CN103225586A - 一种风力发电机组防飞车安全控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种风力发电机组防飞车安全控制方法,具体包括:当风力发电机组出现故障时,风力发电机组的主控制***PLC进入停机过程;判断进行停机后或进入PLC安全模式,启动变流器进入安全模式,变流器安全模式能够使变流器屏蔽非关键故障,最大可能维持风力发电机组工作,当风力发电机现行的转速大于启动转速时,变流器发电运行;当风力发电机的转速不大于启动转速时,变流器不运行。本发明增加了PLC安全模式控制环节,此控制环节能够自动识别风机运行状态,并自动上报中央监控***,及早通知现场处置人员,大大提高了风力发电机组控制***的安全级别,极大的降低了由于变桨失控造成的风机飞车安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组防飞车安全控制方法。
背景技术
目前兆瓦级直驱风力发电机组控制***中,具备较为完善的控制逻辑和保护机制,能够防止风力发电机组飞车事故的发生。但如果控制***失效则会造成变桨机构无法回到顺桨状态,风机发电机将受到持续的风能作用不断加速,超过风机发电机组塔架结构载荷要求,最终导致发电机轴承断裂甚至机组倒塌等重大飞车事故的发生。风机发电机组控制***中通常保护机制按各个子部件进行故障分类判断,一旦任一子部件保护机制被触发,控制逻辑将进入停机过程,将兆瓦级风力发电机组的变桨执行机构回到顺桨状态,保证机组不再接受风能运行。而在风力发电机组控制***中对于停机过程中,变桨执行机构无法回到顺桨状态的条件下,进行有效的检测和控制,成为防止飞车事故发生的一项重要关键技术。
如图1所示,为直驱风力发电***构成图,***中采用背靠背双PWM变流器3,分别与直驱风力发电机2和电网4进行连接。PLC作为风力发电机组控制***的主控制单元6,负责协调机组各个部件的工作。其中主要部件包括偏航机构7、3个变桨机构5、变流器3;其中偏航机构7负责整个风力发电机组面对风向的角度,当风向发生变化时,偏航机构7根据风向标反馈风向进行对风,这样能够最大程度接收风能;而3个变桨机构5分别控制3个叶片1的旋转,从而控制直驱风力发电机叶片1接受风能的大小,当处于顺桨状态时,机组处于停机状态;变流器3为连接发电***的中间环节,实现了能量从风力发电机2馈入电网4的作用,为风力发电机2的运行提供负载。
然而,上述的现有技术中存在的缺点如下:当风力发电机组故障发生时,控制***将启动停机过程,停止变流器工作,不再施加负载,发电机处于空载运行状态。而对于停机过程中,风力发电机组能够出现飞车危险的情况只有1个,就是3个叶片同时不能收回。3个变桨执行机构无法回到顺桨状态的条件下,发电机完全由叶片接收的风能控制,在风速大于克服发电机空载扭矩的条件下,发电机将持续加速,直至飞车。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提出一种风力发电机组防飞车安全控制方法,增加了PLC安全模式控制环节,能够自动识别风机运行状态,并自动上报中央监控***,大大提高了风力发电机组控制***的安全级别。
本发明提出一种风力发电机组防飞车安全控制方法。包括以下步骤:
步骤一:风力发电机组启动后,正常运行并网发电,当风力发电机组出现故障时,风力发电机组的主控制***PLC进入停机过程;
步骤二:主控制***PLC进入停机过程后,判断是否进入停机状态,若进入停机状态,则重新启动并返回步骤一,若未进入停机状态,则进入主控制***安全模式,然后进入步骤三;
步骤三:启动变流器进入变流器安全模式,变流器安全模式是为了减少不必要的故障可能性,屏蔽非关键性硬件故障和软件故障,最大程度保证变流器配合主控制***PLC能够正常工作,当风力发电机现行的转速大于启动转速时,变流器发电运行;当风力发电机的转速不大于启动转速时,变流器不运行;
步骤四:风力发电机的转速维持在额定转速以下后,进行人工强行锁定叶轮,并进行人工顺桨。
进一步地,所述步骤二中判断是否进入停机状态具体为:当进入停机过程20秒以内,风力发电机组三个桨叶均完全回到大于85°的顺桨状态或风力发电机的转速低于2rpm时,则风力发电机组从停机过程进入停机状态;当超过20秒,风力发电机组的三个桨叶中任意一个不能回到大于85°顺桨状态或风力发电机的转速不低于2rpm时,则主控制***PLC进入安全模式,并上报中央监控***,同时偏航机构进行偏航动作,使风力发电机组侧风90°偏航运行。
进一步地,所述步骤三中变流器安全模式是为了减少不必要的故障可能性,屏蔽非关键性硬件故障和软件故障,最大程度保证变流器配合主控制***PLC能够正常工作,当风力发电机现行的转速大于启动转速时,变流器发电运行具体为:由主控制***PLC控制给风力发电机施加负载扭矩Te,变流器则根据公式Te=1.5pψfIq,得到变流器执行电流值Iq,其中p为电机极对数、ψf为电机永磁体磁链。
本发明具有的优点在于:
本发明提出的一种风力发电机组防飞车安全控制方法,增加PLC安全模式控制环节后,此控制环节能够自动识别风机运行状态,使变流器屏蔽非关键故障,最大可能维持风力发电机组工作,并自动上报中央监控***,及早通知现场处置人员,大大提高了风力发电机组控制***的安全级别,极大的降低了由于变桨失控造成的风机飞车安全隐患。
附图说明
图1是现有技术中直驱风力发电***构成图;
图2是本发明提出的一种风力发电机组防飞车安全控制方法。
图1中:1-叶片;2-直驱风力发电机;3-变流器;4-电网;5-变桨机构;6-主控制***PLC;7-偏航机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提出的一种风力发电机组防飞车安全控制方法,如图2所示,具体包括以下步骤:
步骤一:风力发电机组启动后,正常运行并网发电,当风力发电机组出现故障时,风力发电机组的主控制***PLC6进入停机过程。
步骤二:在停机过程中,3个变桨执行机构5将执行顺桨动作,正常情况下,于20秒以内(包括20秒),风力发电机组三个桨叶均完全回到大于85°顺桨状态或转速下降低于2rpm,则认为风力发电机组从停机过程进入停机状态,停机后,可以重新启动开机;非正常情况下,当超过20秒,风力发电机组三个桨叶中任意一个不能回到大于85°顺桨状态或转速高于2rpm,则主控制***PLC6进入主控制***安全模式,并上报中央监控***,同时偏航机构7进行偏航动作,使风力发电机组侧风90°偏航运行,从而减小风力发电机组接收风能,避免风力发电机转速急剧提升,保证即使大风环境下,风力发电机接收的风能仍在额定功率以下。
步骤三:主控制***PLC6进入安全模式之后向变流器3发送安全模式控制命令,使变流器3进入变流器安全模式,之后主控制***PLC6根据当前转速判断,当风力发电机现行的转速大于启动转速4.5rpm时,变流器3发电运行,适时启动变流器3运行在安全模式,由主控制***PLC6控制策略给风力发电机施加负载扭矩Te,变流器3则根据公式(1),得到变流器执行电流值Iq。其中p为电机极对数、ψf为电机永磁体磁链。当风力发电机的转速不大于启动转速时,变流器3不运行。
Te=1.5pψfIq (1)
从而使风力发电机维持额定转速以下,以保证机组安全,避免引起飞车事故。变流器安全模式是为了减少不必要的故障可能性,屏蔽非关键性硬件故障和软件故障,主控制***PLC6判断风力发电机现行的转速是否大于其启动转速4.5rpm,如不大于,则变流器3停机不运行,进行人工强制锁定叶轮,如大于根据主控制***PLC6控制策略进行发电机发电模式控制,保持风力发电机转速在额定转速之下。待风力发电机2转速持续下降至2rpm进入机组停机后,进行人工强行锁定叶轮,并人工顺桨。
其中变流器安全模式主要用于执行以下操作:
1)接收主控制***PLC6安全模式控制命令;
2)屏蔽变流器3非关键故障,包括各类温度故障、通讯故障、预充电超时故障、变流安全链故障、各类继电器与开关反馈故障等,一旦运行中发生故障不再报出;
3)复位变流器故障。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (3)
1.一种风力发电机组防飞车安全控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:风力发电机组启动后,正常运行并网发电,当风力发电机组出现故障时,风力发电机组的主控制***PLC进入停机过程;
步骤二:主控制***PLC进入停机过程后,判断是否进入停机状态,若进入停机状态,则重新启动并返回步骤一,若未进入停机状态,则进入主控制***安全模式,然后进入步骤三;
步骤三:启动变流器进入变流器安全模式,当风力发电机现行的转速大于启动转速时,变流器发电运行;当风力发电机的转速不大于启动转速时,变流器不运行;
步骤四:风力发电机的转速维持在额定转速以下后,进行人工强行锁定叶轮,并进行人工顺桨。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组防飞车安全控制方法,其特征在于:所述步骤二中判断是否进入停机状态具体为:当进入停机过程20秒以内,风力发电机组三个桨叶均完全回到大于85°的顺桨状态或风力发电机的转速低于2rpm时,则风力发电机组从停机过程进入停机状态;当超过20秒,风力发电机组的三个桨叶中任意一个不能回到大于85°顺桨状态或风力发电机的转速不低于2rpm时,则主控制***PLC进入安全模式,并上报中央监控***,同时偏航机构进行偏航动作,使风力发电机组侧风90°偏航运行。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组防飞车安全控制方法,其特征在于:所述步骤三中当风力发电机现行的转速大于启动转速时,变流器发电运行具体为:由主控制***PLC控制给风力发电机施加负载扭矩Te,变流器则根据公式Te=1.5pψfIq,得到变流器执行电流值Iq,其中p为电机极对数、ψf为电机永磁体磁链。
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