CN112963304B - 一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法 - Google Patents

一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法,具体为:判断风电机组在运行过程中转速是否在正常范围,若不在正常范围,启动超速保护辅助控制模式,通过正常停机模式、转矩控制模式以及紧急偏航模式三种方法结合的方式降低风电机组的转速;作为一种冗余保护,本发明能够为风电机组超速故障提供多重保护,从而降低风电机组的运行安全风险,防止机组出现飞车、倒塔等严重事故。

Description

一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法
技术领域
本发明属于风力发电技术领域,涉及一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法。
背景技术
风电机组在运行过程中若转速超过保护定值,安全链保护将触发,机组立即执行紧急停机动作。如果由于电气、机械故障、逻辑漏洞等原因,保护装置未正常动作,则会给风电机组带来巨大的安全风险,严重时会出现飞车倒塔等事故。尤其是,风机在限负荷运行或安全链保护触发时,负载电流较小甚至为零,负载转矩的制动作用将无法发挥。如果此时风机停机制动环节出现故障,风机超速情况将更加恶化。因此,通过增加冗余的超速保护手段,可以有效减少风电机组的超速风险,保障机组安全可靠运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法,解决了现有技术中存在的当风电机组出现超速运行且安全链保护出现故障时,给风电机组带来巨大的安全风险的问题。
本发明所采用的技术方案是,一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1、风电机组主控制器监测机组转速;
步骤2、风电机组主控制器根据机组转速值,判断风电机组在运行过程中转速是否在正常范围,若不在正常范围,则进入步骤3,若在正常范围,则正常运行;
步骤3、启动超速保护辅助控制模式,首先,启动正常停机模式,将风电机组切换为主电源供电的正常收桨模式,以降低风电机组的转速;若正常收桨模式失败,启动转矩控制模式,控制变流器参数增大风电机组的负载转矩,利用增大的制动力矩使机组转速下降;若转矩控制模式失败,则启动紧急偏航模式。
本发明的特点还在于:
步骤1中风电机组主控制器监测机组转速具体监测风电机组的叶轮转速和发电机转速。
步骤2具体为,若风电机组转速满足V≥K1*Vset,且延迟T1后转速仍满足V≥K1*Vset,则风电机组转速不在正常范围;否则转速在正常范围;其中,T1为延迟判断时间1,其值根据安全链超速保护的动作响应时间选取;V为风电机组转速;Vset为风电机组安全链超速保护定值;K1为比例系数,表示风电机组转速超出保护定值的程度,K1≥1。
步骤3具体按照以下步骤实施:
步骤3.1、启动正常停机模式,将风电机组切换为主电源供电的正常收桨模式,然后进入步骤3.2;
步骤3.2、延迟T2后,判断风电机组转速是否满足V<Vset;如果满足V<Vset,则风电机组进入正常运行范围;如果不满足,则进入步骤3.3;T2为延迟判断时间2,其值根据正常停机动作时间和正常收桨速度选取;
步骤3.3、启动执行转矩控制模式;
步骤3.4、延迟T3后,判断风电机组转速是否满足V<Vset;如果满足V<Vset,则风电机组进入正常运行范围;如果不满足,则进入步骤3.5;T3为延迟判断时间3;
步骤3.5:启动紧急偏航模式,风电机组偏航至侧风90°位置。
步骤3.3中启动转矩控制模式后,具体按照以下步骤实施:
步骤3.3.1、判断风电机组是否并网;若并网,则进入步骤3.3.2;若未并网,则进入步骤3.3.4;
步骤3.3.2、判断风电机组是否限负荷运行;若限负荷,则进入步骤3.3.3;若未限负荷,则进入步骤3.3.5;
步骤3.3.3、解除限负荷指令,然后进入步骤3.3.5;
步骤3.3.4、强制并网,然后进入步骤3.3.5;
步骤3.3.5、执行负载转矩控制,通过变流器控制策略增加风电机组的负载转矩,Tref=K2*Tn,然后进入步骤3.4;Tref为风电机组的负载转矩控制指令值,Tn为风电机组负载转矩额定值,K2为比例系数2。
本发明的有益效果是:本发明一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法,当风电机组出现超速运行且安全链保护出现故障时,启动超速保护辅助控制模式,将转速降低至正常范围;作为一种冗余保护,本发明能够为风电机组超速故障提供多重保护,从而降低风电机组的运行安全风险,防止机组出现飞车、倒塔等严重事故。
附图说明
图1是本发明一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法的流程图;
图2是本发明中转矩控制模式的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法,当风电机组原有安全链超速保护出现故障时,启动超速保护辅助控制模式,通过正常停机模式、转矩控制模式以及紧急偏航模式三种方法结合的方式降低风电机组的转速;正常停机模式,即通过主电源供电执行叶片的收桨停机动作,区别于后备电源供电的紧急收桨停机;转矩控制模式,是通过变流器转矩控制,增加风电机组的负载转矩,以增大电磁转矩的反制动力,从而降低风电机组的转速;紧急偏航模式,是强制执行风机偏航动作,将风机偏航至侧风90°位置,从而降低风机转速;如图1所示,具体按照以下步骤实施:
步骤1:风电机组主控制器实时监测机组转速;
步骤2:判断风电机组转速是否满足V≥K1*Vset;如果满足,则进入步骤3;如果不满足,则返回步骤1;V为风电机组转速,Vset为风电机组安全链超速保护定值,K1为比例系数1,K1≥1;
步骤3:延迟T1后,判断风电机组转速是满足V≥K1*Vset,如果满足,则进入步骤4;如果不满足,则返回步骤1;T1为延迟判断时间1;
步骤4:风电机组启动超速保护辅助控制模式;
步骤5:启动正常停机模式,将风电机组切换为主电源供电的正常收桨模式,然后进入步骤6;
步骤6:延迟T2后,判断风电机组转速是否满足V<Vset;如果满足V<Vset,则进入步骤15;如果不满足,则进入步骤7;T2为延迟判断时间2;
步骤7:启动转矩控制模式;
步骤8:判断风电机组是否并网;若并网,则进入步骤9;若未并网,则进入步骤11;
步骤9:判断风电机组是否限负荷运行;若限负荷,则进入步骤10;若未限负荷,则进入步骤12;
步骤10:解除限负荷指令,然后进入步骤12;
步骤11:强制并网,然后进入步骤12;
步骤12:执行负载转矩控制,通过变流器控制策略增加风电机组的负载转矩,Tref=K2*Tn,然后进入步骤13;Tref为风电机组的负载转矩控制指令值,Tn为风电机组负载转矩额定值,K2为比例系数2;
步骤13:延迟T3后,判断风电机组转速是否满足V<Vset;如果满足V<Vset,则进入步骤15;如果不满足,则进入步骤14;T3为延迟判断时间3;
步骤14:启动紧急偏航模式,风电机组偏航至侧风90°位置,然后进入步骤15;
步骤15:风电机组转速控制在正常范围。
实施例
某风电机组基本参数如下:
额定功率Pn=2000kW;额定电压Un=690V;额定负载转矩Tn=10kN·m;叶轮超速保护定值Vset=19.2rpm;
控制参数设定如下:
K1表示风电机组转速超出保护定值的程度,此处取K1=1.2;
K2表示负载转矩比例控制系数,此处取K2=1.4;
T1表示首次风机超速后,延迟判断转速是否下降的时间,其值可根据安全链超速保护的动作响应时间选取,此处取T1=4s;
T2表示风机启动正常停机后,延迟判断转速是否下降的时间,其值根据正常停机动作时间和正常收桨速度选取,正常停机动作时间按1s考虑,通常正常收桨速度为6°/s,按照收桨30°的时间计算需5s左右,因此,此处取T2=6s。
T3表示采用负载转矩控制后,延迟判断转速是否下降的时间,此处取T4=5s。
控制流程如下:
步骤1:风电机组处于运行状态;
步骤2:判断风电机组转速是否满足V≥23rpm;如果满足,则进入步骤3;如果不满足,则返回步骤1;
步骤3:延迟4s后,判断风电机组转速是满足V≥23rpm,如果满足,则进入步骤4;如果不满足,则返回步骤1;
步骤4:风电机组启动超速保护辅助控制模式;
步骤5:启动正常停机模式,将风电机组切换为主电源供电的正常收桨模式,然后进入步骤6;
步骤6:延迟6s后,判断风电机组转速是否满足V<19.2rpm;如果满足,则进入步骤15;如果不满足,则进入步骤7;
步骤7:启动转矩控制模式,如图2所示;
步骤8:判断风电机组是否并网;若并网,则进入步骤9;若未并网,则进入步骤11;
步骤9:判断风电机组是否限负荷运行;若限负荷,则进入步骤10;若未限负荷,则进入步骤12;
步骤10:解除限负荷指令,然后进入步骤12;
步骤11:强制并网,然后进入步骤12;
步骤12:执行负载转矩控制,通过变流器控制策略增加风电机组的负载转矩,Tref=14kN·m,然后进入步骤13;
步骤13:延迟5s后,判断风电机组转速是否满足V<19.2rpm;如果满足,则进入步骤15;如果不满足,则进入步骤14;
步骤14:启动紧急偏航模式,风电机组偏航至侧风90°位置,然后进入步骤15;
步骤15:风电机组转速控制在正常范围。
本发明一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法,当风电机组出现超速运行且安全链保护出现故障时,通过启动超速保护辅助控制模式,将转速降低至正常范围;作为一种冗余保护,为风电机组超速故障提供多重保护,从而降低风电机组的运行安全风险,防止机组出现飞车、倒塔等严重事故。

Claims (3)

1.一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1、风电机组主控制器监测机组转速;
步骤2、风电机组主控制器根据机组转速值,判断风电机组在运行过程中转速是否在正常范围,若不在正常范围,则进入步骤3,若在正常范围,则正常运行;
步骤3、启动超速保护辅助控制模式,首先,启动正常停机模式,将风电机组切换为主电源供电的正常收桨模式,以降低风电机组的转速;若正常收桨模式失败,启动转矩控制模式,控制变流器参数增大风电机组的负载转矩,利用增大的制动力矩使机组转速下降;若转矩控制模式失败,则启动紧急偏航模式;
所述步骤3具体按照以下步骤实施:
步骤3.1、启动正常停机模式,将风电机组切换为主电源供电的正常收桨模式,然后进入步骤3.2;
步骤3.2、延迟T2后,判断风电机组转速是否满足V<Vset;如果满足V<Vset,则风电机组进入正常运行范围;如果不满足,则进入步骤3.3;T2为延迟判断时间2,其值根据正常停机动作时间和正常收桨速度选取;
步骤3.3、启动执行转矩控制模式;
步骤3.4、延迟T3后,判断风电机组转速是否满足V<Vset;如果满足V<Vset,则风电机组进入正常运行范围;如果不满足,则进入步骤3.5;T3为延迟判断时间3;
步骤3.5:启动紧急偏航模式,风电机组偏航至侧风90°位置;
所述步骤3.3中启动转矩控制模式后,具体按照以下步骤实施:
步骤3.3.1、判断风电机组是否并网;若并网,则进入步骤3.3.2;若未并网,则进入步骤3.3.4;
步骤3.3.2、判断风电机组是否限负荷运行;若限负荷,则进入步骤3.3.3;若未限负荷,则进入步骤3.3.5;
步骤3.3.3、解除限负荷指令,然后进入步骤3.3.5;
步骤3.3.4、强制并网,然后进入步骤3.3.5;
步骤3.3.5、执行负载转矩控制,通过变流器控制策略增加风电机组的负载转矩,Tref=K2*Tn,然后进入步骤3.4;Tref为风电机组的负载转矩控制指令值,Tn为风电机组负载转矩额定值,K2为比例系数2。
2.根据权利要求1所述的一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法,其特征在于,所述步骤1中风电机组主控制器监测机组转速具体监测风电机组的叶轮转速和发电机转速。
3.根据权利要求1所述的一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法,其特征在于,所述步骤2具体为,若风电机组转速满足V≥K1*Vset,且延迟T1后转速仍满足V≥K1*Vset,则风电机组转速不在正常范围;否则转速在正常范围;其中,T1为延迟判断时间1,其值根据安全链超速保护的动作响应时间选取;V为风电机组转速;Vset为风电机组安全链超速保护定值;K1为比例系数,表示风电机组转速超出保护定值的程度,K1≥1。
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