CN114109931B - 风力发电机组偏航制动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种风力发电机组偏航制动控制方法及系统，涉及风力发电机组领域。旨在延长偏航传动系统的使用寿命。风力发电机组偏航制动控制方法包括获取外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速；根据外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速向制动器输送液压油。风力发电机组偏航制动控制系统包括液压系统以及控制器。综合考虑外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速，根据外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速的不同，采用不同的偏航制动压力升高方案，能最大限度减小偏航传动系统的冲击，延长偏航传动系统的使用寿命。

Description

风力发电机组偏航制动控制方法及系统

技术领域

本发明涉及风力发电机组领域，具体而言，涉及一种风力发电机组偏航制动控制方法及系统。

背景技术

随着技术的发展，目前风力发电机组已处于大兆瓦、长叶片机组的时代。随着机组功率增大，长叶片机组对控制系统提出了更高的要求。偏航系统作为重要的传动部件，其控制系统直接关系到风力发电机组的工作状况、发电量及相关风机安全。现有技术上对偏航驱动及其控制进行了较多研究，有各种控制方案，但是由于其本身局限性，很多使用要求不能满足，并且可能加剧偏航传动系统的疲劳损坏。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种风力发电机组偏航制动控制方法，其能够延长偏航传动系统的使用寿命。

本发明的目的还包括，提供了一种风力发电机组偏航制动控制系统，其能够延长偏航传动系统的使用寿命。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明的实施例提供了一种风力发电机组偏航制动控制方法，包括：

获取外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速；

根据所述外界风速、所述偏航转速以及所述偏航驱动转速向制动器输送液压油。

另外，本发明的实施例提供的风力发电机组偏航制动控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，所述根据所述外界风速、所述偏航转速以及所述偏航驱动转速向制动器输送液压油的步骤还包括：

在所述外界风速大于第一风速阈值，所述偏航转速大于第一偏航转速阈值，且所述偏航驱动转速大于第一驱动转速阈值的情况下，以液压流量35L/min-45L/min，在时间0s-5s内向所述制动器输送液压油，直到所述制动器的制动压力值达到制动预设压力值。

可选地，所述根据所述外界风速、所述偏航转速以及所述偏航驱动转速向制动器输送液压油的步骤还包括：

在所述外界风速大于第二风速阈值，所述偏航转速大于第二偏航转速阈值，且所述偏航驱动转速大于第二驱动转速阈值的情况下，以液压流量2L/min-4L/min向所述制动器输送液压油，直到所述制动器的制动压力值达到设定压力值，所述设定压力值小于所述制动预设压力值；

所述第一风速阈值＞所述第二风速阈值，所述第一偏航转速阈值＞所述第二偏航转速阈值，所述第一驱动转速阈值＞所述第二驱动转速阈值。

可选地，所述根据所述外界风速、所述偏航转速以及所述偏航驱动转速向制动器输送液压油的步骤还包括：

在所述外界风速大于第三风速阈值，所述偏航转速大于第三偏航转速阈值，且所述偏航驱动转速大于第三驱动转速阈值的情况下，以液压流量为30L/min-40L/min，在时间1-2s内向所述制动器输送液压油；

第一风速阈值＞第二风速阈值＞第三风速阈值；第一偏航转速阈值＞第二偏航转速阈值＞第三偏航转速阈值；第一驱动转速阈值＞第二驱动转速阈值＞第三驱动转速阈值。

可选地，所述根据所述外界风速、所述偏航转速以及所述偏航驱动转速向制动器输送液压油的步骤包括：

根据所述外界风速、所述偏航转速以及所述偏航驱动转速控制液压系统向制动器输送液压油。

本发明的实施例还提供了一种风力发电机组偏航制动控制系统。包括液压系统以及控制器；

所述液压系统包括供压源、液压油路以及控制阀组；所述供压源通过所述液压油路与制动器连接，所述控制阀组设置在所述液压油路上，所述控制阀组与所述控制器通信；

所述控制器用于获取外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速，并用于根据所述外界风速、所述偏航转速以及所述偏航驱动转速对所述控制阀组进行控制，以使所述供压源向制动器输送液压油。

可选地，所述供压源包括缓速供压源以及快速供压源，所述缓速供压源的液压流量＜所述快速供压源的液压流量；

所述液压油路包括第一供压油路、第二供压油路以及回油路；所述控制阀组包括均与所述控制器通信的第一阀、第二阀以及第三阀；所述第一阀设置在所述第一供压油路上，所述第二阀设置在所述第二供压油路上，所述第三阀设置在所述回油路上；所述快速供压源通过所述第一供压油路与制动器连接，所述缓速供压源通过所述第二供压油路与制动器连接。

可选地，所述第一供压油路与所述第二供压油路连通，所述第二阀共同控制所述第一供压油路以及所述第二供压油路；

所述控制阀组还包括单向阀，所述单向阀设置在所述第二供压油路上，所述单向阀用于阻止所述第二供压油路回流。

可选地，所述缓速供压源包括油箱以及液压泵；所述第二供压油路与所述油箱连接，所述液压泵设置在所述第二供压油路上。

可选地，所述快速供压源为蓄能器；所述第一供压油路与所述蓄能器连接。

本发明实施例的风力发电机组偏航制动控制方法及系统的有益效果包括，例如：

风力发电机组偏航制动控制方法，综合考虑外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速，根据外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速的不同，采用不同的偏航制动压力升高方案，能最大限度减小偏航传动系统的冲击，保护偏航系统相关零部件，延长偏航传动系统及风机使用寿命。

风力发电机组偏航制动控制系统，包括液压系统以及控制器，能够延长偏航传动系统的使用寿命。

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为本发明实施例提供的风力发电机组偏航制动控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的液压系统的示意图。

图标：10-液压系统；100-第一供压油路；110-第二供压油路；120-回油路；130-第一阀；131-第二阀；132-第三阀；133-第四阀；140-制动器；150-单向阀；200-油箱；210-液压泵；300-蓄能器。

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可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

下面结合图1至图2对本实施例提供的风力发电机组偏航制动控制方法进行详细描述。

参照图1以及图2，本发明的实施例提供了一种风力发电机组偏航制动控制方法，包括：

步骤S1，获取外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速；

步骤S2，根据外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速向制动器140输送液压油。

综合考虑外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速，根据不同的外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速，采用不同的偏航制动压力升高方案实现偏航停止，能最大限度减小偏航传动系统的冲击，保护偏航系统相关零部件，延长偏航传动系统及风机使用寿命。

具体地，外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速设定不同阈值，根据不同的阈值，采用不同的压力升高模式实现偏航制动。

参照图1以及图2，本实施例中，步骤S2还包括：

步骤S21，在外界风速大于第一风速阈值，偏航转速大于第一偏航转速阈值，且偏航驱动转速大于第一驱动转速阈值的情况下，以液压流量35L/min-45L/min，在时间0s-5s内向制动器140输送液压油，直到制动器140的制动压力值达到制动预设压力值。

例如，第一风速阈值为额定风速，第一偏航转速阈值为偏航额定转速，第三阈值为偏航驱动额定转速。

在外界风速大于第一风速阈值，偏航转速大于第一偏航转速阈值，且偏航驱动转速大于第一驱动转速阈值的情况下，例如偏航齿轮箱被机舱顺拖，偏航制动系统采取相对快速的持续升压制动控制，也就是以液压流量35L/min-45L/min，在时间0s-5s内向制动器140输送液压油，避免出现偏航超速，顺拖损坏偏航电机、驱动和轴承齿等问题。

例如，液压流量可以为35L/min、40L/min、45L/min，时间为2s、3s、4s、5s。

参照图1以及图2，本实施例中，步骤S2还包括：

步骤S22，在外界风速大于第二风速阈值，偏航转速大于第二偏航转速阈值，且偏航驱动转速大于第二驱动转速阈值的情况下，以液压流量2L/min-4L/min向制动器140输送液压油，直到制动器140的制动压力值达到设定压力值，设定压力值小于制动预设压力值；

第一风速阈值＞第二风速阈值，第一偏航转速阈值＞第二偏航转速阈值，第一驱动转速阈值＞第二驱动转速阈值。

在外界风速大于第二风速阈值，偏航转速大于第二偏航转速阈值，且偏航驱动转速大于第二驱动转速阈值的情况下，例如，持续大风时段偏航存在顺拖偏航驱动的情况下，偏航制动系统采用持续较慢升压制动控制，也就是以液压流量2L/min-4L/min向制动器140输送液压油，直到制动器140的制动压力值达到设定压力值，但是设定压力值始终低于制动预设压力值。提高偏航制动压力，保证偏航稳定。

例如，液压流量为2L/min、3L/min、4L/min。

参照图1以及图2，本实施例中，步骤S2还包括：

步骤S23，在外界风速大于第三风速阈值，偏航转速大于第三偏航转速阈值，且偏航驱动转速大于第三驱动转速阈值的情况下，以液压流量为30L/min-40L/min，在时间1-2s内向制动器140输送液压油；

第一风速阈值＞第二风速阈值＞第三风速阈值；第一偏航转速阈值＞第二偏航转速阈值＞第三偏航转速阈值；第一驱动转速阈值＞第二驱动转速阈值＞第三驱动转速阈值。

在外界风速大于第三风速阈值，偏航转速大于第三偏航转速阈值，且偏航驱动转速大于第三驱动转速阈值的情况下，例如存在瞬时过大阵风影响偏航速度时，偏航制动系统采用相对快速升压制动控制，也就是以液压流量为30L/min-40L/min，在时间1-2s内向制动器140输送液压油。避免瞬时大风对偏航系统造成过大冲击，保护偏航系统相关零部件，延长偏航传动系统及风机使用寿命。

例如，液压流量为30L/min、35L/min、38L/min、40L/min，时间为1s、2s。

根据不同的因素设定不同的制动策略，有利于加强偏航系统的智能控制，提升风机发电效率，保护偏航传动部件，延长部件使用寿命。且上述控制方案只需对偏航制动系统动力源，如液压站，进行微小改动或者不改动即可执行相关控制逻辑。

参照图1以及图2，本实施例中，步骤S2包括：

根据外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速控制液压系统10向制动器140输送液压油。通过控制液压系统10向制动器140输送不同条件的液压油。

本实施例提供的一种风力发电机组偏航制动控制方法至少具有以下优点：

综合考虑外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速，根据外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速的不同，采用不同的偏航制动压力升高方案，能最大限度减小偏航传动系统的冲击，延长偏航传动系统的使用寿命。

参照图2，本发明的实施例还提供了一种风力发电机组偏航制动控制系统。包括液压系统10以及控制器；

液压系统10包括供压源、液压油路以及控制阀组；供压源通过液压油路与制动器140连接，控制阀组设置在液压油路上，控制阀组与控制器通信；

控制器用于获取外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速，并用于根据外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速对控制阀组进行控制，以使供压源向制动器140输送液压油。

参照图2，本实施例中，供压源包括缓速供压源以及快速供压源，缓速供压源的液压流量＜快速供压源的液压流量；

液压油路包括第一供压油路100、第二供压油路110以及回油路120；控制阀组包括均与控制器通信的第一阀130、第二阀131以及第三阀132；第一阀130设置在第一供压油路100上，第二阀131设置在第二供压油路110上，第三阀132设置在回油路120上；快速供压源通过第一供压油路100与制动器140连接，缓速供压源通过第二供压油路110与制动器140连接。

具体地，第一供压油路100连接快速供压源与制动器140。第二供压油路110连接缓速供压源与制动器140。回油路120连接制动器140，用于回油。第三阀132设置在回油路120上，通过第三阀132控制回油路120连通或者断开，以实现保压或者泄压，从而可以达到调控制动器140内部压力的作用。

参照图2，本实施例中，第一供压油路100与第二供压油路110连通，第二阀131共同控制第一供压油路100以及第二供压油路110；控制阀组还包括单向阀150，单向阀150设置在第二供压油路110上，单向阀150用于阻止第二供压油路110回流。

第一供压油路100作类似于第二供压油路110的支路，第二供压油路110上设置单向阀150，用于防止第二供压油路110回油，例如防止快速供压源通过第二供压油路110回流。

本实施例中，控制阀组还包括第四阀133，第四阀133与第三阀132并联，且第四阀133始终处于得电状态，第四阀133得电状态下油路断开。本实施例中，第一阀130、第二阀131、第三阀132以及第四阀133均为二位二通阀。

参照图2，第一阀130常态(断电)下油路处于连通状态，第二阀131常态(断电)下油路属于连通状态，第三阀132常态(断电)下油路处于连通状态。

参照图2，在外界风速大于第一风速阈值，偏航转速大于第一偏航转速阈值，且偏航驱动转速大于第一驱动转速阈值的情况下，如在外界风速超过额定风速情况下，偏航转速超过偏航额定转速，偏航驱动被反拖或顺拖超过偏航驱动额定转速，同时启动快速供压源和缓速供压源，第一阀130断电，第二阀131断电，第三阀132通电，第一供压油路100以及第二供压油路110均为连通状态，回油路120断开，缓速供压源以及快速供压源一起提供35-45L/min的流量，此时偏航压力具有最迅速的升高速率，在0-5s内可快速达到偏航制动预设压力实现制动，避免出现偏航超速，损坏偏航电机、驱动和轴承齿等问题；使风机偏航压力较快上升，防止偏航过度和甩飞等问题。

在外界风速大于第二风速阈值，偏航转速大于第二偏航转速阈值，且偏航驱动转速大于第二驱动转速阈值的情况下，快速供压源不开启，缓速供压源开启，第一阀130通电，第二阀131断电，第三阀132间歇性的通电或者断电，第一供压油路100断开，第二供压油路110连通，回油路120间歇性的连通或者断开，此时由缓速供压源供压，持续提供2-4L/min流量，并由第三阀132进行保压或者泄压，使偏航压力缓速升高但不达到制动预设压力，或使偏航余压维持在较高压力水平，使偏航速率平稳，完成风机偏航要求，从而保证偏航运动平稳。

在外界风速大于第三风速阈值，偏航转速大于第三偏航转速阈值，且偏航驱动转速大于第三驱动转速阈值的情况下，快速供压源开启，缓速供压源不开启，第一阀130间断性的通电或者断电，第二阀131断电，第三阀132通电，第一供压油路100间歇性连通或者断开，第二供压油路110连通，回油路120断开，使得快速供压源能快速给制动器140供压，瞬间提供30-40L/min流量，使偏航制动压力在1-2s同步瞬时升高，可避免瞬时过大载荷对偏航系统造成过大冲击，保护偏航系统相关零部件，延长偏航传动系统及风机使用寿命。

综合考虑外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速，把不同复合工况设定为三种阈值；针对不同工况阈值，依靠缓速供压源或快速供压源给偏航制动器140供压，使制动压力速率可控的升高，从而实现风机机舱精准的偏航制动控制。

参照图2，本实施例中，缓速供压源包括油箱200以及液压泵210；第二供压油路110与油箱200连接，液压泵210设置在第二供压油路110上。

参照图2，本实施例中，快速供压源为蓄能器300；第一供压油路100与蓄能器300连接。

本实施例提供的一种风力发电机组偏航制动控制至少具有以下优点：

根据风机机组载荷及运行情况，对制动器140的输送压力进行控制，以降低偏航传动部件载荷、延长传动部件使用寿命。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，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 (7)

1.一种风力发电机组偏航制动控制方法，其特征在于，包括：

获取外界风速、偏航转速以及偏航驱动转速；

根据所述外界风速、所述偏航转速以及所述偏航驱动转速向制动器(140)输送液压油；

在所述外界风速大于第一风速阈值，所述偏航转速大于第一偏航转速阈值，所述偏航驱动转速大于第一驱动转速阈值的情况下，且偏航齿轮箱被机舱顺拖的情况下，以液压流量35L/min-45L/min，在时间0s-5s内向所述制动器(140)输送液压油，直到所述制动器(140)的制动压力值达到制动预设压力值；

在所述外界风速大于第二风速阈值，所述偏航转速大于第二偏航转速阈值，所述偏航驱动转速大于第二驱动转速阈值的情况下，且持续大风时段偏航存在顺拖偏航驱动的情况下，以液压流量2L/min-4L/min向所述制动器(140)输送液压油，直到所述制动器(140)的制动压力值达到设定压力值，所述设定压力值小于所述制动预设压力值；

在所述外界风速大于第三风速阈值，所述偏航转速大于第三偏航转速阈值，所述偏航驱动转速大于第三驱动转速阈值的情况下，且存在瞬时过大阵风影响偏航速度的情况下，以液压流量为30L/min-40L/min，在时间1-2s内向所述制动器(140)输送液压油；

第一风速阈值＞第二风速阈值＞第三风速阈值；第一偏航转速阈值＞第二偏航转速阈值＞第三偏航转速阈值；第一驱动转速阈值＞第二驱动转速阈值＞第三驱动转速阈值；其中，第一风速阈值为额定风速，第一偏航转速阈值为偏航额定转速，第三阈值为偏航驱动额定转速。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航制动控制方法，其特征在于：

所述根据所述外界风速、所述偏航转速以及所述偏航驱动转速向制动器(140)输送液压油的步骤包括：

根据所述外界风速、所述偏航转速以及所述偏航驱动转速控制液压系统(10)向制动器(140)输送液压油。

3.一种风力发电机组偏航制动控制系统，其特征在于，包括：

液压系统(10)以及控制器；

所述液压系统(10)包括供压源、液压油路以及控制阀组；所述供压源通过所述液压油路与制动器(140)连接，所述控制阀组设置在所述液压油路上，所述控制阀组与所述控制器通信；

所述控制器用于执行权利要求1或者2所述的风力发电机组偏航制动控制方法。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组偏航制动控制系统，其特征在于：

所述供压源包括缓速供压源以及快速供压源，所述缓速供压源的液压流量＜所述快速供压源的液压流量；

所述液压油路包括第一供压油路(100)、第二供压油路(110)以及回油路(120)；所述控制阀组包括均与所述控制器通信的第一阀(130)、第二阀(131)以及第三阀(132)；所述第一阀(130)设置在所述第一供压油路(100)上，所述第二阀(131)设置在所述第二供压油路(110)上，所述第三阀(132)设置在所述回油路(120)上；所述快速供压源通过所述第一供压油路(100)与制动器(140)连接，所述缓速供压源通过所述第二供压油路(110)与制动器(140)连接。

5.根据权利要求4所述的风力发电机组偏航制动控制系统，其特征在于：

所述第一供压油路(100)与所述第二供压油路(110)连通，所述第二阀(131)共同控制所述第一供压油路(100)以及所述第二供压油路(110)；

所述控制阀组还包括单向阀(150)，所述单向阀(150)设置在所述第二供压油路(110)上，所述单向阀(150)用于阻止所述第二供压油路(110)回流。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组偏航制动控制系统，其特征在于：

所述缓速供压源包括油箱(200)以及液压泵(210)；所述第二供压油路(110)与所述油箱(200)连接，所述液压泵(210)设置在所述第二供压油路(110)上。

7.根据权利要求5所述的风力发电机组偏航制动控制系统，其特征在于：

所述快速供压源为蓄能器(300)；所述第一供压油路(100)与所述蓄能器(300)连接。