CN113048013B - 风力发电机组偏航极端工况控制方法、系统、发电机组 - Google Patents

风力发电机组偏航极端工况控制方法、系统、发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组偏航极端工况控制方法、系统、发电机组，可以通过风力发电机组现有的监测装置实时监测偏航系统中偏航电机的工作电流，以及变桨系统的变桨角度，判定工作电流是否大于预设的最大阈值，若没有大于，则继续监测工作电流和变桨角度，反之，则执行控制程序，按照预设的递增角度，直至监测到偏航电机的工作电流小于预设的最小阈值，停止执行控制程序。通过变桨系统逐次增大变桨角度，减小叶片的不平衡载荷，从而减小偏航动作的阻力，进而减小偏航电机电流，使得偏航电机的工作电流在合理范围内，不发生故障停机。

Description

风力发电机组偏航极端工况控制方法、系统、发电机组
技术领域
本发明涉及风力发动机的控制技术领域，具体涉及一种风力发电机组偏航极端工况控制方法、系统、发电机组。
背景技术
偏航系统是风力发电机组的重要组成部分，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。由于自然环境复杂多变，风力发电机组进入偏航状态时，偏航系统需要应对遇到各种各样的极端工况，但是，为节约风力发电机组的制造成本，偏航系统在硬件选型上不可能应对所有极端工况。尤其是在风场风向紊乱同时存在较大湍流的状态下，会出现作用在叶片上的力不平衡的情况。
这种力不平衡的情况在长叶片机组上表现尤为显著，会产生与偏航方向(即机舱旋转方向)相同或者相反的额外力矩，这种额外力矩会给偏航系统带来额外负载，使得偏航系统的载荷过大，从而造成偏航系统的偏航电机在偏航过程中的工作电流过大，导致系统报出偏航过载故障，造成机组停机，损失机组发电量。因此，现在亟需一种能够在风速较大同时伴随较大湍流、长叶片带来的不均载情况发生时，降低偏航系统载荷的技术。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种风力发电机组偏航极端工况控制方法、系统、发电机组，通过调节变桨角度，可以在风力发电机组进入偏航状态后，降低风电机组在大风状态下叶片的不平衡载荷，降低偏航系统载荷。
具体技术方案如下：
第一方面，提供了一种风力发电机组偏航极端工况控制方法，包括：
实时监测风力发电机组中偏航电机的工作电流和变桨系统的变桨角度；
判定工作电流是否大于预设的最大阈值，响应于工作电流大于最大阈值，按照预设的递增角度逐次递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。
结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述按照递增角度逐次递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值，包括：
按照所述递增角度增大所述变桨系统的变桨角度；
采集所述偏航电机的工作电流；
判定所述工作电流是否大于最小阈值，响应于工作电流大于最小阈值，再次按照所述递增角度增大所述变桨系统的变桨角度，并重新采集所述偏航电机的工作电流进行判定；
如此重复，直至所述工作电流小于最小阈值。
结合第一方面的第一种可实现方式，在第一方面的第二种可实现方式中，增大所述变桨系统的变桨角度后，间隔一定时间采集所述偏航电机的工作电流进行判定。
结合第一方面，在第一方面的第三种可实现方式中，根据所述偏航电机的额定电流确定所述最大阈值和最小阈值
结合第一方面的第三种可实现方式，在第一方面的第四种可实现方式中，所述最大阈值为1.8IN，其中IN为偏航电机的额定电流。
结合第一方面的第三种可实现方式，在第一方面的第五种可实现方式中，所述最小阈值为1.5IN。
结合第一方面，在第一方面的第六种可实现方式中，所述递增角度为3度。
结合第一方面，在第一方面的第七种可实现方式中，响应于所述工作电流小于最小阈值，将当前变桨角度作为最小变桨角度继续进行偏航控制，直至偏航状态结束。
结合第一方面、第一方面的第一至六种可实现方式中的任意一种可实现方式，在第一方面的第八种可实现方式中，响应于工作电流大于最大阈值，按照预设的递增角度和变桨速度递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。
结合第一方面的第八种可实现方式，在第一方面的第九种可实现方式中，当所述工作电流大于最大阈值时，按照设定的最大变桨速度调整所述变桨角度。
结合第一方面的第九种可实现方式，在第一方面的第十种可实现方式中，所述最大变桨速度为风力发电机组的紧急停机速度。
结合第一方面的第八种可实现方式，在第一方面的第十一种可实现方式中，当所述工作电流小于最大阈值，且大于最小阈值时，按照设定的最小变桨速度调整所述变桨角度。
结合第一方面的第十一种可实现方式，在第一方面的第十二种可实现方式中，所述最小变桨速度为风力发电机组的正常停机速度
第二方面，提供了一种存储介质，该存储介质存储有计算机程序，该计算机程序运行时执行第一方面、第一方面的第一至十二种可实现方式中任意一种的方法。
第三方面，提供了一种风力发电机组偏航极端工况控制系统，包括：
监测单元，用于实时监测偏航系统中偏航电机的工作电流，以及变桨系统的变桨角度；
处理单元，判定工作电流是否大于预设的最大阈值，响应于工作电流大于最大阈值，按照预设的递增角度控制所述变桨系统逐次递增变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。
结合第三方面，在第三方面的第一种可实现方式中，响应于工作电流大于最大阈值，所述处理单元按照预设的递增角度和变桨速度递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。
第四方面，提供了一种风力发电机组，包括偏航系统和变桨系统，还包括如第三方面或第三方面的第一种可实现方式中的控制系统。
有益效果：采用本发明的风力发电机组偏航极端工况控制方法，可以在风力发电机组进入偏航状态后，通过调节叶片给定变桨角度，可以降低风电机组在大风状态下的不平衡载荷，降低机组偏航系统载荷，从而降低机组在偏航过程中的电流，避免由于电流过大造成的故障停机。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例提供的控制方法的流程图；
图2为变桨控制流程图；
图3为本发明另一实施例的变桨控制流程；
图4为风力发电机组的系统框图。
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。
实施例一、如图1所示的风力发电机组偏航极端工况控制方法的流程图，该控制方法包括：
步骤1、实时监测风力发电机组中偏航电机的工作电流和变桨系统的变桨角度；
步骤2、判定工作电流是否大于预设的最大阈值，响应于工作电流大于最大阈值，按照预设的递增角度逐次递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。
具体而言，偏航电机的工作电流是最直接反馈偏航载荷的因素，在风力发电机组启动偏航系统进入偏航状态后，首先，可以通过风力发电机组现有的监测装置实时监测偏航系统中偏航电机的工作电流，以及变桨系统的变桨角度，然后，判定工作电流是否大于预设的最大阈值，若没有大于，则按照正常控制继续监测工作电流和变桨角度，反之，则表示进入极端工况状态，需要按照极端工况执行控制程序，按照预设的递增角度，直至监测到偏航电机的工作电流小于预设的最小阈值，停止执行控制程序。通过变桨系统逐次增大变桨角度，减小叶片的不平衡载荷，从而减小偏航动作的阻力，进而减小偏航电机电流，使得偏航电机的工作电流在合理范围内，不发生故障停机。
在本实施例中，优选的，如图1所示，所述按照递增角度逐次递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值，包括：
步骤2-1、按照所述递增角度增大所述变桨系统的变桨角度；
步骤2-2、采集所述偏航电机的工作电流；
步骤2-3、判定所述工作电流是否大于最小阈值，响应于工作电流大于最小阈值，再次按照所述递增角度增大所述变桨系统的变桨角度，并重新采集所述偏航电机的工作电流进行判定；
如此重复，直至所述工作电流小于最小阈值。
具体而言，首先，按照预设的递增角度，通过变桨系统增大变桨角度，然后，通过监测系统采集偏航电机在增大变桨角度后的工作电流，之后，判定采集到的工作电流是否大于预设的最小阈值，如果没有大于，则按照正常变桨程序控制变桨角度，并继续监测偏航电机的工作电流，直至偏航结束。反之，则继续按照预设的递增角度，通过变桨系统再次增大变桨角度，并重新采集偏航电机的工作电流进行判定。在所述工作电流小于预设的最小阈值后，风力发电机组进入正常偏航状态，可以按照现有的正常状态下的偏航控制方法进行偏航控制。
在本实施例中，优选的，在增大所述变桨系统的变桨角度后，间隔一定时间采集所述偏航电机的工作电流。
具体而言，从变桨角度增大命令给出，到达到改变变桨角度目的，再到偏航电机工作电流能够反馈出载荷降低，大约需要1秒左右时间，因此，为给系统留下足够的反应时间，可以在间隔1.5秒的时间再采集所述偏航电机的工作电流，以确保监测结果的准确性。
在本实施例中，优选的，所述最大阈值可以设置为1.8IN，其中IN为偏航电机的额定电流。所述最小阈值可以设置为1.5*IN。所述递增角度可以设置为3度。
在本实施例中，优选的，响应于所述工作电流小于最小阈值，将当前变桨角度作为最小变桨角度继续进行偏航控制，直至偏航状态结束。
具体而言，因为偏航过程中偏航电机的电流会进行波动，进行极端工况控制后在按照正常变桨控制机组变桨角度将会波动引起机组转速进行波动，从而影响机组安全。为减小机组转速波动，保证机组安全，可以在进行了极端工况控制后，按照变桨最小角度锁定模式进行偏航控制。变桨最小角度锁定模式是将变桨系统的最小变桨角度锁定在极端工况控制时的最大角度，即将监测到工作电流小于最小阈值时对应的变桨系统的变桨角度作为变桨系统的最小变桨角度，之后变桨系统的变桨角度都需要超过变桨最小角度，直至整个偏航状态结束，达到减小机组转速波动的目的。
实施例二、在本实施例中，优选的，如图2所示，响应于工作电流大于最大阈值，按照预设的递增角度和变桨速度逐次递增所述变桨角度。
具体而言，变桨速度对于极限工况下的变桨控制也存在较大影响，为更好的进行控制，当工作电流大于最大阈值，即风力发电机组进入偏航状态的极端工况时，可以按照设定的最大变桨速度控制变桨系统逐渐增大变桨角度，每次变桨时增大的变桨角度为递增角度。
在本实施例中，优选的，当所述工作电流大于最大阈值时，按照设定的最大变桨速度调整所述变桨角度。当所述工作电流小于最大阈值，且大于最小阈值时，按照设定的最小变桨速度调整所述变桨角度。
具体而言，在偏航电机的工作电流大于最大阈值的阶段，风力发电机组处于最极端的工况状态下，需要以最快的速度增大变桨角度，以尽快减小叶片的不平衡载荷，避免因降载不及时导致故障停机。因此，在这个阶段变桨系统可以按照设定的最大变桨速度调整所述变桨角度，直至工作电流小于最大阈值。
在工作电流小于最大阈值，且大于最小阈值的阶段，因为减小叶片的不平衡载荷已经得到减小，偏航动作的阻力得到缓解，此时变桨系统可以按照设定的最小变桨速度调整所述变桨角度，直至工作电流小于最小阈值，以避免因降载过快将偏航电机的工作电流控制在合理范围内。此后，风电机组结束极端工况，进入正常状态，可以按照现有的正常状态下的偏航控制方法进行偏航控制。
在本实施例中，优选的，所述最大变桨速度为风力发电机组的紧急停机速度，所述最小变桨速度为风力发电机组的正常停机速度。具体而言，可以根据风电机组的机组载荷采用现有的计算方法计算得到风力发电机组的正常停机速度和紧急停机速度，并以此确定风力发电机组的最大变桨速度和最小变桨速度。
一种存储介质，该存储介质存储有计算机程序，该计算机程序运行时执行上述的控制方法。
如图4所示的风力发电机组偏航极端工况控制系统的系统框图，该系统包括：
监测单元，用于实时监测偏航系统中偏航电机的工作电流，以及变桨系统的变桨角度；
处理单元，判定工作电流是否大于预设的最大阈值，响应于工作电流大于最大阈值，按照预设的递增角度控制所述变桨系统逐次递增变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。
具体而言，监测单元可以实时监测偏航系统中偏航电机的工作电流，以及变桨系统的变桨角度，监测单元可以是风力发电机组现有的监测系统。处理单元可以获取监测单元采集的监测数据，并判定工作电流是否大于预设的最大阈值，如果若没有大于，则处理单元继续获取监测单元的监测数据。
反之，则处理单元执行控制程序，将预设的递增角度指令发送给风力发电机组的变桨系统，通过变桨系统按照预设的递增角度增大变桨角度，减小叶片的不平衡载荷，从而减小偏航动作的阻力，进而减小偏航电机电流，直至监测到偏航电机的工作电流小于预设的最小阈值，处理单元停止执行控制程序，使得偏航电机的工作电流在合理范围内，不发生故障停机。
实施例三、实施例三与上述的风力发电机组偏航极端工况控制系统大致相同，其主要区别在于：响应于工作电流大于最大阈值，所述处理单元按照预设的递增角度和变桨速度递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。其具体的工作原理与实施例二相同，此处不再赘述。
如图4所示的风力发电机组，包括偏航系统和变桨系统，还包括上述的控制系统。控制系统可以实时监测偏航系统中偏航电机的工作电流，以及变桨系统的变桨角度，监测单元可以是风力发电机组现有的监测系统。处理单元可以获取监测单元采集的监测数据，并判定工作电流是否大于预设的最大阈值，如果若没有大于，则处理单元继续获取监测单元的监测数据。
反之，则处理单元执行控制程序，将预设的递增角度指令发送给风力发电机组的变桨系统，通过变桨系统按照预设的递增角度增大变桨角度，减小叶片的不平衡载荷，从而减小偏航动作的阻力，进而减小偏航电机电流，直至监测到偏航电机的工作电流小于预设的最小阈值，处理单元停止执行控制程序，使得偏航电机的工作电流在合理范围内，不发生故障停机。
以上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 (16)

1.一种风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，包括：
实时监测风力发电机组中偏航电机的工作电流和变桨系统的变桨角度；
判定工作电流是否大于预设的最大阈值，响应于工作电流大于最大阈值，按照预设的递增角度逐次递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，所述按照递增角度逐次递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值，包括：
按照所述递增角度增大所述变桨系统的变桨角度；
采集所述偏航电机的工作电流；
判定所述工作电流是否大于最小阈值，响应于工作电流大于最小阈值，再次按照所述递增角度增大所述变桨系统的变桨角度，并重新采集所述偏航电机的工作电流进行判定；
如此重复，直至所述工作电流小于最小阈值。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，增大所述变桨系统的变桨角度后，间隔一定时间采集所述偏航电机的工作电流进行判定。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，根据所述偏航电机的额定电流确定所述最大阈值和最小阈值。
5.根据权利要求4所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，所述最大阈值为1.8IN，其中IN为偏航电机的额定电流。
6.根据权利要求4所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，所述最小阈值为1.5IN。
7.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，所述递增角度为3度。
8.根据权利要求1-7任一所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，响应于工作电流大于最大阈值，按照预设的递增角度和变桨速度递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。
9.根据权利要求8所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，响应于所述工作电流大于最大阈值，按照设定的最大变桨速度调整所述变桨角度。
10.根据权利要求9所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，所述最大变桨速度为风力发电机组的紧急停机速度。
11.根据权利要求8所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，响应于所述工作电流小于最大阈值，且大于最小阈值，按照设定的最小变桨速度调整所述变桨角度。
12.根据权利要求11所述的风力发电机组偏航极端工况控制方法，其特征在于，所述最小变桨速度为风力发电机组的正常停机速度。
13.一种存储介质，该存储介质存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序运行时执行如权利要求1-7所述的方法。
14.一种风力发电机组偏航极端工况控制系统，其特征在于，包括：
监测单元，用于实时监测偏航系统中偏航电机的工作电流，以及变桨系统的变桨角度；
处理单元，判定工作电流是否大于预设的最大阈值，响应于工作电流大于最大阈值，按照预设的递增角度控制所述变桨系统逐次递增变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。
15.根据权利要求14所述的风力发电机组偏航极端工况控制系统，其特征在于，响应于工作电流大于最大阈值，所述处理单元按照预设的递增角度和变桨速度递增所述变桨角度，直至所述工作电流小于预设的最小阈值。
16.一种风力发电机组，包括偏航系统和变桨系统，其特征在于，还包括如权利要求14或15所述的控制系统。
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