CN116498503A - 一种识别风电机组变桨执行失效的方法及系统 - Google Patents

一种识别风电机组变桨执行失效的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种识别风电机组变桨执行失效的方法及系统，包括以下步骤：实时获取每一个叶片变桨实际速率绝对值；比较每一个叶片变桨实际速率绝对值与判断卡桨变桨实际速率阈值的关系；根据叶片变桨实际速率绝对值与判断卡桨变桨实际速率阈值的大小关系确定控制变桨流程结束或卡桨开始累积时间；所述累积时间不大于所述卡桨判断时间阈值时，则控制流程结束；所述累积时间大于所述卡桨判断时间阈值时，向变桨系统发送执行保护控制策略；通过实际变桨角度进行微分得到实际变桨速率，并比较叶片实际变桨速率相对大小判断是否卡桨，是一种更快速识别单叶片卡桨的方法，能降低卡桨情况下的机组大部件极限载荷。

Description

一种识别风电机组变桨执行失效的方法及系统
技术领域
本发明属于风力发电机组控制技术领域，具体涉及一种识别风电机组变桨执行失效的方法及系统。
背景技术
水平轴风力发电机的风轮吸收风能旋转，进而带动连接的发电机旋转发电。根据风速大小的不同，风力发电机组的控制目标不同。在额定风速以上，控制目标为通过变桨控制使机组的转速控制在额定转速附近，从而使机组输出功率在额定功率附近，保证风力发电机组的机械及电气部件在设计范围内可以正常运行。
在传统的发电机转速-变桨控制环，变桨控制指令给出输送到变桨执行机构后进行变桨动作，但变桨执行机构由于元器件损坏、故障等原因使变桨执行机构失效，无法持续执行变桨控制指令，此种情况对风力发电机组非常危险，因为无法通过变桨动作来控制发电机转速。一般解决此问题的方法有实时监测实际变桨角度，如一段时间不变则认为出现卡桨的情况。但此种方法受风速波动影响，一旦无法及时识别出卡桨，会造成风力发电机组大部件遭受极限载荷。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种识别风电机组变桨执行失效的方法，本发明通过实际变桨角度进行微分得到实际变桨速率，并比较三支叶片实际变桨速率相对大小来判断是否卡桨，是一种更快速识别单叶片卡桨的方法，从而降低卡桨情况下的机组大部件极限载荷。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种识别风电机组变桨执行失效的方法，包括以下步骤：
实时获取每一个叶片变桨实际速率绝对值；
比较每一个叶片变桨实际速率绝对值与判断卡桨变桨实际速率阈值的关系；
如果其中一个叶片变桨实际速率绝对值不小于其判断卡桨变桨实际速率阈值，且另外两个叶片变桨实际速率绝对值不大于其判断卡桨变桨实际速率阈值，则控制变桨流程结束；
如果其中一个叶片变桨实际速率绝对值小于其判断卡桨变桨实际速率阈值，且另外两个叶片变桨实际速率绝对值大于其判断卡桨变桨实际速率阈值，则开始累积时间；
比较所述累积时间与叶片变桨实际速率绝对值小于其判断卡桨变桨实际速率阈值的卡桨判断时间阈值，所述累积时间不大于所述卡桨判断时间阈值时，则控制流程结束；所述累积时间大于所述卡桨判断时间阈值时，向变桨系统发送执行保护控制策略。
进一步的，叶片变桨实际速率绝对值＝当前变桨实际角度与前一变桨实际角度差值的绝对值/实际速率转换时间常数。
进一步的，当前变桨实际角度以及前一变桨实际角度基于变桨系统的传感器直接获取。
进一步的，基于当前变桨需求角度确定当前变桨实际角度与前一变桨实际角度差值。
进一步的，判断卡桨实际变桨速率阈值设置为0.1°/s～0.15°/s，一支叶片小于阈值同时另外两支叶片大于阈值触发卡桨。
进一步的，变桨实际速率转换时间常数采用大于等于控制器计算周期一致的时间常数。
进一步的，保护控制策略为停机保护、降低发电机转速、进行偏航控制或故障穿越的方式。
进一步的，基于所述方法的构思，提供一种识别风力发电机组叶片卡桨的系统，包括数据获取模块和判断执行模块；
数据获取模块用于实时获取每一个叶片变桨实际速率绝对值；
判断执行模块用于比较每一个叶片变桨实际速率绝对值与判断卡桨变桨实际速率阈值的关系；如果其中一个叶片变桨实际速率绝对值不小于其判断卡桨变桨实际速率阈值，且另外两个叶片变桨实际速率绝对值不大于其判断卡桨变桨实际速率阈值，则控制变桨流程结束；
如果其中一个叶片变桨实际速率绝对值小于其判断卡桨变桨实际速率阈值，且另外两个叶片变桨实际速率绝对值大于其判断卡桨变桨实际速率阈值，则开始累积时间；
比较所述累积时间与叶片变桨实际速率绝对值小于其判断卡桨变桨实际速率阈值的卡桨判断时间阈值，所述累积时间不大于所述卡桨判断时间阈值时，则控制流程结束；所述累积时间大于所述卡桨判断时间阈值时，向变桨系统发送执行保护控制策略。
同时基于所述方法，可以提供一种风力发电机组控制系统，采用所述识别风电机组变桨执行失效的方法识别机组是否叶片是否卡桨，同时执行控制策略。
还可以提供一种风力发电机组，采用本发明所述的风力发电机组控制系统。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明能够快速识别单叶片卡桨工况，从而快速执行机组保护策略，降低机组大部件的极限载荷；本发明仅通过检测实际变桨角度就可实现识别单叶片卡桨工况，无需新增检测硬件；通过快速识别卡桨工况，降低风电机组遭遇的极限载荷，可有助于风电机组的结构设计，从而降低制造成本；随着风电机组大容量及大叶片高塔筒设计的发展趋势，降低极限载荷，大部件尺寸减小可降低运输限制；快速识别卡桨工况并及时进行停机保护一定程度避免叶片扫塔或机组倾覆等恶行事故发生。
附图说明
图1为本发明实际执行中的一种方法流程示意图。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
为了方便描述本发明用对叶片进行编号分别为叶片1、叶片2和叶片3，编号并不用于限定顺序，在执行过程中所述步骤并不需要依次执行，本发明所提供的一种识别风电机组变桨执行失效的方法，包括以下步骤：
S1，获取当前变桨实际角度1pitch_pos1_c；
S2，获取前一变桨实际角度1pitch_pos1_p；
S3，获取变桨实际速率转换时间常数pitchrate_t；
S4，将当前变桨实际角度1pitch_pos1_c减去前一变桨实际角度1pitch_pos1_p得到前后变桨实际角度1之差；
S5，将S4得到的前后变桨实际角度1之差除以S3变桨实际速率转换时间常数pitchrate_t得到叶片1变桨实际速率pitchrate_1；
S6，对叶片1变桨实际速率pitchrate_1取绝对值，得到叶片1变桨实际速率绝对值pitchrateabs_1；
S7，获取叶片1判断卡桨变桨实际速率阈值pitchratethreshold_1；
S8，获取当前变桨实际角度2pitch_pos2_c；
S9，获取前一变桨实际角度2pitch_pos2_p；
S10，将当前变桨实际角度2pitch_pos2_c减去前一变桨实际角度2pitch_pos2_p得到前后变桨实际角度2之差；
S11，将S10得到的前后变桨实际角度2之差除以S3变桨实际速率转换时间常数pitchrate_t得到叶片2变桨实际速率pitchrate_2；
S12，对叶片2变桨实际速率pitchrate_2取绝对值，得到叶片2变桨实际速率绝对值pitchrateabs_2；
S13，获取叶片2判断卡桨变桨实际速率阈值pitchratethreshold_2；
S14，获取当前变桨实际角度3pitch_pos3_c；
S15，获取前一变桨实际角度3pitch_pos3_p；
S16，将当前变桨实际角度3pitch_pos3_c减去前一变桨实际角度3pitch_pos3_p得到前后变桨实际角度3之差；
S17，将S16得到的前后变桨实际角度3之差除以S3变桨实际速率转换时间常数pitchrate_t得到叶片3变桨实际速率pitchrate_3；
可选的，当前变桨实际角度以及前一变桨实际角度能够从变桨系统的传感器直接获取。
本实施例所述变桨实际速率转换时间常数采用大于等于控制器计算周期一致的时间常数。
S18，对叶片3变桨实际速率pitchrate_3取绝对值，得到叶片2变桨实际速率绝对值pitchrateabs_3；
S19，获取叶片3判断卡桨变桨实际速率阈值pitchratethreshold_3；
一般情况下，三支叶片实际变桨速率为一致，当一支叶片的实际变桨速率很小，同时另外两支叶片的实际变桨速率较大时可识别出风力发电机组叶片卡桨，以此确定每个对应每个叶片的判断卡桨变桨实际速率阈值，作为示例，判断卡桨实际变桨速率阈值可设置为0.1度每秒到0.15度每秒，一支叶片小于阈值同时另外两支叶片大于阈值可触发。
S20，判断pitchrateabs_1是否小于pitchratethreshold_1同时pitchrateabs_2是否大于pitchratethreshold_2同时pitchrateabs_3是否大于pitchratethreshold_3；
S21，如果pitchrateabs_1大于等于pitchratethreshold_1同时pitchrateabs_2小于等于pitchratethreshold_2同时pitchrateabs_3小于等于pitchratethreshold_3，则控制流程结束；
S22，判断pitchrateabs_1小于pitchratethreshold_1同时pitchrateabs_2大于pitchratethreshold_2同时pitchrateabs_3大于pitchratethreshold_3，则开始进行时间累计timer1，timer1从0开始进行时间累计；
S23，获取叶片1卡桨判断时间阈值pitchthreshold_t；
S24，判断timer1是否大于pitchthreshold_t；
S25，如果timer1小于等于pitchthreshold_t，则控制流程结束；
S26，如果timer1大于pitchthreshold_t，则变桨系统执行停机保护；
S27，判断pitchrateabs_2是否小于pitchratethreshold_2同时pitchrateabs_1是否大于pitchratethreshold_1同时pitchrateabs_3是否大于pitchratethreshold_3；
S28，如果pitchrateabs_2大于等于pitchratethreshold_2同时pitchrateabs_1小于等于pitchratethreshold_1同时pitchrateabs_3小于等于pitchratethreshold_3，则控制流程结束；
S29，判断pitchrateabs_2小于pitchratethreshold_2同时pitchrateabs_1大于pitchratethreshold_1同时pitchrateabs_3大于pitchratethreshold_3，则开始进行时间累计timer2，timer2从0开始进行时间累计；
S30，判断timer2是否大于pitchthreshold_t；
S31，如果timer2小于等于pitchthreshold_t，则控制流程结束；
S32，如果timer2大于pitchthreshold_t，则变桨系统执行停机保护；
S33，判断pitchrateabs_3是否小于pitchratethreshold_3同时pitchrateabs_1是否大于pitchratethreshold_1同时pitchrateabs_2是否大于pitchratethreshold_2；
S34，如果pitchrateabs_3大于等于pitchratethreshold_3同时pitchrateabs_1小于等于pitchratethreshold_1同时pitchrateabs_2小于等于pitchratethreshold_2，则控制流程结束；
S35，判断pitchrateabs_3小于pitchratethreshold_3同时pitchrateabs_1大于pitchratethreshold_1同时pitchrateabs_2大于pitchratethreshold_2，则开始进行时间累计timer3，timer3从0开始进行时间累计；
S36，判断timer3是否大于pitchthreshold_t；
S37，如果timer3小于等于pitchthreshold_t，则控制流程结束；
S38，如果timer3大于pitchthreshold_t，则变桨系统执行停机保护。
基于上述实施例，本发明所述的变桨系统执行停机保护还可以用降低发电机转速、进行偏航控制或故障穿越的方式进行替代；可对上述方式进行故障工况联合极限风况的载荷仿真计算，以极限载荷较小的方式决定代替方法。
实施例中所述当前变桨实际角度与前一变桨实际角度差值还能够基于当前变桨需求角度确定，当前变桨需求角度可能会基于在前的变桨执行情况以及当前的机组工况得到，因此也能够反映实际当前变桨实际角度与前一变桨实际角度差值。
基于所述方法的构思，提供一种识别风力发电机组叶片卡桨的系统，包括数据获取模块和判断执行模块；
数据获取模块用于实时获取每一个叶片变桨实际速率绝对值；
判断执行模块用于比较每一个叶片变桨实际速率绝对值与判断卡桨变桨实际速率阈值的关系；如果其中一个叶片变桨实际速率绝对值不小于其判断卡桨变桨实际速率阈值，且另外两个叶片变桨实际速率绝对值不大于其判断卡桨变桨实际速率阈值，则控制变桨流程结束；
如果其中一个叶片变桨实际速率绝对值小于其判断卡桨变桨实际速率阈值，且另外两个叶片变桨实际速率绝对值大于其判断卡桨变桨实际速率阈值，则开始累积时间；
比较所述累积时间与叶片变桨实际速率绝对值小于其判断卡桨变桨实际速率阈值的卡桨判断时间阈值，所述累积时间不大于所述卡桨判断时间阈值时，则控制流程结束；所述累积时间大于所述卡桨判断时间阈值时，向变桨系统发送执行保护控制策略。
同时基于所述方法，本发明可以提供一种风力发电机组控制系统，采用所述识别风电机组变桨执行失效的方法识别机组是否叶片是否卡桨，同时执行控制策略。
本发明还可以提供一种风力发电机组，采用上述风力发电机组控制系统。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种识别风电机组变桨执行失效的方法，其特征在于，包括以下步骤：
实时获取每一个叶片变桨实际速率绝对值；
比较每一个叶片变桨实际速率绝对值与判断卡桨变桨实际速率阈值的关系；
如果其中一个叶片变桨实际速率绝对值不小于其判断卡桨变桨实际速率阈值，且另外两个叶片变桨实际速率绝对值不大于其判断卡桨变桨实际速率阈值，则控制变桨流程结束；
如果其中一个叶片变桨实际速率绝对值小于其判断卡桨变桨实际速率阈值，且另外两个叶片变桨实际速率绝对值大于其判断卡桨变桨实际速率阈值，则开始累积时间；
比较所述累积时间与叶片变桨实际速率绝对值小于其判断卡桨变桨实际速率阈值的卡桨判断时间阈值，所述累积时间不大于所述卡桨判断时间阈值时，则控制流程结束；所述累积时间大于所述卡桨判断时间阈值时，向变桨系统发送执行保护控制策略。
2.根据权利要求1所述的识别风电机组变桨执行失效的方法，其特征在于，叶片变桨实际速率绝对值＝当前变桨实际角度与前一变桨实际角度差值的绝对值/实际速率转换时间常数。
3.根据权利要求2所述的识别风电机组变桨执行失效的方法，其特征在于，当前变桨实际角度以及前一变桨实际角度基于变桨系统的传感器直接获取。
4.根据权利要求2所述的识别风电机组变桨执行失效的方法，其特征在于，基于当前变桨需求角度确定当前变桨实际角度与前一变桨实际角度差值。
5.根据权利要求1所述的识别风电机组变桨执行失效的方法，其特征在于，判断卡桨实际变桨速率阈值设置为0.1°/s～0.15°/s，一支叶片小于阈值同时另外两支叶片大于阈值触发卡桨。
6.根据权利要求1所述的识别风电机组变桨执行失效的方法，其特征在于，变桨实际速率转换时间常数采用大于等于控制器计算周期一致的时间常数。
7.根据权利要求1所述的识别风电机组变桨执行失效的方法，其特征在于，保护控制策略为停机保护、降低发电机转速、进行偏航控制或故障穿越的方式。
8.一种识别风力发电机组叶片卡桨的系统，其特征在于，包括数据获取模块和判断执行模块；
数据获取模块用于实时获取每一个叶片变桨实际速率绝对值；
判断执行模块用于比较每一个叶片变桨实际速率绝对值与判断卡桨变桨实际速率阈值的关系；如果其中一个叶片变桨实际速率绝对值不小于其判断卡桨变桨实际速率阈值，且另外两个叶片变桨实际速率绝对值不大于其判断卡桨变桨实际速率阈值，则控制变桨流程结束；
如果其中一个叶片变桨实际速率绝对值小于其判断卡桨变桨实际速率阈值，且另外两个叶片变桨实际速率绝对值大于其判断卡桨变桨实际速率阈值，则开始累积时间；
比较所述累积时间与叶片变桨实际速率绝对值小于其判断卡桨变桨实际速率阈值的卡桨判断时间阈值，所述累积时间不大于所述卡桨判断时间阈值时，则控制流程结束；所述累积时间大于所述卡桨判断时间阈值时，向变桨系统发送执行保护控制策略。
9.一种风力发电机组控制系统，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述识别风电机组变桨执行失效的方法识别机组是否叶片是否卡桨，同时执行控制策略。
10.一种风力发电机组，其特征在于，采用权利要求9所述的风力发电机组控制系统。
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