CN105484937B - 风力发电机组变桨***的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种风力发电机组变桨***的控制方法及装置。所述风力发电机组变桨***的控制方法包括：获取风力发电机组的停机模式；根据所述停机模式，按照第一紧急停机流程控制所述变桨***执行停机操作，或者按照第二紧急停机流程控制所述变桨***执行分段停机操作。通过本发明的风力发电机组变桨***的控制方法及装置，实现了基于不同的停机模式采用相应的停机操作流程，提高了风力发电机组停机操作的安全性，降低了机组设计载荷。
Description
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组变桨***的控制方法及装置。
背景技术
随着技术的发展，可再生能源的关注和利用程度日益增加，其中，风力发电是一种已经发展相对成熟的能源技术。风力发电要求有较强的环境适应能力，而变桨***则是风力发电的核心部件之一。变桨***接收风力发电机组主控***的指令来实现调节风机叶片到指定角度。额定风速以下，叶片位置保持在0度附近，最大限度捕获风能，保证空气动力效率；当达到或超过额定风速时，根据主控***的指令调节叶片角度，保证机组的输出功率。
另外，变桨***是目前***唯一的停车机制，通过将叶片迅速顺至停机位置来完成刹车。风机在不同的状态下停机模式有所不同，主要有以下几种：检测故障停机、小风停机或大风停机(不报故障停机)和手动停机。另外还有一种特殊停机模式，即叶片卡死停机。现有的***设计是当机组出现上述所有停机模式，均通过触发安全链并以设定速率完成紧急收桨停机动作。
然而，现有设计具有以下不足之处：首先，随着同功率机组叶片不断大型化开发，大叶片机组开发过程中，在叶片卡死工况下，由于叶轮气动不平衡导致主轴所受极限载荷较大，现有的按照设定速率紧急停机模式，对机组结构件强度校核是不能通过的；其次，无论何种停机模式，均采用单一的停机操作流程，将无法有效地保证风力发电机组的安全。
发明内容
本发明实施例的目的在于，提供一种风力发电机组变桨***的控制方法及装置，以实现基于不同的停机模式采用相应的停机操作流程，提高风力发电机组停机操作的安全性，并降低机组设计载荷。
为实现上述发明目的，本发明的实施例提供了一种风力发电机组变桨***的控制方法，所述方法包括：获取风力发电机组的停机模式；根据所述停机模式，按照第一紧急停机流程控制所述变桨***执行停机操作，或者按照第二紧急停机流程控制所述变桨***执行分段停机操作。
本发明的实施例还提供了一种风力发电机组变桨***的控制装置，所述装置包括：停机模式获取模块，用于获取风力发电机组的停机模式；停机操作控制模块，用于根据所述停机模式，按照第一紧急停机流程控制所述变桨***执行停机操作，或者按照第二紧急停机流程控制所述变桨***执行分段停机操作。
本发明实施例提供的风力发电机组变桨***的控制方法及装置，通过获取风力发电机组的停机模式，进一步根据停机模式，按照第一紧急停机流程控制变桨***执行停机操作，或者按照第二紧急停机流程控制变桨***执行分段停机操作，实现了基于不同的停机模式采用相应的停机操作流程，提高了风力发电机组停机操作的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例一的风力发电机组变桨***的控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一的第一变桨安全链的示例性结构示意图；
图3为本发明实施例一的第二变桨安全链的示例性结构示意图；
图4为本发明实施例二的风力发电机组变桨***的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例风力发电机组变桨***的控制方法及装置进行详细描述。
实施例一
图1为本发明实施例一的风力发电机组变桨***的控制方法的流程示意图，如图1所示，风力发电机组变桨***的控制方法包括：
步骤110：获取风力发电机组的停机模式。
步骤120：根据停机模式，按照第一紧急停机流程控制变桨***执行停机操作，或者按照第二紧急停机流程控制变桨***执行分段停机操作。
这里，需要强调的是，“第一”、“第二”仅是一种指代，用以区别不同的紧急停机流程，而不作为对停机流程的具体限定。
从本发明的目的出发，对于不同的停机模式不再采用单一的停机操作流程，而是结合停机模式所反映出的工况情况，采用相应的有效的紧急停机流程。以下对基于不同的停机模式采用相应的停机操作流程进行详细说明。
一种情况，停机模式可以为对应执行第二紧急停机流程的叶片卡死故障停机模式，相应地，根据本发明示例性的实施例，步骤120中按照第二紧急停机流程控制变桨***执行分段停机操作的处理可包括：获取风力发电机组的三只叶片中最大的桨距角；判断最大的桨距角是否小于角度阈值，如果最大的桨距角小于角度阈值，则控制未卡死叶片以设定的第二速率收桨直至达到角度阈值后进入等待过程；在等待过程中获取叶轮转速，并记录等待时间，当叶轮转速低于转速阈值或者等待时间大于时间阈值时，控制未卡死叶片继续以设定的第二速率收桨直至安全位置。
进一步地，步骤120中按照第二紧急停机流程控制变桨***执行分段停机操作的处理还可包括：如果最大的桨距角大于角度阈值，则控制未卡死叶片以设定的第二速率收桨直至停机。
也就是说，对叶片卡死工况的停机模式进行优化，由原有设计的按照单一的设定速率进行紧急收桨停机操作，转变为进行不同停机速率和分段停机操作。在具体的实现方式中，以单只叶片卡死故障为例，在叶片卡死故障触发后，如果当前三只叶片中最大桨距角大于设定角度，则两只未卡死叶片以某速率停机收桨；如果当前三只叶片最大桨距角小于设定角度时，则两只未卡死叶片以某速率紧急停机收桨，直至两只未卡死叶片的桨距角均达到该设定角度，停止收桨，进入等待状态；在等待状态中，当叶轮转速低于转速阈值或等待时间大于时间阈值，继续以某速率收桨停机，直至此两只叶片收桨到安全位置完成停机过程。
需要说明的是，前述叶片卡死故障可为在以下至少一种情况对应的模式：变桨***的驱动器信号丢失、变桨***的第二变桨安全链断开、任意两叶片的桨距角的差值超过阈值，或者变桨***的第一变桨安全链和第二变桨安全链均断开，其中，第二变桨安全链的优先级高于第一变桨安全链的优先级。
又一种情况，执行第一紧急停机流程对应的停机模式可以为以下至少一种情况对应的模式：手动停机、小风期停机、大风期停机和第一变桨安全链断开。需要说明的是，在风电领域，由于受到气候和地形两个因素的影响，有小风季节和大风季节的区分。在小风季节或是大风季节均会进行停机处理，停机期间进行风机检修维护以提高风电厂的发电量，因此，小风季节和大风季节的情况对应的模式，分别为小风期停机和大风期停机。
相应地，根据本发明示例性的实施例，步骤120中按照第一紧急停机流程控制变桨***执行停机操作的处理可包括：控制叶片以设定的第一速率收桨直至安全位置。
图2为本发明实施例一的第一变桨安全链的示例性结构示意图，参照图2，这里，第一变桨安全链可包括第一外部安全链和第一内部安全链。第一外部安全链由外部主控***的128K4继电器信号控制并联在每个变桨柜内的18K9继电器。如果外部控制信号断开，那么任何一个变桨柜都能通过18K9继电器的触点来触发第一紧急停机流程。同样，第一内部安全链由分布在每个变桨柜内的13K4继电器的触点串联而成，当任意一个变桨柜内的13K4触点断开，将触发第一紧急停机流程。
图3为本发明实施例一的第二变桨安全链的示例性结构示意图，参照图3，同样地，第二变桨安全链可包括第二外部安全链和第二内部安全链。第二外部安全链由外部信号控制并联在每个变桨柜内的18K11、18K12、18K13继电器。如果外部控制信号断开，那么每个变桨柜都能通过18K11、18K12、18K13继电器的触点来触发第二紧急停机流程。同样，第二内部安全链由分布在每个变桨柜内13K10、13K11、13K12继电器的触点串联而成，当任意一个变桨柜内的继电器触点断开，将触发第二紧急停机流程，同时需通知主控***。
由此，下面结合实际应用详细说明一下前述叶片卡死故障的四种情况：
一是变桨***的驱动器信号丢失。此种情况意味着变桨驱动器无法继续工作，此时叶片无法移动。但也有少数可能，驱动信号丢失后，驱动器仍可完成顺桨动作。对上述两种情况不做区分，均按卡死故障对待。
二是变桨***的第二变桨安全链断开。变桨外安全链由主控***121K11传递过来的第二变桨安全链断开。此信号正常时为高电平，当主控***检测出叶片卡死故障，或发现第二变桨安全链的外部安全链断开时，将此信号设置为低电平。当主控***与变桨***之间的通讯总线故障时，此信号也会变为低电平，此时也会进入第二紧急停机流程，即主控***与变桨***之间的通讯总线故障均按照叶片卡死故障对待。
此外，还有第二变桨安全链的内部安全链断开。主控***接收到的内部安全链控制信号通过输入控制器，正常时为高电平，当另外两个变桨柜的其中之一发生卡死故障时，此信号变为低电平，按照第二紧急停机流程停机。
三是任意两叶片的桨距角的差值超过阈值。具体来说，变桨程序从主控***与变桨***之间的通讯总线读取三个变桨柜的当前位置，并两两进行比较，若差值大于某角度值就认为某叶片卡死而报出故障。机组正常运行时，两两叶片的角度差不会大于设定角度值。
然而，在实际应用中，旋转编码器问题会影响到变桨位置比较故障的判断。以下针对旋转编码器问题可能出现的情况进行说明：(1)旋转编码器输出值在某周期内发生跳变。变桨程序会将跳变滤除掉，无故障报出；(2)旋转编码器输出值跳变超过某周期，且跳变值不超过某角度值。变桨程序报出变桨速度超限故障，按照第一紧急停机流程；(3)旋转编码器输出值跳变超过某周期，且跳变值超过某角度。变桨程序报出变桨速度超限及变桨位置比较故障，由于第二变桨安全链优先级高，按照第二紧急停机流程停机。此种情况发生概率较低。(4)当变桨柜与主控***的通讯中断时，三个叶片的角度都为零，此时不会报出变桨位置比较故障，但根据上述第二种情况可知，主控***与变桨***之间的总线通讯故障均按照卡死故障对待，因此按照第二紧急停机流程停机。(5)三个变桨柜中任意一个发生通讯故障时，另外两个变桨柜收到的来自通讯故障的变桨柜对应的叶片角度为零，都会报出变桨位置比较故障，按照第二紧急停机流程停机。
四是前述第二变桨安全链的优先级高于第一变桨安全链的优先级，也就是说，在两套变桨安全链都断开的情况下，须按照第二变桨安全链所对应的紧急停机流程来完成顺桨。
在实际应用中，还有一些其他的特殊停机不由变桨***来判断，例如电网掉电、变流器急停、低电压穿越失败、电网故障等。而是由主控***判断故障后，通过传输触发第二紧急停机流程的标志位到变桨***以执行第二紧急停机流程，具体地，主控***触发第二变桨安全链告知变桨***执行停机操作。
本发明实施例提供的风力发电机组变桨***的控制方法，与现有技术相比，具有以下技术效果：
一方面，通过获取风力发电机组的停机模式，进一步根据停机模式，按照第一紧急停机流程控制变桨***执行停机操作，或者按照第二紧急停机流程控制变桨***执行分段停机操作，实现了基于不同的停机模式采用相应的停机操作流程，提高了风力发电机组停机操作的安全性和可靠性；
另一方面，降低了机组设计载荷，从而解决了特殊工况下现有设计中整机结构件强度设计不够的问题；
再一方面，两套独立的变桨安全链即第一变桨安全链和第二变桨安全链，进一步实现了在发生叶片卡死等特殊工况故障下的高安全可靠性。
实施例二
图4为本发明实施例二的风力发电机组变桨***的控制装置的结构示意图，可用于执行如图1所示实施例的方法步骤。
参照图4，该风力发电机组变桨***的控制装置包括停机模式获取模块410和停机操作控制模块420。
停机模式获取模块410用于获取风力发电机组的停机模式。
停机操作控制模块420用于根据停机模式，按照第一紧急停机流程控制变桨***执行停机操作，或者按照第二紧急停机流程控制变桨***执行分段停机操作。
优选地，停机模式可为对应执行第二紧急停机流程的叶片卡死故障停机模式，相应地，停机操作控制模块420包括：
桨距角获取单元(图中未示出)用于获取风力发电机组的三只叶片中最大的桨距角；
第一收桨控制单元(图中未示出)用于判断最大的桨距角是否小于角度阈值，如果最大的桨距角小于角度阈值，则控制未卡死叶片以设定的第二速率收桨直至达到角度阈值后进入等待过程；
第二收桨控制单元(图中未示出)用于在等待过程中获取叶轮转速，并记录等待时间，当叶轮转速低于转速阈值或者等待时间大于时间阈值时，控制未卡死叶片继续以设定的第二速率收桨直至安全位置。
进一步地，停机操作控制模块420还可包括：第三收桨控制单元(图中未示出)用于如果最大的桨距角大于角度阈值，则控制未卡死叶片以设定的第二速率收桨直至停机。
需要说明的是，叶片卡死故障停机模式可为在以下至少一种情况对应的模式：变桨***的驱动器信号丢失、变桨***的第二变桨安全链断开、任意两叶片的桨距角的差值超过阈值，或者变桨***的第一变桨安全链和第二变桨安全链均断开，其中，第二变桨安全链的优先级高于第一变桨安全链的优先级。
优选地，执行第一紧急停机流程对应的停机模式可为以下至少一种情况对应的模式：手动停机、小风期停机、大风期停机和第一变桨安全链断开，相应地，停机操作控制模块420包括：第四收桨控制单元(图中未示出)用于控制叶片以设定的第一速率收桨直至安全位置。
本发明实施例提供的风力发电机组变桨***的控制装置，通过获取风力发电机组的停机模式，进一步根据停机模式，按照第一紧急停机流程控制变桨***执行停机操作，或者按照第二紧急停机流程控制变桨***执行分段停机操作，实现了基于不同的停机模式采用相应的停机操作流程，提高了风力发电机组停机操作的安全性和可靠性。
此外，降低了机组设计载荷，从而解决了特殊工况下现有设计中整机结构件强度设计不够的问题；同时，两套独立的变桨安全链即第一变桨安全链和第二变桨安全链，进一步实现了在发生叶片卡死等特殊工况故障下的高安全可靠性
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 (6)
1.一种风力发电机组变桨***的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取风力发电机组的停机模式；
根据所述停机模式，按照第一紧急停机流程控制所述变桨***执行停机操作，或者按照第二紧急停机流程控制所述变桨***执行分段停机操作；
其中，执行所述第一紧急停机流程对应的所述停机模式为以下至少一种情况对应的模式：手动停机、小风期停机、大风期停机和第一变桨安全链断开，所述按照第一紧急停机流程控制所述变桨***执行停机操作包括：控制叶片以设定的第一速率收桨直至安全位置；所述第一变桨安全链包括第一外部安全链和第一内部安全链，第一外部安全链由外部主控***的128K4继电器信号控制并联在每个变桨柜内的18K9继电器；如果外部主控***的继电器信号断开，每一个变桨柜通过18K9继电器的触点来触发第一紧急停机流程，第一内部安全链由分布在每个变桨柜内的13K4继电器的触点串联而成，当任意一个变桨柜内的13K4触点断开，将触发第一紧急停机流程；
执行所述第二紧急停机流程对应的所述停机模式为叶片卡死故障停机模式；所述叶片卡死故障停机模式为以下至少一种情况对应的模式：变桨***的驱动器信号丢失、变桨***的第二变桨安全链断开、任意两叶片的桨距角的差值超过阈值，或者变桨***的第一变桨安全链和所述第二变桨安全链均断开，其中，所述第二变桨安全链的优先级高于所述第一变桨安全链的优先级；
所述第二变桨安全链包括第二外部安全链和第二内部安全链，第二外部安全链由外部信号控制并联在每个变桨柜内的18K11、18K12、18K13继电器，如果外部控制信号断开，那么每个变桨柜都能通过18K11、18K12、18K13继电器的触点来触发第二紧急停机流程，第二内部安全链由分布在每个变桨柜内13K10、13K11、13K12继电器的触点串联而成，当任意一个变桨柜内的继电器触点断开，将触发第二紧急停机流程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照第二紧急停机流程控制所述变桨***执行分段停机操作包括：
获取风力发电机组的三只叶片中最大的桨距角；
判断所述最大的桨距角是否小于角度阈值，如果所述最大的桨距角小于角度阈值，则控制未卡死叶片以设定的第二速率收桨直至达到所述角度阈值后进入等待过程；
在所述等待过程中获取叶轮转速，并记录等待时间，当所述叶轮转速低于转速阈值或者等待时间大于时间阈值时，控制未卡死叶片继续以所述设定的第二速率收桨直至安全位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述按照第二紧急停机流程控制所述变桨***以设定的第二速率执行分段停机操作还包括：
如果所述最大的桨距角大于所述角度阈值，则控制未卡死叶片以所述设定的第二速率收桨直至停机。
4.一种风力发电机组变桨***的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
停机模式获取模块，用于获取风力发电机组的停机模式；
停机操作控制模块，用于根据所述停机模式，按照第一紧急停机流程控制所述变桨***执行停机操作，或者按照第二紧急停机流程控制所述变桨***执行分段停机操作；
其中，执行所述第一紧急停机流程对应的所述停机模式为以下至少一种情况对应的模式：手动停机、小风期停机、大风期停机和第一变桨安全链断开，所述按照第一紧急停机流程控制所述变桨***执行停机操作包括：控制叶片以设定的第一速率收桨直至安全位置；所述第一变桨安全链包括第一外部安全链和第一内部安全链，第一外部安全链由外部主控***的128K4继电器信号控制并联在每个变桨柜内的18K9继电器；如果外部主控***的继电器信号断开，每一个变桨柜通过18K9继电器的触点来触发第一紧急停机流程，第一内部安全链由分布在每个变桨柜内的13K4继电器的触点串联而成，当任意一个变桨柜内的13K4触点断开，将触发第一紧急停机流程；
当所述停机模式为叶片卡死故障停机模式时，所述停机操作控制模块执行所述第二紧急停机流程；所述叶片卡死故障停机模式为在以下至少一种情况对应的模式：变桨***的驱动器信号丢失、变桨***的第二变桨安全链断开、任意两叶片的桨距角的差值超过阈值，或者变桨***的第一变桨安全链和所述第二变桨安全链均断开，其中，所述第二变桨安全链的优先级高于所述第一变桨安全链的优先级；
所述第二变桨安全链包括第二外部安全链和第二内部安全链，第二外部安全链由外部信号控制并联在每个变桨柜内的18K11、18K12、18K13继电器，如果外部控制信号断开，那么每个变桨柜都能通过18K11、18K12、18K13继电器的触点来触发第二紧急停机流程，第二内部安全链由分布在每个变桨柜内13K10、13K11、13K12继电器的触点串联而成，当任意一个变桨柜内的继电器触点断开，将触发第二紧急停机流程。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述停机操作控制模块包括：
桨距角获取单元，用于获取风力发电机组的三只叶片中最大的桨距角；
第一收桨控制单元，用于判断所述最大的桨距角是否小于角度阈值，如果所述最大的桨距角小于角度阈值，则控制未卡死叶片以设定的第二速率收桨直至达到所述角度阈值后进入等待过程；
第二收桨控制单元，用于在所述等待过程中获取叶轮转速，并记录等待时间，当所述叶轮转速低于转速阈值或者等待时间大于时间阈值时，控制未卡死叶片继续以所述设定的第二速率收桨直至安全位置。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述停机操作控制模块还包括：第三收桨控制单元，用于如果所述最大的桨距角大于所述角度阈值，则控制未卡死叶片以所述设定的第二速率收桨直至停机。
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