CN113915080A - 风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法 - Google Patents

风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法，包括如下步骤：对风力发电机组进行叶片覆冰检测；获取风力发电机组的工作状态，当风力发电机组当前正处于发电运行状态时，若接收到进入风机叶片覆冰告警状态时，将风力发电机的运行状态由正常运行模式切换到叶片覆冰运行模式；直到风机叶片覆冰告警状态消失，风力发电机的运行状态由叶片覆冰运行模式切换到正常运行模式，完成风力发电机组叶片覆冰运行控制。通过本发明，可以实现在保障风机安全的前提下，能够使风机叶片在覆冰的状态下，通过控制策略的优化，有效提升发电量的作用。

Description

风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电机组低温及叶片覆冰的运行技术，具体是风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法。
背景技术
截至2019年底，我国风力发电机组累计并网容量达2.1亿千瓦，预计到2022年底，我国风电累计并网容量将达2.88亿千瓦，装机容量距世界第一。
在我国，风电机组大多安装在常年冰雪环境极其恶劣的北方以及湿气严重的高海拔地带，随着风电装机容量日益增多，冰冻、极端阵风等对机组的影响已逐步体现，叶片结冰对风机的运行安全造成了极大的负面影响，其中叶片折断是常见的一种由结冰严重而导致的恶劣后果：
1.影响叶片气动外形，使叶片翼型的气动性能受损。极端情况下，积冰会导致翼型的最大升力系数和失速临界攻角等特性发生较大变化，直接影响风机运营安全；
2.增加风机静载荷，降低机组发电效率，严重时会导致风机被迫停机，甚至风机倒塌；
3.改变风机动态平衡，使风机的不平衡载荷加大，导致风机组件加速疲劳，降低使用寿命；
4.风机转动时，附着在叶片上的冰块可能会被甩出，会对周围人口与财产造成损害；
5.为了解冻，很多机组不得不停机，而停机就意味着造成发电量损失。
综上所述，我国“三北”、云贵川、湖南、湖北等低温、高海拔、高湿度地区风力资源丰富，但也会在冬季造成叶片覆冰的风险，因此需对机组设计一种叶片覆冰下安全运行的控制策略。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法，包括如下步骤：
步骤一，对风力发电机组进行叶片覆冰检测，根据测冰仪判断叶片是否处于覆冰状态和两套风速计的风速差判断叶片是否处于覆冰状态，两种测试结果任一一种判断为叶片处于覆冰状态，则进入风机叶片覆冰告警状态；
步骤二，获取风力发电机组的工作状态，当风力发电机组的工作状态为停机或正在启机状态，则在进入风机叶片覆冰告警状态后，将风机处于停机状态，风机叶片覆冰告警状态消失后使风机启机运行，若风力发电机组的工作状态为发电运行状态时，进入步骤三；
步骤三，当风力发电机组当前正处于发电运行状态时，若接收到进入风机叶片覆冰告警状态时，将风力发电机的运行状态由正常运行模式切换到叶片覆冰运行模式；
步骤四，风力发电机组在叶片覆冰模式下，将风机振动保护阈值放大，若风机振动值超过设定阈值范围时，并且持续时长超过设定的安全时长，则判断为风机覆冰严重，将风机停机，直到风机叶片覆冰告警状态消失，风力发电机的运行状态由叶片覆冰运行模式切换到正常运行模式，完成风力发电机组叶片覆冰运行控制。
进一步的，所述的根据测冰仪判断叶片是否处于覆冰状态，包括如下过程：在风力发电机机舱尾部安装测冰仪，测冰仪材料和风力发电机叶片材料保持一致，直接通过测冰仪传感器判断当前叶片是否处于覆冰状态。
进一步的，所述的两套风速计的风速差判断叶片是否处于覆冰状态，包括如下过程：在风力发电机机舱尾部安装有两套机械式风速计，一套机械式风速计带有加热功能并进行实时的加热，另一套机械式风速计不带有加热功能，机械式风速计的旋转风杯和叶片同种材质，两套风速计进行风速对比，并结合机舱外环境温度，判断出风机叶片是否处于覆冰状态。
进一步的，风力发电机组在叶片覆冰模式下还包括风机主动降低运行转速，将当前转速降低设定转速，若风力发电机组振动超过设定阈值，同时超过一定设定延时时间，则将风机停机。
本发明的有益效果是：能够充分利用冬季良好的风力资源，在保障风机安全的前提下，能够使风机叶片在覆冰的状态下，通过控制策略的优化，有效提升发电量。
附图说明
图1为风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法的流程示意图；
图2为风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法的实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法，包括如下步骤：
步骤一，对风力发电机组进行叶片覆冰检测，根据测冰仪判断叶片是否处于覆冰状态和两套风速计的风速差判断叶片是否处于覆冰状态，两种测试结果任一一种判断为叶片处于覆冰状态，则进入风机叶片覆冰告警状态；
步骤二，获取风力发电机组的工作状态，当风力发电机组的工作状态为停机或正在启机状态，则在进入风机叶片覆冰告警状态后，将风机处于停机状态，风机叶片覆冰告警状态消失后使风机启机运行，若风力发电机组的工作状态为发电运行状态时，进入步骤三；
步骤三，当风力发电机组当前正处于发电运行状态时，若接收到进入风机叶片覆冰告警状态时，将风力发电机的运行状态由正常运行模式切换到叶片覆冰运行模式；
步骤四，风力发电机组在叶片覆冰模式下，将风机振动保护阈值放大，若风机振动值超过设定阈值范围时，并且持续时长超过设定的安全时长，则判断为风机覆冰严重，将风机停机，直到风机叶片覆冰告警状态消失，风力发电机的运行状态由叶片覆冰运行模式切换到正常运行模式，完成风力发电机组叶片覆冰运行控制。
所述的根据测冰仪判断叶片是否处于覆冰状态，包括如下过程：在风力发电机机舱尾部安装测冰仪，测冰仪材料和风力发电机叶片材料保持一致，直接通过测冰仪传感器判断当前叶片是否处于覆冰状态。
所述的两套风速计的风速差判断叶片是否处于覆冰状态，包括如下过程：在风力发电机机舱尾部安装有两套机械式风速计，一套机械式风速计带有加热功能并进行实时的加热，另一套机械式风速计不带有加热功能，机械式风速计的旋转风杯和叶片同种材质，两套风速计进行风速对比，并结合机舱外环境温度，判断出风机叶片是否处于覆冰状态。
风力发电机组在叶片覆冰模式下还包括风机主动降低运行转速，将当前转速降低设定转速，若风力发电机组振动超过设定阈值，同时超过一定设定延时时间，则将风机停机。
具体的，在具体实施上，可从下列控制策略来实现：
一、风力发电机运行模式
将风力发电机组的运行划分为两种运行模式，即“普通运行模式”、“叶片覆冰运行模式”
普通运行模式：风机在正常温度、正常工况下的运行模式；
叶片覆冰运行模式：当风力发电机根据其自有传感器，通过相应的判断逻辑，认为当前风机叶片已处于覆冰状态时，执行保持停机或降低转速运行的模式。
二、叶片覆冰的探测
2.1在风力发电机机舱尾部安装测冰仪，测冰仪材料和风力发电机叶片材料保持一致，直接通过测冰仪传感器判断当前叶片是否处于覆冰状态；
2.2在风力发电机机舱尾部安装有两套机械式风速计，一套带有加热功能，另一套不带有加热功能，机械式风速计的旋转风杯和叶片同种材质，两个风速计进行风速对比，并结合机舱外环境温度，判断出风机叶片是否可能已处于覆冰状态；
具体为：
风速计1接有加热信号，风速计2未接有加热信号，若风速计1测量风速＞3m/s，风速计2测量风速为零(或＜1m/s)，同时，舱外温度＜3℃，此时，应认为判断风机叶片进入覆冰告警状态。
2.3结合2.1和2.2的状态，任一信号触发，则风力发电机给出“叶片覆冰”告警状态(如图1所示)。
三、风机叶片覆冰状态下的控制策略
3.1将风力发电机的运行模式分为：“正常运行模式”和“叶片覆冰运行模式”；
3.2当风力发电机组当前处于停机或正在启机状态，则在收到“叶片覆冰”告警后，将风机处于停机状态，待“叶片覆冰”告警消失后才能使风机启机运行；
3.3当风力发电机组当前正处于发电运行状态时，若接收到“叶片覆冰”信号，应将风力发电机的运行状态由“正常运行”模式切换到“叶片覆冰运行模式”；
3.4风力发电机组在“叶片覆冰运行模式”下，风机主动降低运行转速，此时将当前转速降低50rpm，同时，将机组振动测量值引入转速控制，若风力发电机组振动超过设定阈值，同时超过一定设定延时时间，则将风机停机处理。
3.5风力发电机组在“叶片覆冰模式”下，风机当前所发出功率若小于理论可发功率的1/4，持续时间超过10分钟，则认为风机覆冰较为严重，应将风机停机处理，当前理论可发功率应有风机SCADA传递给主控制器。
3.6风力发电机组在“叶片覆冰模式”下，应将风机振动保护阈值适当放大，若当前振动值超过原阈值的1.2倍，持续时间超过1分钟，则认为风机覆冰较为严重，应将风机停机处理。
3.7若“叶片覆冰”告警信号消失，则风力发电机的运行状态由“叶片覆冰运行模式”切换到“普通运行模式”。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，对风力发电机组进行叶片覆冰检测，根据测冰仪判断叶片是否处于覆冰状态和两套风速计的风速差判断叶片是否处于覆冰状态，两种测试结果任一一种判断为叶片处于覆冰状态，则进入风机叶片覆冰告警状态；
步骤二，获取风力发电机组的工作状态，当风力发电机组的工作状态为停机或正在启机状态，则在进入风机叶片覆冰告警状态后，将风机处于停机状态，风机叶片覆冰告警状态消失后使风机启机运行，若风力发电机组的工作状态为发电运行状态时，进入步骤三；
步骤三，当风力发电机组当前正处于发电运行状态时，若接收到进入风机叶片覆冰告警状态时，将风力发电机的运行状态由正常运行模式切换到叶片覆冰运行模式；
步骤四，风力发电机组在叶片覆冰模式下，将风机振动保护阈值放大，若风机振动值超过设定阈值范围时，并且持续时长超过设定的安全时长，则判断为风机覆冰严重，将风机停机，直到风机叶片覆冰告警状态消失，风力发电机的运行状态由叶片覆冰运行模式切换到正常运行模式，完成风力发电机组叶片覆冰运行控制。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法，其特征在于，所述的根据测冰仪判断叶片是否处于覆冰状态，包括如下过程：在风力发电机机舱尾部安装测冰仪，测冰仪材料和风力发电机叶片材料保持一致，直接通过测冰仪传感器判断当前叶片是否处于覆冰状态。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法，其特征在于，所述的两套风速计的风速差判断叶片是否处于覆冰状态，包括如下过程：在风力发电机机舱尾部安装有两套机械式风速计，一套机械式风速计带有加热功能并进行实时的加热，另一套机械式风速计不带有加热功能，机械式风速计的旋转风杯和叶片同种材质，两套风速计进行风速对比，并结合机舱外环境温度，判断出风机叶片是否处于覆冰状态。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法，其特征在于，风力发电机组在叶片覆冰模式下还包括风机主动降低运行转速，将当前转速降低设定转速，若风力发电机组振动超过设定阈值，同时超过设定延时时间，则将风机停机。
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