倍，同时减小桨距角。
优选地，绕组温度获取模块具体是通过设置在风电机组上的温度传感器获取风电机组的绕组温度的。
优选地，数据处理模块具体是利用滑动平均法对发电机组的绕组温度进行滑动平均，再对滑动平均后的绕组温度进行比较。
优选地，控制模块是通过PLC控制器实现的。
一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述用于风力发电机组的降温方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种用于风力发电机组的降温方法，使用两个发电机绕组温度，并取较大值作为当前发电机绕组最高温度，避免由于其中一个测量元件失效等情况造成的无法进行控制判断；通过检测发电机绕组温度并与阈值相比较，如超过设定阈值通过提高发电机转速在保持功率不变的情况下降低电流，保证发电机不过热。相较传统的限制发电机功率，减少发电机转矩的方式，提高发电机转速可以有效地降低发电机机侧电流，同时保证发电机不过热的同时不损失发电量。本发明创新地将发电机绕组温度与发电机的转速控制联系起来，有效地在保护发电机在较大机侧电流的情况下避免过热带来的发电机损失。由于保持发电机功率(发电机功率＝发电机转速*发电机扭矩)不变，发电机转速与发电机转矩的关系以反比形式，当发电机转速提高的同时减小发电机扭矩；此处中，风力发电机组的调速机构在达到额定功率附近处，以发电机转速差即当前测量发电机转速与发电机转速设定值的差为控制输入，通过变桨动作吸收释放叶轮动能来调节转速，当提高发电机转速设定值时控制系统将以更新的发电机转速设定值为控制目标进行调速运行。
进一步地，本发明采用的测量发电机绕组温度由于测量装置等原因不宜使用原始信号，需对其进行滑动平均处理，避免非必要的测量干扰信号影响控制效果。
本发明还公开了一种用于风力发电机组的降温系统，本发明采用的发电机绕组最高温度包括了比较两个测点的发电机绕组温度，并取较大值作为发电机绕组最高温度，但不限于多于两个测点和其他判定发电机绕组最高温度的方法。本发明系统利用对发电机转速设定点来进行控制，从而弥补由于发电机绕组温度高而限制发电机扭矩带来的发电量损失。本发明系统创新地对发电机转速设定点进行控制，可有效降低发电机机侧电流。相较限制发电机转矩的方式，进一步避免由于发电机转矩降低带来的发电量损失。本发明系统采用提高发电机转速的方式，在保证并网功率不变的条件下降低发电机转矩，从而避免由于发电机过热造成的停机或限功率运行造成的发电量损失。
附图说明
图1为基于发电机绕组温度的风力发电机组转速的控制方法图；
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种用于风力发电机组的降温方法，在当前的检测周期内检测发电机绕组温度，由于测量位置的不同，对数个测点的发电机绕组温度进行比较并取最大值作为当前时刻的发电机绕组最高温度。将此发电机绕组最高温度与预设的发电机绕组温度阈值S1进行比较，如发电机绕组最高温度小于预设的发电机绕组温度阈值S1，说明此时发电机未有过热的风险，发电机转速设定值omega1保持不变。若发电机绕组最高温度大于预设的发电机绕组温度阈值1，说明此时发电机处于过热的状态，为保证满发功率，提高发电机转速设定值omega2，减小发电机扭矩，从而减小发电机电流，避免发电机过热而造成的大部件损坏。
由于发电机转速提高，发电机扭矩下降，发电机电流下降，发电机绕组温度进一步降低。检测当前发电机的最高绕组温度，如仍大于设置的发电机绕组温度阈值S2(阈值S2一般较阈值S1小3-5℃)，说明在提升转速的阶段，发电机温度降低幅度仍不够，仍需要维持在提高的发电机转速设定值omega2，如检测到的当前发电机的最高绕组温度小于设置的阈值S2，说明在提升发电机转速的阶段发电机绕组温度降温明显，此时将发电机转速设定值omega2重新恢复到omega1，机组恢复正常运行状态。
实施例2
一种用于风力发电机组的降温方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1)检测发电机绕组温度T1，并将测量信号传递给控制模块。
对检测的发电机绕组温度T1进行30秒滑动平均，得到30秒滑动平均后的发电机绕组温度T2。
检测发电机绕组温度T3，并将测量信号传递给控制模块。
对检测的发电机绕组温度T3进行30秒滑动平均，得到30秒滑动平均后的发电机绕组温度T4。
步骤2)比较测得的30秒滑动平均后的不同发电机绕组温度T1，T2，取较大者获取发电机绕组最高温度T5。
检测当前的发电机转速设定值，额定发电机转速设定值设为omega1。
步骤3)判断当前发电机绕组最高温度T5是否大于发电机绕组温度设置阈值S1。
如当前发电机绕组最高温度T5小于发电机绕组温度设置阈值S1，发电机转速设定值保持不变为omega1。
如当前发电机绕组最高温度T5大于发电机绕组温度设置阈值S1，发电机转速设定值以deltaomega的斜率设置为omega2。
实施例3
一种用于风力发电机组的降温方法，检测发电机绕组温度T6，并将测量信号传递给控制模块。
对检测的发电机绕组温度T6进行30秒滑动平均，得到30秒滑动平均后的发电机绕组温度T7。
检测发电机绕组温度T8，并将测量信号传递给控制模块。
对检测的发电机绕组温度T8进行30秒滑动平均，得到30秒滑动平均后的发电机绕组温度T9。
比较测得的30秒滑动平均后的不同发电机绕组温度T7，T9，取较大者获取发电机绕组最高温度T10。
检测当前的发电机转速设定值。
判断当前发电机绕组最高温度T10是否大于发电机绕组温度设置阈值S2。
如当前发电机绕组最高温度T10大于发电机绕组温度设置阈值S2，发电机转速设定值保持不变为omega2。
如当前发电机绕组最高温度T10小于发电机绕组温度设置阈值S2，发电机转速设定值恢复为额定转速值omega1。
实施例4
一种用于风力发电机组的降温系统，包括绕组温度获取模块，用于获取发电机组的绕组温度，并将发电机组的绕组温度传输至数据处理模块；数据处理模块，与绕组温度获取模块相交互，用于对发电机组的绕组温度进行数据处理，得到当前发电机组的最高绕组温度；控制模块，与数据处理模块相交互，用于将当前发电机组的最高绕组温度与预先设定的温度阈值进行比较，根据比较结果对发电机组发出指令；当最高绕组温度小于温度阈值时，发电机转速设定值不变；当最高绕组温度大于温度阈值时，发电机组转速设定值以0.1-0.2rpm/s为斜率提高至发电机额定转速的1.03～1.04倍，同时减小发电机扭矩。
绕组温度获取模块具体是通过设置在风电机组上的温度传感器获取风电机组的绕组温度的。数据处理模块具体是利用滑动平均法对发电机组的绕组温度进行滑动平均，再对滑动平均后的绕组温度进行比较。
需要说明的是，上述实施例中用到的控制模块是通过PLC控制器实现控制过程的。
在示例性实施例中，还提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述用于风力发电机组的降温方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
综上所述，本发明在提高发电机转速设定点omega1到omega2过程中，以deltaomega为斜率进行过渡，避免由于转速设定点突变造成的风机运行状态的突然改变。本发明通过不同的发电机绕组温度设置阈值S1和S2，可对由于发电机绕组温度判断条件进入及离开提转速的情况以区别，避免机组由于判断条件的频繁变化导致机组的转速设定点频繁变化。本发明采用的包括两个不同的发电机绕组温度设置阈值，对两个发电机转速设定值进行调度，但不限于更多的发电机绕组温度设置阈值对更多的发电机转速设定值进行调度。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于风力发电机组的降温方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)获取当前发电机组的最高绕组温度；
步骤2)将当前发电机组的最高绕组温度与预先设定的温度阈值进行比较；
当最高绕组温度小于温度阈值时，发电机转速设定值不变；
当最高绕组温度大于温度阈值时，发电机组转速设定值提高至发电机额定转速的1.03～1.04倍，直至发电机组的最高绕组温度小于预先设定的温度阈值。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的降温方法，其特征在于，步骤1)的最高绕组温度是对检测到的绕组温度首先进行滑动平均，再进行比较得到的。
3.根据权利要求2所述的用于风力发电机组的降温方法，其特征在于，滑动平均以时间为基准，滑动时间为30-60s。
4.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的降温方法，其特征在于，发电机组转速设定值提高是以0.1-0.2rpm/s为斜率进行的。
5.一种用于风力发电机组的降温系统，其特征在于，包括
绕组温度获取模块，用于获取发电机组的绕组温度，并将发电机组的绕组温度传输至数据处理模块；
数据处理模块，与绕组温度获取模块相交互，用于对发电机组的绕组温度进行数据处理，得到当前发电机组的最高绕组温度；
控制模块，与数据处理模块相交互，用于将当前发电机组的最高绕组温度与预先设定的温度阈值进行比较，根据比较结果对发电机组发出指令；当最高绕组温度小于温度阈值时，发电机转速设定值不变；当最高绕组温度大于温度阈值时，发电机组转速设定值以0.1-0.2rpm/s为斜率进行提高，同时减小桨距角。
6.根据权利要求5所述的用于风力发电机组的降温系统，其特征在于，绕组温度获取模块具体是通过设置在风电机组上的温度传感器获取风电机组的绕组温度的。
7.根据权利要求5所述的用于风力发电机组的降温系统，其特征在于，数据处理模块具体是利用滑动平均法对发电机组的绕组温度进行滑动平均，再对滑动平均后的绕组温度进行比较。
8.根据权利要求5所述的用于风力发电机组的降温系统，其特征在于，控制模块是通过PLC控制器实现的。
9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述用于风力发电机组的降温方法的步骤。
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