CN110552837A - 柔性塔筒风电机组停机控制方法、装置及风电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柔性塔筒风电机组停机控制方法、装置及风电机组。所述方法包括：在风电机组开始执行停机指令之后，向变桨机构发出一个相位和机舱振动相反的变桨指令；实时监控机舱振动，当实时机舱振动值小于设定振动值时，停止所述变桨指令的执行。本发明提供的柔性塔筒风电机组停机控制方法、装置及风电机组可以在不增加机组成本的情况下，有效降低机组停机载荷，提高柔塔运行安全性。

Description

柔性塔筒风电机组停机控制方法、装置及风电机组
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种柔性塔筒风电机组停机控制方法、装置及风电机组。
背景技术
随着风电在我国的不断深入发展，高风速区域的风电装机已经趋于饱和，为了适应较低风速的风资源区域，各个风电机组厂商不断提高塔筒高度来提高风轮运行区域的风速，风电机组的高度已经逐渐由80米发展到90米，100米。
目前100米塔筒高度是常规风电机组的高度瓶颈，也是刚性塔筒的高度极限，由于100米及以下塔筒的固有频率大于0.29Hz，而风电机组的额定转速约0.25Hz，额定转速频率低于塔筒固有频率，风电行业称之为刚性塔筒。反之则额定转速频率高于塔筒固有频率，风电行业称之为柔性塔筒。由于柔性塔筒的高度更高，而且运行频率要必然要和塔筒固有频率重合发生共振，所以柔塔的控制过程中也增加了共振穿越程序，严格控制机组在共振区的运行时间，保证柔塔运行安全。
但是在实际运行测试中发现：机组在停机后，由于塔筒高度较高，塔筒自身阻尼较小，机组自由振动衰减时间较长，给机组带来了较大的疲劳载荷。刚性塔筒停机后约150秒，机组振动可衰减到正常幅值，而柔性塔筒的衰减时间则增大到500秒。为了减少振动衰减时间，多数厂家对机组增加了额外的质量阻尼***，但是由于第一，塔筒自身重量较大(超过120吨)，第二塔筒内部没有足够的空间增加质量阻尼***，实际安装的质量阻尼***起到的作用非常微弱。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种柔性塔筒风电机组停机控制方法、装置及风电机组，从而可以在不增加机组成本的情况下，有效降低机组停机载荷，提高柔塔运行安全性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性塔筒风电机组停机控制方法，所述方法包括：在风电机组开始执行停机指令之后，向变桨机构发出一个相位和机舱振动相反的变桨指令；实时监控机舱振动，当实时机舱振动值小于设定振动值时，停止所述变桨指令的执行。
在一些实施方式中，所述变桨指令具有与机舱振动的固有频率相同的频率。
在一些实施方式中，在向变桨机构发出一个相位和机舱振动相反的变桨指令之前，获取到风电机组停机指令之后，还包括：监测所述机舱振动的固有频率。
在一些实施方式中，监测所述机舱振动的固有频率，包括：获取到停机指令之后，监测机舱振动的第一个峰值，并记录监测到第一个峰值的时间；监测机舱振动的第二个峰值，并记录监测到第二个峰值的时间；根据监测到第一个峰值的时间，以及监测到第二个峰值的时间，确定所述机舱振动的固有频率。
在一些实施方式中，根据监测到第一个峰值的时间，以及监测到第二个峰值的时间，确定所述机舱振动的固有频率，包括：根据如下公式计算所述机舱振动的固有频率：
其中，t2代表监测到第一个峰值的时间，t3代表监测到第二个峰值的时间。
在一些实施方式中，所述变桨指令的峰峰值为4°。
在一些实施方式中，所述变桨指令的发出时刻为：第二个峰值后的第一个过零点，再延迟设定时间。
在一些实施方式中，延迟的设定时间是0.5秒。
此外，本发明还提供了一种柔性塔筒风电机组停机控制装置，所述装置包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据前文所述的柔性塔筒风电机组停机控制装置。
此外，本发明还提供了一种风电机组，所述风电机组包括根据前文所述的柔性塔筒风电机组停机控制装置。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
由于柔塔机组和刚塔机组的差异，使用原有的停机方法会造成柔塔疲劳载荷加大，通过本发明的停机方式，可以在不增加机组成本的情况下，有效降低机组停机载荷，提高柔塔运行安全性。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例提供的柔性塔筒风电机组停机控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的柔性塔筒风电机组停机控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的机舱振动加速度曲线图；
图4是本发明实施例提供的桨距角曲线对比图；
图5是本发明实施例提供的停机桨距角位置图；
图6是本发明实施例提供的柔性塔筒风电机组停机控制装置的结构图图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的柔性塔筒风电机组停机控制方法的流程图。参见图1，柔性塔筒风电机组停机控制方法包括：
S11，监测所述机舱振动的固有频率。
在本发明实施例中，对机舱振动的固有频率的监测开始于开始执行停机动作之后。典型的，对于固有频率的监测动作包括：获取到停机指令之后，监测机舱振动的第一个峰值，并记录监测到第一个峰值的时间；监测机舱振动的第二个峰值，并记录监测到第二个峰值的时间；根据监测到第一个峰值的时间，以及监测到第二个峰值的时间，确定所述机舱振动的固有频率。
具体的，对于机舱振动的固有频率的计算依据如下公式：
其中，t2代表监测到第一个峰值的时间，t3代表监测到第二个峰值的时间。
S12，在风电机组开始执行停机指令之后，向变桨机构发出一个相位和机舱振动相反的变桨指令。
变桨指令具有与机舱振动固有频率相同的频率。并且，变桨指令的相位与实时机舱振动的相位相反。正是由于叠加的变桨指令与实时机舱振动的相位相反，变桨指令为机舱自身的振动增加了气动阻尼。也就是说，使得机舱能够在不增加额外的机械阻尼机构的情况下，有效降低停机载荷，大幅减小停机过程的衰减时间。
典型的，变桨指令对应的峰峰值为4°。
S13，实时监控机舱振动，当实时机舱振动值小于设定振动值时，停止所述变桨指令的执行。
当实时的机舱振动值小于预设振动值阈值时，意味着停机动作完成，也就可以停止变桨指令的执行。
由于在停机过程中，叠加了与机舱振动相位相反的变桨指令，为停机过程增加了额外的气动阻尼。因此，可以在不增加额外的机械阻尼机构的前提下，迅速对停机过程中的机舱振动进行衰减，大大缩短了停机的衰减时间。
图2示出了本发明实施例提供的柔性塔筒风电机组停机控制方法的流程图。参见图2，柔性塔筒风电机组停机控制方法包括：
S21，如下图1所示当风电机组(后文简称机组)由于故障或正常停机时，主控***记录触发停机的时间t1,同时主控PLC对触发停机时刻的振动值进行记录，并找出第1个振动峰值时刻记为t2，第2个振动峰值时刻记为t3。
S22，由于塔筒停机振动基本是塔筒的固有振动，振动波形较简单，由图3可知塔筒振动周期T＝2×(t3-t2),由此可计算出此时塔筒的振动频率f＝1/T。
S23，如图4所示，根据第二计算的频率f，给正常变桨指令叠加一个峰峰值为4°，频率为f、相位和机舱振动相位相反的变桨指令。为了确保变桨执行动作的指令和机舱振动相位相反，需要叠加变桨***的响应延迟时间约0.5秒。如图5所示，变桨指令发出时间应为(t4-0.5)秒。
S24，气动阻尼的加入将使机组停机自由振动迅速衰减，变桨气动阻尼执行后，主控实时监控机舱振动值，当实时机舱振动值小于设定振动值时，变桨气动阻尼叠加停止执行。
图6示出了本发明柔性塔筒风电机组停机控制装置的结构图。参见图6，柔性塔筒风电机组停机控制装置包括：中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 603中，还存储有***操作所需的各种程序和数据。CPU 601、ROM 602以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。
特别的，根据本发明实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)601执行时，执行本发明的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本发明的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意结合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何恰当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连的表示的方框实际上可以基本并行的执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性塔筒风电机组停机控制方法，其特征在于，包括：
在风电机组开始执行停机指令之后，向变桨机构发出一个相位和机舱振动相反的变桨指令；
实时监控机舱振动，当实时机舱振动值小于设定振动值时，停止所述变桨指令的执行。
2.根据权利要求1所述的柔性塔筒风电机组停机控制方法，其特征在于，所述变桨指令具有与机舱振动的固有频率相同的频率。
3.根据权利要求2所述的柔性塔筒风电机组停机控制方法，其特征在于，在向变桨机构发出一个相位和机舱振动相反的变桨指令之前，获取到风电机组停机指令之后，还包括：
监测所述机舱振动的固有频率。
4.根据权利要求3所述的柔性塔筒风电机组停机控制方法，其特征在于，监测所述机舱振动的固有频率，包括：
获取到停机指令之后，监测机舱振动的第一个峰值，并记录监测到第一个峰值的时间；
监测机舱振动的第二个峰值，并记录监测到第二个峰值的时间；
根据监测到第一个峰值的时间，以及监测到第二个峰值的时间，确定所述机舱振动的固有频率。
5.根据权利要求4所述的柔性塔筒风电机组停机控制方法，其特征在于，根据监测到第一个峰值的时间，以及监测到第二个峰值的时间，确定所述机舱振动的固有频率，包括：
根据如下公式计算所述机舱振动的固有频率：
其中，t2代表监测到第一个峰值的时间，t3代表监测到第二个峰值的时间。
6.根据权利要求1所述的柔性塔筒风电机组停机控制方法，其特征在于，所述变桨指令的峰峰值为4°。
7.根据权利要求4所述的柔性塔筒风电机组停机控制方法，其特征在于，所述变桨指令的发出时刻为：第二个峰值后的第一个过零点，再延迟设定时间。
8.根据权利要求7所述的柔性塔筒风电机组停机控制方法，其特征在于，延迟的设定时间是0.5秒。
9.一种柔性塔筒风电机组停机控制装置，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1至8任意一项所述的柔性塔筒风电机组停机控制装置。
10.一种风电机组，其特征在于，包括：根据权利要求9所述的柔性塔筒风电机组停机控制装置。
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