CN113638839B - 风电机组停机保护功能自检方法及风力发电机组 - Google Patents

风电机组停机保护功能自检方法及风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电机组停机保护功能自检方法及其风力发电机组，自检方法包括：风力发电机组的控制系统执行停机操作，使桨叶变桨至停机位置；控制系统采用相同的自检流程，按照优先等级分别对紧急停机保护功能、快速停机保护功能和正常停机功能保护依次进行自检；自检流程包括：首先执行复位操作，然后控制变桨系统按照预设的变桨速度将桨叶变桨至自检位置；之后，监测风力发电机组的运行数据，并判定运行数据是否满足停机触发条件，响应于运行数据满足停机触发条件，控制变桨系统按照相应的停机流程回桨至停机位置处，并实时监测风力发电机组的回桨数据和发电机转速数据，最后通过回桨数据和发电机转速数据判定是否通过自检。

Description

风电机组停机保护功能自检方法及风力发电机组
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种风电机组停机保护功能自检方法及其风力发电机组。
背景技术
随风电行业发展，风电整机往大型化不断发展，国内整机厂家甚至推出10MW以上容量的超大型风力发电机组。在装机量快速增长的同时，风力发电机组安全事故同样快速增多。国内发生过多起因变桨系统问题不能及时停机，出现飞车导致的安全事故。因此，有风场业主要求定期对风力发电机组的停机功能进行检测。因为目前国内风力发电机组停机保护功能自检还处于空白阶段，所以通常此类检测均为风电场运维人员手动进行，即当机组正常发电运行时，手动触发风力发电机组正常停机、快速停机和紧急停机，由运维人员确定是否功能是否合格。这种检测方法非常不方便，需要到风机位置，逐台进行测试。而且，测试时桨叶角度大，对机组冲击大，容易造成风力发电机组损坏。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种风电机组停机保护功能自检方法及其风力发电机组，能够对风力发电机组的停机保护功能进行自检。
第一方面，提供了一种风电机组停机保护功能自检方法，包括：
风力发电机组的控制系统执行停机操作，使桨叶变桨至停机位置；
所述控制系统采用相同的自检流程，按照优先等级分别对紧急停机保护功能、快速停机保护功能和正常停机功能保护依次进行自检；
所述自检流程包括：
执行复位操作，复位风电机组故障；
控制变桨系统按照预设的变桨速度将桨叶变桨至自检位置；
监测风力发电机组的运行数据；
判定运行数据是否满足停机触发条件；
响应于运行数据满足停机触发条件，控制变桨系统按照相应的停机流程回桨至停机位置处，并实时监测风力发电机组的回桨数据和发电机转速数据；
通过回桨数据和发电机转速数据判定是否通过自检。
结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述紧急停机保护功能、快速停机保护功能和正常停机保护的优先等级分别为第一级、第二级和第三级。
结合第一方面，在第一方面的第二种可实现方式中，还包括：判定复位操作是否成功，响应于复位操作成功，控制系统控制变桨系统按照预设的变桨速度变桨至自检位置。
结合第一方面，在第一方面的第三种可实现方式中，所述停机触发条件为：风电机组的运行时间超过运行时间阈值，且风电机组无故障报警，以及发电机转速稳定。
结合第一方面，在第一方面的第四种可实现方式中，所述自检位置为叶片桨距角呈60°的位置处。
结合第一方面，在第一方面的第五种可实现方式中，所述紧急停机保护功能对应的回桨数据包括变桨速度、安全链状态和变桨角度。
结合第一方面或第一方面的第一至五种可实现方式中的任意一种可实现方式，在第一方面的第六种可实现方式中，所述快速停机保护功能对应的回桨数据包括变桨速度和变桨角度。
结合第一方面或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，在第一方面的第七种可实现方式中，所述正常停机功能对应的回桨数据包括变桨速度和变桨角度。
第二方面，提供了一种风力发电机组，该风力发电机组的控制系统采用如第一方面或第一方面的第一至七种可实现方式中的任意一种可实现方式进行自检。
有益效果：采用本发明的风电机组停机保护功能自检方法及其风力发电机组，能够通过预设逻辑自动触发相应等级的停机功能自检，并通过对变桨角度、变桨速度、发电机转速的实时监测，判断风力发电机组相应等级的停机保护功能是否正常，减少人工操作，以便进行停机功能检测，并减少检测过程中对机组的冲击。
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自检方法的流程图；
图2为紧急停机保护功能的自检流程图；
图3为快速停机保护功能的自检流程图；
图4为正常停机保护功能的自检流程图。
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。
如图1所示的风电机组停机保护功能自检方法的流程图，该自检方法包括：
步骤1、风力发电机组的控制系统执行停机操作，使桨叶变桨至停机位置；
步骤2、所述控制系统采用相同的自检流程，按照优先等级分别对紧急停机保护功能、快速停机保护功能和正常停机功能保护依次进行自检；
所述自检流程包括：
步骤2-1、执行复位操作，复位风电机组故障；
步骤2-2、控制变桨系统按照预设的变桨速度将桨叶变桨至自检位置；
步骤2-3、监测风力发电机组的运行数据；
步骤2-4、判定运行数据是否满足停机触发条件；
响应于运行数据满足停机触发条件，控制变桨系统按照相应的停机流程回桨至停机位置处，并实时监测风力发电机组的回桨数据和发电机转速数据；
步骤2-5、通过回桨数据和发电机转速数据判定是否通过自检。
具体而言，风力发电机组的控制系统在接收到停机保护功能的自检指令时，可以控制变桨系统执行停机操作，将风力发电机组的桨叶变桨至停机位置。停机位置是风力发电机组停机时的安全位置，可以是叶片桨距角呈89°的位置处。桨叶变桨至停机位置处后，所述控制系统可以采用相同的自检流程，按照优先等级分别对风力电机组的紧急停机保护功能、快速停机保护功能和正常停机功能保护依次进行自检，以判断风力发电机组相应等级的停机保护功能是否正常，从而减少人工操作，以便进行停机功能检测，并且自检是在风力发电机组停机后进行的，可以减少检测过程中对机组的冲击。
在本实施例中，如图2、图3、图4所示，紧急停机保护功能、快速停机保护功能和正常停机功能的自检流程包括：
首先，控制系统执行复位操作，复位风力发电机组所有的故障，即恢复控制系统的原厂设置，以使风力发电机组恢复到无故障状态。
然后，控制系统控制变桨系统将桨叶按照预设的变桨速度从停机位置处变桨至自检位置处，在本实施例中，变桨速度可以设定为风力发电机组正常启动时的变桨速度，可以设定为0.5°/s。自检位置可以设定为叶片桨距角呈60°的位置处，因为叶片桨距角为60°是风力发电机组从启动模式切换为加速模式的切换边界角度，将叶片桨距角变桨为60°可以使风力发电机的转速维持在相对较高的水平，以便在停机过程中，观察到的转速变化和角度变化情况更准确、有效。
之后，控制系统通过风力发电机组本身设置的检测器等监测风力发电机组的运行数据，比如运行时间、发电机转速和设备运行状态等。控制系统通过这些运行数据判定是否满足停机触发条件。
如果运行数据满足停机触发条件，控制系统即刻控制变桨系统按照与停机功能相应的停机流程将桨叶变桨至停机位置处。即当进行紧急停机功能自检时，按照紧急停机流程和紧急停机速度进行变桨，当进行快速停机功能自检时，按照快速停机流程和快速停机速度进行变桨。
控制系统可以实时监测变桨过程中风力发电机组的回桨数据，比如变桨速度、变桨角度等，以及发电机转速数据。而如果运行数据不满足停机触发条件，则表明风力发电机组存在故障，会对后续的停机功能检测造成影响，则需要故障排除后再进行停机功能检测，以确保停机功能检测的安全和准确性。
最后，判定回桨数据和发电机转速数据是否满足与停机功能相对应的通过条件，如何满足，则相应的停机功能通过自检，反之则未能通过自检。
紧急停机保护功能、快速停机保护功能和正常停机功能的自检流程大致相同，其主要区别在于回桨速度的设置上，以及采集的回桨数据的种类和通过条件上。
在本实施例中，由于紧急停机保护功能是风力发电机组最基本的安全保护功能，所以可以将紧急停机保护功能的优先等级设定为第一级，首先对风力发电机组的紧急停机保护功能进行自检。快速停机保护功能是当风力发电机组重要零部件或监测点发生异常时，比如变流器系统部分故障，快速回桨以保证子系统安全。该停机功能直接影响到风力发电机组的安全，优先级可以设定为第二级。而正常停机保护功能是当风力发电机组外围设备、状态发生异常，超过设定范围，其性能已降低至影响机组正常运行程度，执行正常停机，优先级可以设定为第三级。
在本实施例中，优选的，还包括：判定复位操作是否成功，响应于复位操作成功，控制系统控制变桨系统按照预设的变桨速度变桨至自检位置。具体而言，因为有部分风力发电机组的故障不能通过系统复位解决，因此，在控制系统执行复位操作后，可以判定风力发电机组还存在故障。如果不存在，则控制系统可以控制变桨系统按照预设的变桨速度变桨至自检位置，反之，则不会触发后续操作，以避免在风力发电机组存在故障的情况下进行停机功能自检，进一步确保停机功能检测的安全和准确性。并且，每项停机功能自检完成后，控制系统都可以进行复位操作，以消除上一级停机功能自检带来的影响，进一步确保停机功能检测的安全和准确性。
在本实施例中，优选的，所述停机触发条件为：风电机组的运行时间超过运行时间阈值，且风电机组无故障报警，以及发电机转速稳定。具体而言，控制系统可以采集桨叶变桨至自检位置处后的运行数据，如果风力发电机组的运行时间超过1分钟，并且控制系统没有接收到子系统的故障报警信号，以及检测得到的风力发电机的转速保持在稳定状态时，控制系统可以触发变桨系统按照与正在进行的停机功能自检对应的停机流程进行停机操作。
在本实施例中，优选的，所述紧急停机保护功能对应的回桨数据包括变桨速度、安全链状态、变桨角度和限位开关状态。在进行紧急停机保护功能自检时，控制系统可以通过风力发电机组自身的监测系统实时监测变桨系统的变桨速度、变桨角度和安全链状态，以及发电机转速数据。
控制系统可以将这些数据与紧急停机自检的通过条件进行比较。在本实施例中，紧急停机自检的通过条件可以设定为：
1、实时变桨速度在紧急停机速度±0.2°/s范围内，在本实施例中，紧急停机速度可以设定为7°/s。
2、安全链已断开，且断开时间是在控制系统触发停机操作后1秒内；
3、紧急停机对应的限位开关已触发。
4、控制系统触发停机操作10s后，桨叶的变桨角度在89±0.1°范围内；
5、控制系统触发停机操作1min后，发电机转速低于50rpm。
如果控制系统监测得到的回桨数据和发电机转速数据满足上述的通过条件，则风力发电机组的紧急停机功能自检通过，反之则未通过。
在本实施例中，优选的，所述快速停机保护功能对应的回桨数据包括变桨速度和变桨角度。在进行快速停机保护功能自检时，控制系统可以通过风力发电机组自身的监测系统实时监测变桨系统的变桨速度、变桨角度和发电机转速数据。控制系统可以将这些数据与快速停机自检的通过条件进行比较。在本实施例中，快速停机自检的通过条件可以设定为：
1、实时变桨速度在快速停机速度±0.2°/s范围内，快速停机速度可以设定为5.5°/s；
2、控制系统触发停机操作10s后，桨叶的变桨角度在89±0.1°范围内；
3、控制系统触发停机操作1min后，发电机转速低于50rpm。
如果控制系统监测得到的回桨数据和发电机转速数据满足上述的通过条件，则风力发电机组的快速停机功能自检通过，反之则未通过。
在本实施例中，优选的，所述正常停机功能对应的回桨数据包括变桨速度和变桨角度。在进行正常停机保护功能自检时，控制系统可以通过风力发电机组自身的监测系统实时监测变桨系统的变桨速度、变桨角度和发电机转速数据。控制系统可以将这些数据与正常停机自检的通过条件进行比较。在本实施例中，正常停机自检的通过条件可以设定为：
1、实时变桨速度在正常停机速度±0.2°/s范围内，正常停机速度可以设定为4.5°/s；
2、控制系统触发停机操作10s后，桨叶的变桨角度在89±0.1°范围内；
3、控制系统触发停机操作1min后，发电机转速低于50rpm。
如果控制系统监测得到的回桨数据和发电机转速数据满足上述的通过条件，则风力发电机组的正常停机功能自检通过，反之则未通过。
一种风力发电机组，该风力发电机组的控制系统采用上述的自检方法，依次对紧急停机保护功能、快速停机保护功能和正常停机功能进行自检。
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 (9)

1.一种风电机组停机保护功能自检方法，其特征在于，包括：
风力发电机组的控制系统执行停机操作，使桨叶变桨至停机位置；
所述控制系统采用相同的自检流程，按照优先等级分别对紧急停机保护功能、快速停机保护功能和正常停机保护功能依次进行自检；
所述自检流程包括：
执行复位操作，恢复控制系统的原厂设置；
控制变桨系统按照预设的变桨速度将桨叶变桨至自检位置；
监测风力发电机组的运行数据；
判定运行数据是否满足停机触发条件；
响应于运行数据满足停机触发条件，控制变桨系统按照相应的停机流程回桨至停机位置处，并实时监测风力发电机组的回桨数据和发电机转速数据；
通过回桨数据和发电机转速数据判定是否通过自检。
2.根据权利要求1所述的风电机组停机保护功能自检方法，其特征在于，所述紧急停机保护功能、快速停机保护功能和正常停机保护的优先等级分别为第一级、第二级和第三级。
3.根据权利要求1所述的风电机组停机保护功能自检方法，其特征在于，还包括：判定复位操作是否成功，响应于复位操作成功，控制系统控制变桨系统按照预设的变桨速度变桨至自检位置。
4.根据权利要求1所述的风电机组停机保护功能自检方法，其特征在于，所述停机触发条件为：风电机组的运行时间超过运行时间阈值，且风电机组无故障报警，以及发电机转速稳定。
5.根据权利要求1所述的风电机组停机保护功能自检方法，其特征在于，所述自检位置为叶片桨距角呈60°的位置处。
6.根据权利要求1所述的风电机组停机保护功能自检方法，其特征在于，所述紧急停机保护功能对应的回桨数据包括变桨速度、安全链状态和变桨角度。
7.根据权利要求1-6任一所述的风电机组停机保护功能自检方法，其特征在于，所述快速停机保护功能对应的回桨数据包括变桨速度和变桨角度。
8.根据权利要求1-6任一所述的风电机组停机保护功能自检方法，其特征在于，所述正常停机功能对应的回桨数据包括变桨速度和变桨角度。
9.一种风力发电机组，其特征在于，该风力发电机组的控制系统采用如权利要求1-8任一所述的风电机组停机保护功能自检方法进行自检。
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