CN116044660A - 一种风电机组高低空协同精准对风装置及其对风方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电机组高低空协同精准对风装置及其对风方法，对风装置包括测风飞行装置、线缆收放装置、蓄能装置以及卫星通讯装置；所述线缆收放装置、蓄能装置以及卫星通讯装置均安装在风电机组机舱的顶部，所述线缆收放装置通过线缆与测风飞行装置连接，且所述线缆收放装置与测风飞行装置通讯连接，所述卫星通讯装置与测风飞行装置通讯连接，所述测风飞行装置、线缆收放装置、蓄能装置以及卫星通讯装置均与风电机组的主控系统通讯连接；本发明有效降低机组在强风条件下时整机所受载荷，保障风电机组所承受的载荷最小，同时结合风电机组运行风速条件，在确保风电机组安全的情况下，进一步提升风电机组运行发电能力，增加发电量及收益。
Description
技术领域
本发明涉及风电机组偏航的技术领域，尤其是指一种风电机组高低空协同精准对风装置及其对风方法。
背景技术
风机在运行过程中，必须尽量保持较小风向偏差，才能尽可能的捕获能量。如果存在较大的偏航误差，不仅会使机组功率捕获性能降低，同时会导致结构部件承受载荷增大。因此，提高机组对风精度是机组功率最大化的前提。
目前，市面上用于测量风向变化的主要是机械式风向标和超声波式测风仪，属于成本较低的可广泛应用的设备。由于风向采集传感器位于机舱顶部，其受到叶轮尾流影响，测量数据与真实的气流风向存在一定的偏差；机组在调试过程中，风向标定有些时候也会出现物理偏差。对于特大兆瓦级别的风机，可以考虑采用激光雷达的方式进行风速风向超前测量，以优化偏航对风精度控制。通过激光雷达遥感远前方的风速风向，进行机组的前馈控制，提高机组的发电量和有效降低载荷。但鉴于激光雷达等硬件增设成本较高，现有设备存在固定偏差和数据采集的滞后性，同时受到叶轮的遮挡、雨雾等特殊天气影响数据精准度。
此外，目前偏航系统在大型的风力发电机中广泛使用，准确的对风可以使风机的风轮捕获更多的风能，从而在发电功率上得到客观的效益。传统的水平轴风力发电机由风轮、主机机舱、塔架等部分组成，风轮通过主轴与主机机舱连为一体，主机机舱安装在塔架的顶部，可以通过偏航系统绕塔架中轴线转动偏航实现风轮面更为准确对风。当风轮面正对风时，保证风电机组的主机机舱的轴向与实际风向之间的夹角即偏航误差最小，风机可以获得最大电能，同时降低由于风轮受力不平衡带来额外载荷作用。
在海上或者沿海地区，台风会给风力发电机组的安全性带来很大挑战。鉴于此，在设计海上或者沿海地区使用的风力发电机组时，都会考虑风力发电机组如何应对台风工况。目前，在现有技术中有通过加强风力发电机组各个零部件的结构强度，来增强风力发电机组抗台风的能力。但是，通过加强风力发电机组各个零部件的结构强度的设计方案，不但会增风力发电机组的投资成本，而且也不能保证风力发电机组能够抵抗各种强度的台风工况。此外，也有通过人工控制被动偏航或者人工控制主动偏航等控制方案进行降载，以提高风力发电机组在台风工况下的生存能力。
发明内容
本发明的目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种风电机组高低空协同精准对风装置及其对风方法，为风电机组实现远程主动偏航抗台风提供可靠的精准对风方案，有效降低机组在强风条件下时整机所受载荷，保障风电机组所承受的载荷最小，同时结合风电机组运行风速条件，在确保风电机组安全的情况下，进一步提升风电机组运行发电能力，增加发电量及收益。
本发明通过下述技术方案实现：一种风电机组高低空协同精准对风装置，包括测风飞行装置、线缆收放装置、蓄能装置以及卫星通讯装置；所述线缆收放装置、蓄能装置以及卫星通讯装置均安装在风电机组机舱的顶部平台处，所述线缆收放装置通过线缆与测风飞行装置连接，用于通过伸长或收回线缆控制测风飞行装置的升降，且所述线缆收放装置与测风飞行装置通讯连接，用于获取测风飞行装置的姿态以及环境数据，同时所述线缆收放装置与测风飞行装置电连接，所述蓄能装置与测风飞行装置电连接，所述卫星通讯装置与测风飞行装置通讯连接，所述测风飞行装置、线缆收放装置、蓄能装置以及卫星通讯装置均与风电机组的主控系统通讯连接。
进一步，所述测风飞行装置内置有飞行对风稳定系统，用于在台风环境下实现稳定飞行。
进一步，所述线缆收放装置内置有对风旋转和停机锁止机构，用于跟随测风飞行装置进行对风调整。
进一步，所述线缆收放装置内置有角度监测机构，用于监测自身对风角度。
进一步，所述线缆收放装置通过接地线缆接入到风电机组的防雷系统中。
进一步，所述蓄能装置包括电连接的光伏太阳板和储能蓄电池，用于为测风飞行装置提供后备电力。
本发明所提供的一种根据上述的风电机组高低空协同精准对风装置的对风方法，包括以下步骤：
对测风飞行装置预设启动风速，当外部风速低于预设的启动风速时，测风飞行装置处于待机状态，设置在线缆收放装置的一侧，作为辅助监测风速风向，此时风电机组运用平台测风桅杆的风速风向仪作为主要测试对风设备；当外部风速达到预设的启动风速时，测风飞行装置则飞行，并在飞行预设高度后进入悬停状态，进行实时测量，为风电机组主控系统提供数据反馈，从而驱动风电机组主动偏航系统动作，包括偏航制动释放、偏航驱动启动、偏航驱动停止、偏航制动，实现风电机组的精准对风；
同时，线缆收放装置获取测风飞行装置的姿态数据及环境数据，并跟随测风飞行装置进行对风调整，将对风调整的角度通讯至风电机组的主控系统，并与风电机组测风系统数据进行角度偏差值对比，激活风电机组进行主动偏航，直至风电机组角度偏差值在预设的范围内，即可保证机组偏航对风方向的准确性；此外，卫星通讯装置在风电机组断电时为风电机组提供准确的风向角度及变化趋势信息，激活风电机组主动偏航对风。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明能够为风电机组实现远程主动偏航抗台风提供可靠的精准对风方案，有效降低机组在强风条件下时整机所受载荷，保障风电机组所承受的载荷最小，同时结合风电机组运行风速条件，在确保风电机组安全的情况下，进一步提升风电机组运行发电能力，增加发电量及收益；同时，结合低风速时实用风电机组的平台测风桅杆的风速风向仪测试对风，可以保障风电机组的对风方向。
附图说明
图1为安装有对风装置的风电机组的结构示意图。
图2为风电机组高低空协同精准对风装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1至图2所示，为本实施例所提供的风电机组高低空协同精准对风装置，包括测风飞行装置1、线缆收放装置2、蓄能及通讯装置3；
所述蓄能及通讯装置3集成了蓄能装置以及卫星通讯装置；所述线缆收放装置2、蓄能装置以及卫星通讯装置均安装在风电机组机舱01的顶部平台处；所述线缆收放装置2通过线缆与测风飞行装置1连接，用于通过伸长或收回线缆控制测风飞行装置2的升降，即控制测风飞行装置1的释放悬停及停机回收状态，且所述线缆收放装置2与测风飞行装置1通讯连接，用于获取测风飞行装置1的姿态以及环境数据，所述测风飞行装置1内置有飞行对风稳定系统，满足80m/s以下的超强台风下稳定飞行；同时所述线缆收放装置2与测风飞行装置1电连接，为测风飞行装置1供电，所述线缆收放装置2通过接地线缆接入到风电机组的防雷系统中；所述线缆收放装置2内置有对风旋转和停机锁止机构，用于跟随测风飞行装置1进行对风调整；所述线缆收放装置2内置有角度监测机构，用于监测自身对风角度；所述蓄能装置与测风飞行装置1电连接，所述蓄能装置包括电连接的光伏太阳板和储能蓄电池，用于为测风飞行装置1提供后备电力，所述储能蓄电池为铅酸电池或锂电池；所述卫星通讯装置与测风飞行装置1通讯连接，结合风电机组的柴油发电机后备电源系统，使风电机组具备远程自动控制机组主动偏航对风的能力，在风电机组断电时为风电机组提供准确的风向角度及变化趋势信息，激活风电机组主动偏航对风；所述测风飞行装置1、线缆收放装置2、蓄能装置以及卫星通讯装置均与风电机组的主控系统(图中未画出)通讯连接。
本实施例所提供的上述的风电机组高低空协同精准对风装置的对风方法，包括以下步骤：
对测风飞行装置1预设启动风速，当外部风速低于预设的启动风速时，测风飞行装置1处于待机状态，设置在线缆收放装置2的一侧，作为辅助监测风速风向，此时风电机组运用平台测风桅杆的风速风向仪作为主要测试对风设备；当外部风速达到预设的启动风速时，测风飞行装置1则飞行，并在飞行预设高度后进入悬停状态，进行实时测量，为风电机组主控系统提供数据反馈，从而驱动风电机组主动偏航系统动作，包括偏航制动释放、偏航驱动启动、偏航驱动停止、偏航制动，实现风电机组的精准对风；
同时，线缆收放装置2获取测风飞行装置1的姿态数据及环境数据，并跟随测风飞行装置1进行对风调整，将对风调整的角度通讯至风电机组的主控系统，并与风电机组测风系统数据进行角度偏差值对比，激活风电机组进行主动偏航，直至风电机组角度偏差值在预设的范围内，即可保证风电机组偏航对风方向的准确性；此外，卫星通讯装置在风电机组断电时为风电机组提供准确的风向角度及变化趋势信息，激活风电机组主动偏航对风。
以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种风电机组高低空协同精准对风装置，其特征在于：包括测风飞行装置、线缆收放装置、蓄能装置以及卫星通讯装置；所述线缆收放装置、蓄能装置以及卫星通讯装置均安装在风电机组机舱的顶部平台处，所述线缆收放装置通过线缆与测风飞行装置连接，用于通过伸长或收回线缆控制测风飞行装置的升降，且所述线缆收放装置与测风飞行装置通讯连接，用于获取测风飞行装置的姿态以及环境数据，同时所述线缆收放装置与测风飞行装置电连接，所述蓄能装置与测风飞行装置电连接，所述卫星通讯装置与测风飞行装置通讯连接，所述测风飞行装置、线缆收放装置、蓄能装置以及卫星通讯装置均与风电机组的主控系统通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组高低空协同精准对风装置，其特征在于：所述测风飞行装置内置有飞行对风稳定系统，用于在台风环境下实现稳定飞行。
3.根据权利要求1所述的一种风电机组高低空协同精准对风装置，其特征在于：所述线缆收放装置内置有对风旋转和停机锁止机构，用于跟随测风飞行装置进行对风调整。
4.根据权利要求1所述的一种风电机组高低空协同精准对风装置，其特征在于：所述线缆收放装置内置有角度监测机构，用于监测自身对风角度。
5.根据权利要求1所述的一种风电机组高低空协同精准对风装置，其特征在于：所述线缆收放装置通过接地线缆接入到风电机组的防雷系统中。
6.根据权利要求1所述的一种风电机组高低空协同精准对风装置，其特征在于：所述蓄能装置包括电连接的光伏太阳板和储能蓄电池，用于为测风飞行装置提供后备电力。
7.一种根据权利要求1-6任意一项所述的风电机组高低空协同精准对风装置的对风方法，其特征在于，包括以下步骤：
对测风飞行装置预设启动风速，当外部风速低于预设的启动风速时，测风飞行装置处于待机状态，设置在线缆收放装置的一侧，作为辅助监测风速风向，此时风电机组运用平台测风桅杆的风速风向仪作为主要测试对风设备；当外部风速达到预设的启动风速时，测风飞行装置则飞行，并在飞行预设高度后进入悬停状态，进行实时测量，为风电机组主控系统提供数据反馈，从而驱动风电机组主动偏航系统动作，包括偏航制动释放、偏航驱动启动、偏航驱动停止、偏航制动，实现风电机组的精准对风；
同时，线缆收放装置获取测风飞行装置的姿态数据及环境数据，并跟随测风飞行装置进行对风调整，将对风调整的角度通讯至风电机组的主控系统，并与风电机组测风系统数据进行角度偏差值对比，激活风电机组进行主动偏航，直至风电机组角度偏差值在预设的范围内，即可保证机组偏航对风方向的准确性；此外，卫星通讯装置在风电机组断电时为风电机组提供准确的风向角度及变化趋势信息，激活风电机组主动偏航对风。
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