CN113931796B - 一种风电机组偏航停机控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组偏航停机控制方法及系统，方法包括：向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1；提升偏航制动力矩；向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动。系统包括：主控模块，用于向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1；液压偏航制动模块，用于提升偏航制动力矩；去使能模块，用于向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动。本发明能够保证在偏航液压制动模块压力上升至规定值之前，偏航电机仍然有足够的动力输出，让机舱不至于因为自身动力不足在大风速的情况下被外界风力推动而产生移位和超速的情况。

Description

一种风电机组偏航停机控制方法及系统

技术领域

本发明涉及风电控制技术领域，特别涉及一种风电机组偏航停机控制方法及系统。

背景技术

大型水平轴风电机组一般采用电动偏航系统来调整风轮并使其对准风向。偏航系统一般包括风速风向仪、偏航电机(常采用异步电机)、偏航电机控制器(常采用变频器或者软启动器)、偏航行星齿轮减速器、偏航制动系统(常采用液压制动系统，当偏航结束时机舱需要依靠制动系统提供的制动力将当前偏航角度牢牢固定住，防止机舱被外界风力推动而产生角度位移)、回转体大齿轮等。风速风向仪作为感应元件将风速风向的变化转换为电信号传递给风机主控系统，经过比较后主控系统控制偏航液压制动系统降低油压，解除机舱的偏航制动状态，然后给偏航电机发出顺时针或逆时针转动的转速指令(通常为1435rpm左右)以驱动机舱完成左右偏航运动。为了减少偏航时的陀螺力矩，电机转速将通过同轴联接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上，带动风轮偏航对风。当对风完成后，偏航电机停止工作，偏航液压制动系统的油压上升重新恢复制动状态，偏航过程结束。

现有技术方案风电机组偏航停机控制流程如图3所示，机组在偏航运动过程中，当实际偏航角度即将到达目标角度时，主控系统通过通讯线路向偏航驱动器下发零转速指令控制偏航电机减速停机，延时1S后(等待偏航电机减速停机)，主控系统开始投入液压制动系统，此时机舱的偏航制动力矩开始伴随液压制动系统油压的上升逐步增大，机舱沿水平方向上的左右偏航运动(虽然偏航电机已停止工作，但由于机舱惯性和外界风力的存在，机舱左右偏航运动不会立即停止)开始减速。当偏航液压制动系统的油压上升到规定值时(例如145bar以上)，液压制动系统输出的制动力矩已经达到偏航刹车制动的要求。此时，主控系统延时2S后(等待机舱沿水平方向上的偏航运动完全静止下来)，向偏航驱动器下发去使能命令，偏航驱动器在收到去使能命令后控制偏航电机抱闸制动。

风机主控系统向偏航驱动器下发零转速指令后，偏航电机开始减速停机，当偏航电机的同步转速减速至0rpm(转每分)时，偏航驱动器就不再向偏航电机输出电能，偏航电机也就无法再对外输出转矩。在偏航液压制动系统投入后，由于机舱的偏航制动力矩是伴随油压的逐步上升而逐步上升的，所以在油压上升到规定值之前的这段时间内，偏航液压制动系统提供的制动力相对偏小尚无法满足要求，此时如果环境风力突然大幅增强，机舱就会在风载的推动作用下出现偏航速度(角速度)超速的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种风电机组偏航停机控制方法及系统，能够保证在偏航液压制动模块压力上升至规定值之前，偏航电机仍然有足够的动力输出，让机舱不至于因为自身动力不足在大风速的情况下被外界风力推动而产生移位和超速的情况。

第一方面，本发明实施例提供了一种风电机组偏航停机控制方法，其中，包括：

向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1。

提升偏航制动力矩。

向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1，包括：

获取当前实际偏航角度S1。

计算并判断当前实际偏航角度S1和目标偏航角度S2的距离差是否小于S0，若|S2-S1|＜S0，S0＝0.7°。

若|S2-S1|＜S0，则向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1，延时时长为T1。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述提升偏航制动力矩包括：

获取实时油压。

提升油压至预定值B1，增大偏航制动力矩。

根据油压的增加，控制偏航驱动器的额定电流与峰值电流降容至对应的预定值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动，包括：

等待偏航电机转速降至0，延时时长为T2。

机舱到达目标偏航角度，向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动投入。

第二方面，本发明实施例还提供了一种风电机组偏航停机控制系统，其中，包括：

主控模块，用于向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1。

液压偏航制动模块，用于提升偏航制动力矩。

去使能模块，用于向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述主控模块包括：

偏航角度采集单元，用于获取当前实际偏航角度S1。

偏航计算单元，用于计算并判断当前实际偏航角度S1和目标偏航角度S2的距离差是否小于S0，若|S2-S1|＜S0，S0＝0.7°。

转速控制单元，用于若|S2-S1|＜S0，则向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1，延时时长为T1。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述液压偏航制动模块包括：

油压采集单元，用于获取实时油压。

制动控制单元，用于提升油压至预定值B1，增大偏航制动力矩。

制动牵制单元，用于根据油压的增加，控制偏航驱动器的额定电流与峰值电流降容至对应的预定值。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述去使能模块包括：

延时等待单元，用于等待偏航电机转速降至0，延时时长为T2。

去使能控制单元，用于机舱到达目标偏航角度，向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动投入。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在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如前所述的风电机组偏航停机控制方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的风电机组偏航停机控制方法。

本发明实施例的有益效果是：

本发明在偏航停机时不立即向偏航驱动器下发零转速指令，而是下发一个很低的转速指令(200rpm),从而能够保证在偏航液压制动模块压力上升至规定值之前，偏航电机仍然有足够的动力输出，让机舱不至于因为自身动力不足在大风速的情况下被外界风力推动而产生移位和超速的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明风电机组偏航停机控制方法的流程图；

图2为本发明风电机组偏航停机控制方法的完整流程示意图；

图3为现有技术中风电机组偏航停机控制流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。

请参照图1，本发明的第一个实施例提供一种风电机组偏航停机控制方法，其中，包括：

向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1。

提升偏航制动力矩。

向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动。

其中，所述向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1，包括：

获取当前实际偏航角度S1。

计算并判断当前实际偏航角度S1和目标偏航角度S2的距离差是否小于S0。

若|S2-S1|＜S0，S0＝0.7°，则向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1，偏航电机从1435rpm降低至200rpm，延时时长为T1，T1＝2.5S。

其中，所述提升偏航制动力矩包括：

获取实时油压。

提升油压至预定值B1B1＝145bar，增大偏航制动力矩。

根据油压的增加，控制偏航驱动器的额定电流与峰值电流降容至对应的预定值。

其中，为了更高地配合液压制动油压的上升，偏航驱动器会动态下调自身的额定电流与峰值电流输出，以动态下调偏航电机的转矩输出。主控系统可通过CANOPEN控制字CanControlWord的bit3、bit4、bit5这3个遥信位来动态下调偏航驱动器的额定电流与峰值电流参数的降容比，如表1所示。

表1：CanControlWord控制字的遥信位与偏航驱动器额定电流、峰值电流参数的关系

当液压偏航制动模块刚刚开始投入运行时，制动液压力大概在30bar左右，此时偏航驱动器的额定电流、峰值电流降容至默认设定值的80％。随着液压的逐步上升，偏航驱动器的额定电流、峰值电流也逐步下降，当液压上升到145bar时，偏航驱动器的额定电流、峰值电流参数降容至设定值的10％。通过这种操作，可以实现偏航电机提供的驱动力与液压刹车系统提供的制动力之间的柔性衔接。

其中，所述向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动，包括：

等待偏航电机转速降至0，延时时长为T2，T2＝1S。

机舱到达目标偏航角度，向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动投入。

本发明的第二个实施例提供一种风电机组偏航停机控制系统，其中，包括：

主控模块，用于向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1。

液压偏航制动模块，用于提升偏航制动力矩。

去使能模块，用于向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动。

其中，所述主控模块包括：

偏航角度采集单元，用于获取当前实际偏航角度S1。

偏航计算单元，用于计算并判断当前实际偏航角度S1和目标偏航角度S2的距离差是否小于S0。

转速控制单元，用于若|S2-S1|＜S0，S0＝0.7°，则向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1，偏航电机从1435rpm降低至200rpm，延时时长为T1，T1＝2.5S。

其中，所述液压偏航制动模块包括：

油压采集单元，用于获取实时油压。

制动控制单元，用于提升油压至预定值B1，B1＝145bar，增大偏航制动力矩。

制动牵制单元，用于根据油压的增加，控制偏航驱动器的额定电流与峰值电流降容至对应的预定值。

其中，所述去使能模块包括：

延时等待单元，用于等待偏航电机转速降至0，延时时长为T2，T2＝1S。

去使能控制单元，用于机舱到达目标偏航角度，向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动投入。

本发明的第三个实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在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如前所述的风电机组偏航停机控制方法。

本发明的第四个实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的风电机组偏航停机控制方法。

本发明实施例旨在保护一种风电机组偏航停机控制方法及系统，具备如下效果：

1.偏航停机过程中，主控模块会首先向偏航驱动器下发一个很低的偏航电机转速指令(200rpm，可调整)，然后再投入液压偏航制动模块，以确保在液压偏航制动模块的制动液压力上升到规定值之前(即液压偏航制动模块生成的制动力足够大之前)，偏航电机能够继续输出动力使得机舱在偏航停机过程中继续缓慢(近乎静止)的偏航停机运动，不会因为环境风力突然上升而自身的总制动力又偏小而导致机舱发生不必要的位移甚至超速现象。

2.偏航停机过程中，当主控模块下发给偏航驱动器的电机转速指令≤200rpm，并且电机同步速≤200rpm时，偏航驱动器可以响应主控模块通过通讯下发的峰值电流、额定电流降容指令，驱动器的峰值电流、额定电流能够分别降至80％、70％、60％、50％、40％、30、20％、10％。偏航驱动器会根据主控模块实时下发的电流降容控制指令来柔性下调偏航驱动器的电流输出，从而达到柔性下调偏航电机出力的目的。

3.当液压偏航制动模块刚刚开始投入时，主控模块控制偏航驱动器的额定电流、峰值电流降容为设定值的80％，伴随液压偏航制动模块压力的上升，主控模块可以柔性下调偏航驱动器的额定电流、峰值电流，直到液压偏航制动模块压力上升到145bar以上时，主控模块控制偏航驱动器的额定电流、峰值电流降容为设定值的10％。

本发明解决了偏航停机过程中，因液压偏航制动模块刚刚投入时制动力相对不足(此时偏航电机停止转动不再输出转矩)，在突然遭遇大风的情况下导致的机舱移位和超速问题。本发明在液压偏航制动模块投入后且压力尚未上升至规定值(145bar)前的这段时间内，偏航电机继续以200rpm的转速缓慢转动从而达到继续保持转矩输出的目的，以补充液压偏航制动模块相对不足的制动力。在液压偏航制动模块压力上升过程中，主控模块还能下调偏航驱动器的额定电流、峰值电流参数，达到柔性下调偏航电机转矩输出的目的，使液压偏航制动模块和偏航电机各自输出的制动力能够更好地衔接。

本发明实施例所提供的风电机组偏航停机控制方法及模块的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述风电机组偏航停机控制方法，从而能够保证在偏航液压制动系统压力上升至规定值之前，偏航电机仍然有足够的动力输出。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种风电机组偏航停机控制方法，其特征在于，包括：

向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速 R1；包括：

获取当前实际偏航角度S1；

计算并判断当前实际偏航角度S1 和目标偏航角度 S2 的距离差是否小于S0，S0＝0.7°；

若|S2-S1|＜S0，则向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1，延时时长为T1；

提升偏航制动力矩；

向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动，包括：

等待偏航电机转速降至0，延时时长为T2；

机舱到达目标偏航角度，向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动投入。

2.根据权利要求1所述的风电机组偏航停机控制方法，其特征在于，所述提升偏航制动力矩包括：

获取实时油压；

提升油压至预定值 B1，增大偏航制动力矩；

根据油压的增加，控制偏航驱动器的额定电流与峰值电流降容至对应的预定值。

3.一种风电机组偏航停机控制系统，其特征在于，包括：

主控模块，用于向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1；所述主控模块包括：

偏航角度采集单元，用于获取当前实际偏航角度S1；

偏航计算单元，用于计算并判断当前实际偏航角度S1 和目标偏航角度 S2 的距离差是否小于 S0，S0＝0.7°；

转速控制单元，用于若|S2-S1|＜S0，则向偏航驱动器下发降低转速的指令，控制偏航电机降低转速至预定转速R1，延时时长为T1；

液压偏航制动模块，用于提升偏航制动力矩；

去使能模块，用于向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动；所述去使能模块包括：

延时等待单元，用于等待偏航电机转速降至0，延时时长为T2；

去使能控制单元，用于机舱到达目标偏航角度，向偏航驱动器下发去使能的指令，控制偏航电机抱闸制动投入。

4.根据权利要求3所述的风电机组偏航停机控制系统，其特征在于，所述液压偏航制动模块包括：

油压采集单元，用于获取实时油压；

制动控制单元，用于提升油压至预定值B1，增大偏航制动力矩；

制动牵制单元，用于根据油压的增加，控制偏航驱动器的额定电流与峰值电流降容至对应的预定值。

5.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在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或2所述的风电机组偏航停机控制方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的风电机组偏航停机控制方法。