CN113969866A - 风机机组以及风机机组的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种风机机组以及风机机组的控制方法，能够增强所述风机机组在台风中的工作稳定性。本申请提供的一种风机机组，包括：风机本体，包括机头，用于产生第一电能；备用储能单元，用于储存备用电能，且所述备用储能单元连接到所述风机本体，用于驱动所述风机本体的机头转动。

Description

风机机组以及风机机组的控制方法

技术领域

本申请涉及海上风机领域，具体涉及风机机组以及风机机组的控制方法。

背景技术

为了保证台风时海上风力发电机组的安全，在台风来临时，在控制风机机组停止发电的同时，还控制所述风机机组与主电网断电。此时，为了降低台风对风机机组的影响，还需要改变风机机头的朝向，使所述风机机组迎风面积最小。

现有技术中，在台风时改变风机机组的机头朝向的方法通常是为所述风机机组配备另一组发电机组，但现有技术中使用的备用的发电机机组非常容易发生故障，造成风机机组在台风中毁损，所述风机机组在台风中的工作稳定性较弱。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种风机机组以及风机机组的控制方法，能够增强所述风机机组在台风中的工作稳定性。

本申请提供的一种风机机组，包括：风机本体，包括机头，所述风机本体用于产生第一电能；

备用储能单元，用于储存备用电能，且所述备用储能单元连接到所述风机本体，用于驱动所述风机本体的机头转动。

可选的，还包括：

发电装置，用于产生第二电能，连接至所述风机本体；

所述备用储能单元包括：

储能电池，连接至所述发电装置的电能输出端，和/或，连接至所述风机本体的电能输出端，储蓄所述第一电能和/或第二电能提供的电能；

所述发电装置还用于为所述风机本体的电控系统提供第二电能。

可选的，还包括变压组件，分别连接至所述备用储能单元以及所述风机本体，用于将所述储能电池中储存的电能转换为驱动电压，以驱动所述机头转动。

可选的，所述变压组件包括：

逆变器，连接至所述储能电池，用于进行直流、交流转换；

变压器，连接至所述逆变器，还连接至所述风机本体，用于对所述逆变器输出的电信号进行变压，并输出所述驱动电压。

可选的，所述备用储能单元还包括充电组件，所述充电组件一端连接至所述储能电池，一端连接至所述风机本体的电能输出端，和/或，所述发电装置的电能输出端，用于对所述储能电池进行充电。

可选的，所述发电装置的发电功率范围为5KW～15KW。

可选的，还包括控制器，连接至所述储能电池以及所述发电装置，还连接至所述风机本体，用于根据所述风机本体提供的状态参数，控制所述储能电池处于充电或放电状态；

还包括电源管理器，连接至所述控制器、发电装置以及所述风机本体，用于根据所述控制器的控制，控制所述发电装置提供给所述储能电池和所述电控系统的电能的比值。

本申请提供的一种风机机组的控制方法，所述风机组包括风机本体，所述风机本体用于产生第一电能，包括机头，所述控制方法包括以下步骤：

储蓄备用电能以驱动风机本体的机头转动；

在风力大于预设值时，通过储蓄的备用电能驱动所述机头转动，以减小所述机头的迎风面积。

可选的，所述储蓄备用电能包括：

在风力小于或等于预设值时，储蓄所述风机本体发出的第一电能。

可选的，所述风机机组包括发电装置，所述发电装置能够提供第二电能，所述储蓄备用电能包括：

在风力大于预设值时，储蓄所述发电装置发出的第二电能。

可选的，还包括以下步骤：

在风力大于预设值时，输送所述发电装置发出的第二电能至所述风机本体，从而为所述风机本体的电控系统提供第二电能。

可选的，所述发电装置的发电功率范围为5KW～15KW。

本申请的风机机组以及风机机组的控制方法通过储备备用电能，来防止大功率的发电机长期工作在低负载状态下时造成的积碳现象的发生，从而增大所述风机机组在台风来临时的工作稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。

图1为本申请一实施例中所述风机机组的结构示意图。

图2为本申请一实施例中所述风机机组的结构示意图。

图3为本申请一实施例中所述风机机组的结构示意图。

图4为本申请一实施例中所述风机机组的控制方法的步骤流程示意图。

图5为本申请一实施例中所述风机机组的结构示意图。

图6为本申请一实施例中所述风机机组的结构示意图。

具体实施方式

研究发现，现有技术中备用发电机组容易发生故障的原因在于，在台风天对风机机组的机头转向提供的备用电机机组通常使用100KW左右的大的柴油发电机组，具有较大的功率，但往往有只需要在台风时改变机头的朝向，因此，所述备用发电机组长期工作在低载荷状态，动力油燃烧不充分，极易形成积碳，引发备用发电机组的故障。具体的，积碳会造成缸盖泄露，从而污染打火装置，造成备用发电机组运行不稳等。一旦发电机发生故障，整个系统瘫痪，风机将无法实现抗台风功能，风机会有倒塌的风险。

因此，现在提供了一种风机机组以及风机机组的控制方法，能够在台风来袭的过程中保证风机机组的工作稳定性。

以下结合附图以及实施例，对所述风机机组以及风机机组的控制方法做进一步的说明。

请参阅图1，为本申请一实施例中所述风机机组100的结构示意图。

在该实施例中，所述风机机组100包括：风机本体101，包括机头，所述风机本体101用于产生第一电能；备用储能单元102，用于储存备用电能，且所述备用储能单元102连接到所述风机本体101，用于驱动所述风机本体101的机头转动。

由于为所述风机机组100中设置了备用储能单元102，因此，当在台风过程中需要调转所述机头转动、以规避风机本折断倒塌的风险时，可以通过所述备用储能单元102储藏的电能为所述风机供电。这样，即使不设置发电机1031，或设置的发电机1031处于毁损状态，所述风机机组100的安全也有保障。

在一实施例中，使用所述风机本体101中的偏航驱动系统来转换机头朝向，所述偏航驱动系统需要的动力功率一般在30KW至60KW左右，在考虑到额外风力负载后，所述偏航驱动系统需要的动力功率范围在60KW至120KW，所述备用储能单元102至少要能够为所述偏航驱动系统连续提供两个小时的动力，因此，可依此设置所述备用储能单元102的具体储能容量。

所述风机机组100还包括：发电装置103，用于产生第二电能，连接至所述风机本体101。所述第二电能与第一电能是用来分别表示所述发电装置103发出的电能和风机本体101发出的电能。这里需要注意的是，即使所述风机机组100

所述备用储能单元102包括：储能电池1021，连接至发电装置103的电能输出端，和/或，连接至所述风机本体101的电能输出端。

在一种实施例中，所述发电装置103不仅为所述储能电池1021提供第二电能，供所述储能电池1021充电，还为所述风机本体101的电控系统提供第二电能。该第二电能可以用在特定条件下，如所述风机本体101停止供电时的条件下。

在一实施例中，所述储能电池1021包括锂电池组。锂电池组中锂电池单体的个数能够根据实际的需要进行设置，从而能够为所述风机本体101的机头提供足够大的直流电源来驱动所述机头转动。

请参阅图2，为一实施例中所述风机机组100的结构示意图。

在该实施例中，所述风机机组100还包括变压组件105，分别连接至所述储能电池1021以及所述风机本体101，用于将所述储能电池1021中储存的电能转换为驱动电压，以驱动所述机头转动。

所述变压组件105包括：逆变器1051，连接至所述储能电池1021，用于进行直流、交流转换。所述逆变器1051是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成定频定压或调频调压交流电的转换器，由逆变桥、控制逻辑和滤波电路等组成。

在一实施例中，备用储能单元102是锂电池组，该锂电池组提供直流电源，所述逆变器1051能够将所述储能电池1021提供的直流电源转变成380V的交流电源，以驱动风机系统内部的控制系统，以及在需要转换机头方向时给转换机头时用的偏航驱动系统供电，使所述锂电池组提供的直流电能被交流系统所使用。

在该实施例中，所述锂电池组提供的直流电的有效值为380V，经逆变器1051转换后，得到有效值为380V的交流电，然而驱动所述机头转动时，所需的交流电的有效值可能大于380V，因此，在该实施例中，所述变压组件105还包括变压器1052，所述变压器1052连接至所述逆变器1051，还连接至所述风机本体101，用于对所述逆变器1051输出的电信号进行变压，并输出所述驱动电压。

在一实施例中，所述偏航驱动系统所需的工作电压为690V，因此，能够通过所述变压器1052，将所述逆变器1051提供的有效值为380V的交流电转换为有效值至少为690V的交流电。

所述变压器1052可以是独立设置的变压器1052，也可以与所述风机机组100本来的电控系统中的变压器1052共用。如果独立设置所述变压器1052，可以将所述备用储能单元102以及所述变压组件105放置在一个集装箱内，便于后期维护等。

所述备用储能单元还包括充电组件1022，所述充电组件1022一端连接至所述储能电池1021，一端连接至所述风机本体101的电能输出端，和/或，所述发电装置103的电能输出端，用于对所述储能电池1021进行充电。

所述充电组件1022包括充电器507。所述充电器507可以将所述风机本体101的电能输出端输出的电能，或所述发电装置103的电能输出端输出的电能，转换为合适为所述锂电池充电的电能。

在一实施例中，在所述风机机组100检测到风力大于预设值时，所述风机本体101停止发电，并且切断与电网的连接。所述发电装置103还用来为所述电控系统提供能源，以保证所述风机本体101的电控系统运行。

所述发电装置103可以工作在为所述备用储能单元102以及为所述风机本体101的电控系统供电的两种情况下，并且，所述两种情况可以并行，只需根据两边的功耗等规划所述发电装置103所发电能的配比即可。

在一实施例中，通过配置发电功率较小的发电装置103，使得所述发电装置103分别或同时工作在上述两种情况下时，都可以满载运行，或处于高载运行状态，避免了传统大功率发电机1031在较长发电周期内长时间待机，动力油燃烧不充分，机组积碳，造成停机、串油、堵塞等安全事故。

在规划所述备用储能单元102的储存容量的时候，可以考虑所述发电装置103的发电功率，以及发电装置103在同时为所述电控系统提供能量以及为所述备用储能单元102提供能量时给所述备用储能单元102的能量配比，来规划所述备用储能单元102的具体储存容量。

请参阅图3，为一实施例中所述风机机组100的结构示意图。

在该实施例中，所述发电装置103包括发电机1031和油箱1032，其中：所述发电机1031连接至所述储能电池1021，还连接至所述风机本体101，用于为所述储能电池1021提供第二电能，以及为所述风机本体101的电控系统提供第二电能；所述油箱1032连接至所述发电机1031，用于为所述发电机1031提供能量。

所述油箱1032的容量至少应该满足100个小时的台风时间段内所述电控系统的燃油所需。所述发电机1031的发电功率也至少应该满足所述电控系统的供电需求。在更优的实施例中，所述发电机1031的发电功率还进一步的满足在台风时为所述备用储能单元102充电的供电需求。

在一实施例中，所述发电机1031包括发电功率范围为5KW至15KW的直流发电机1031。在该发电功率下，所述发电装置103能够工作在高负载条件下，油箱中的燃料得到充分燃烧，减少了因燃料燃烧不充分造成的积碳，从而减少了因积碳导致的发电装置103堵塞、毁损的可能性，增强了所述风机机组100的工作稳定性。

在一种更优的实施例中，在日常的工作中，使用所述风机本体101发出的电能给所述锂电池充电，而不使用所述发电机1031给所述锂电池充电，从而减少对发电机1031的使用、消耗，进一步提高所述发电机1031的使用寿命。在一些实施例中，采用这样的方式给所述锂电池充电后，所述发电机1031的使用寿命能够延长至十年至二十年。

在该实施例中，只有当风力大于预设值时，所述发电机1031才开始运行，给所述风机机组100的电控系统供电，所述电控系统包括开关，照明，PLC等。此时，所述风机机组100在过大的风力下已经停止发电，并且脱离了电网，只能由所述发电机1031为所述风机机组100供电。

在一实施例中，所述风机机组100还包括控制器，连接至所述储能电池1021以及所述发电装置103，还连接至所述风机本体101，用于根据所述风机本体101提供的状态参数，控制所述储能电池1021处于充电或放电状态。

在一实施例中，所述控制器还进一步的连接至所述逆变器1051等，从而控制所述发电装置103的发电。

在一实施例中，所述风机机组100还包括电源管理器，连接至所述控制器、发电装置以及所述风机本体，用于根据所述控制器的控制，控制所述发电装置提供给所述储能电池和所述电控系统的电能的比值。

该实施例中的风机机组100改变了传统的大功率直接供电策略，通过小功率发电机1031组给备用储能单元102供电的同时，给所述风机机组100的电控系统供电，风机可以灵活、实时对风，确保风机安全，也防止了发电机1031因长期低负载运行造成的发电装置103毁损的问题。

请参阅图5，为一种具体实施方式中所述风机机组100的结构示意图。

在该具体实施方式中，所述风机机组100包括风机本体101，所述风机本体101内置有偏航驱动系统501，用于驱动所述风机本体101的机头转动。所述风机本体101还包括风机主控制器511，所述风机主控制器511能够接收所述风机本体101上设置的传感器检测到的风力数值，并根据所述风力数值发送控制信号至控制器509。

在该实施例中，所述备用储能单元包括锂电池组，所述锂电池组通过充电器507连接至发电机508，所述锂电池组还连接至逆变器504，并通过电源管理器503连接至所述风机本体101中内置的变压器502，由所述变压器502连接到偏航驱动系统501，给所述偏航驱动系统501供电。

所述控制器509连接至所述锂电池组，逆变器504、发电机508以及所述电源管理器503，用于根据收到的控制信号，控制所述锂电池组、发电机508以及电源管理器503的工作状态。

请参阅图6，为一种具体实施方式中所述风机机组100的结构示意图。

在该具体实施方式中，所述风机机组100与图5所示的具体实施方式中的风机机组100的结构基本相同，区别点在于，图6中所示的具体实施方式中的备用储能单元还通过充电器507连接至所述风机本体101，从而获取所述风机本体101发出的电能，为所述备用储能单元储能。

在该图5、图6所述的具体实施方式中，所述锂电池组、发电机508、充电器507、逆变器504、电源管理器503等均设置于一集装箱内，便于装配。并且，所述变压器502均复用了风机本体101中的变压器502。实际上，也可根据需要额外设置其他的变压器502，并将该额外设置的变压器502也放置到所述集装箱中。

在该图5、图6所述的具体实施方式中，所述风机主控制器511向所述控制器509发送控制信号，所述控制器509根据所述控制信号向所述备用储能单元、逆变器504、发电机508以及电源管理器503等发送相应的控制指令，调整所述备用储能单元的供电策略，以及控制所述发电机508等为所述备用储能单元充电等。

具体的，所述控制指令包括：控制所述锂电池组给所述偏航驱动系统501供电的启动信号，控制所述发电机508给所述锂电池组供电的启动信号，控制所述发电机508给所述风机机组100的电控系统供电的启动信号，以及控制所述风机机组100给所述锂电池组供电的启动信号等。

所述发电机508供电所述风机本体101的电控系统的电源以及供给锂电池组的充电电源的比例，可以由所述电源管理器503来规划。

在该图5、图6所述的具体实施方式中，所述风机机组100还包括显示器506，所述显示器506连接至所述控制器509，用于显示充放电过程中的一些参数等，以便用户及时获知当前备用储能单元的工作状态等，包括能源输出情况，电池充满与否，现在的输出功率，逆变器504工作情况，充电充电时长等。

在一实施例中，所述备用储能单元、逆变器504、控制器509等放置在集装箱内，便于拆装维护，且所述集装箱装配在所述风机本体101的管桩平台上，或者位于其他地方，诸如所述风机本体101的塔筒外壁，还可以悬吊在所述风机本体101的管桩平台，或者放置于升压站等等。

本申请的实施例中还提供的一种风机机组100的控制方法。

请参阅图4，为一实施例中所述风机机组100的控制方法的步骤流程示意图。

在该实施例中，所述控制方法中，风机机组100包括风机本体用于产生第一电能，且所述风机本体包括机头。所述控制方法包括以下步骤：步骤S401：储蓄备用电能以驱动风机本体101的机头转动；步骤S402：在风力大于预设值时，通过储蓄的备用电能驱动所述机头转动，以减小所述机头的迎风面积。

由于在风力大于预设值时，通过储蓄的备用电能驱动所述机头转动，以减小所述机头的迎风面积，因此，无需使用发电机508即时发电，避免了发电机508长期工作在低负载状态下造成的积碳现象，提高了所述备用储能单元的寿命，发电机508的燃料不充分燃烧、出现积碳的可能性降低，整个风机机组100在大风状态下的工作稳定性得以提高。

所述储蓄备用电能包括：在风力小于或等于预设值时，储蓄所述风机本体101发出的第一电能，以进一步减少使用发电装置103进行充电时的油耗。

在一实施例中，由于将所述风机装配到海上后，给所述发电装置103的邮箱加油较为困难，因此，可以将所述风机机组100正常发电时所发的第一电能储蓄起来作为备用电能。可采用上述实施例中所述备用储能单元储蓄所述备用电能。首次使用所述备用储能单元时，优选为直接使用所述风机机组100自身所发第一电能为所述备用储能单元供电。在非台风时段为备用储能单元充电时，或为久放造成的亏电补电时，也可直接使用所述风机机组100自身所发第一电能。

所述风机机组100包括发电装置103，所述发电装置103用于提供第二电能以供储蓄，所述储蓄备用电能包括：在风力大于预设值时，储蓄所述发电装置103发出的第二电能。

所述控制方法还包括以下步骤：在风力大于预设值时，输送所述发电装置103发出的第二电能至所述风机本体101，从而为所述风机本体101的电控系统提供第二电能。这是因为在所述风机机组100检测到风力大于预设值时，为安全计，所述风机本体101停止发电，并且切断与电网的连接。所述发电装置103为所述电控系统提供第二电能，可以保证所述风机本体101的电控系统运行。

本申请的风机机组100以及风机机组100的控制方法通过储备备用电能，来防止大功率的发电机508长期工作在低负载状态下时造成的积碳现象的发生，从而增大所述风机机组100在台风来临时的工作稳定性。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种风机机组，其特征在于，包括：

风机本体，包括机头，所述风机本体用于产生第一电能；

备用储能单元，用于储存备用电能，且所述备用储能单元连接到所述风机本体，用于驱动所述风机本体的机头转动。

2.根据权利要求1所述的风机机组，其特征在于，还包括：

发电装置，用于产生第二电能，连接至所述风机本体；

所述备用储能单元包括：

储能电池，连接至所述发电装置的电能输出端，和/或，连接至所述风机本体的电能输出端，储蓄所述第一电能和/或第二电能提供的电能；

所述发电装置还用于为所述风机本体的电控系统提供第二电能。

3.根据权利要求2所述的风机机组，其特征在于，还包括变压组件，分别连接至所述备用储能单元以及所述风机本体，用于将所述储能电池中储存的电能转换为驱动电压，以驱动所述机头转动。

4.根据权利要求3所述的风机机组，其特征在于，所述变压组件包括：

逆变器，连接至所述储能电池，用于进行直流、交流转换；

变压器，连接至所述逆变器，还连接至所述风机本体，用于对所述逆变器输出的电信号进行变压，并输出所述驱动电压。

5.根据权利要求2所述的风机机组，其特征在于，所述备用储能单元还包括充电组件，所述充电组件一端连接至所述储能电池，一端连接至所述风机本体的电能输出端，和/或，所述发电装置的电能输出端，用于对所述储能电池进行充电。

6.根据权利要求2所述的风机机组，其特征在于，所述发电装置的发电功率范围为5KW～15KW。

7.根据权利要求2所述的风机机组，其特征在于，还包括控制器，连接至所述储能电池以及所述发电装置，还连接至所述风机本体，用于根据所述风机本体提供的状态参数，控制所述储能电池处于充电或放电状态；

还包括电源管理器，连接至所述控制器、发电装置以及所述风机本体，用于根据所述控制器的控制，控制所述发电装置提供给所述储能电池和所述电控系统的电能的比值。

8.一种风机机组的控制方法，其特征在于，所述风机组包括风机本体，所述风机本体用于产生第一电能，包括机头，所述控制方法包括以下步骤：

储蓄备用电能以驱动风机本体的机头转动；

在风力大于预设值时，通过储蓄的备用电能驱动所述机头转动，以减小所述机头的迎风面积。

9.根据权利要求8所述的风机机组的控制方法，其特征在于，所述储蓄备用电能包括：

在风力小于或等于预设值时，储蓄所述风机本体发出的第一电能。

10.根据权利要求8所述的风机机组的控制方法，其特征在于，所述风机机组包括发电装置，所述发电装置能够提供第二电能，所述储蓄备用电能包括：

在风力大于预设值时，储蓄所述发电装置发出的第二电能。

11.根据权利要求10所述的风机机组的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在风力大于预设值时，输送所述发电装置发出的第二电能至所述风机本体，从而为所述风机本体的电控系统提供第二电能。

12.根据权利要求10所述的风机机组的控制方法，其特征在于，所述发电装置的发电功率范围为5KW～15KW。

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