本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航控制方法。

背景技術(shù)：

近來，隨著陸地風(fēng)資源的開發(fā)殆盡和沿海以及海上風(fēng)資源的開發(fā)，兆瓦級特別是2MW以上主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)型越來越多的安裝于沿海和海上。沿海和海上是臺風(fēng)頻發(fā)地區(qū)，臺風(fēng)對機(jī)組的危害包括兩個方面，一是風(fēng)速超過設(shè)計極限，引起機(jī)組結(jié)構(gòu)部件的損毀，包括葉片折斷、塔架倒塌、風(fēng)機(jī)傾覆等，臺風(fēng)來臨時，高壓輸電網(wǎng)會出現(xiàn)斷電或人為斷電的情況，使機(jī)組處于斷電狀態(tài)，偏航系統(tǒng)無法工作，機(jī)組受到巨大的外力沖擊，對機(jī)組結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是個極大的考驗；二是風(fēng)向突變，機(jī)組在側(cè)向來風(fēng)的情況下，對變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)和偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)的破壞。尤其是隨著機(jī)組設(shè)計功率的提高、塔筒高度和葉片長度的增加，臺風(fēng)對機(jī)組的威脅越來越大。

有關(guān)抗臺風(fēng)的方法，整機(jī)廠商往往更多通過優(yōu)化塔架結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)塔架或葉片強(qiáng)度等實現(xiàn)，很少有廠商通過控制策略使機(jī)組處于相對安全的位置。

公開號為103644074的發(fā)明專利提出的抗臺風(fēng)控制方法，在臺風(fēng)期間電網(wǎng)斷電后，使風(fēng)機(jī)處于自由偏航狀態(tài)，避免載荷過大對機(jī)組造成的惡劣影響。但該方案未考慮臺風(fēng)期間，電網(wǎng)未斷電時的偏航控制，使機(jī)組在電網(wǎng)斷電前處于對風(fēng)狀態(tài)，電網(wǎng)斷電后，機(jī)組進(jìn)入自由偏航狀態(tài)，機(jī)艙會隨著風(fēng)的吹動被吹至背風(fēng)狀態(tài)。從機(jī)艙對風(fēng)到背風(fēng)這一過程中，途徑風(fēng)向角為90°或270°的位置，對機(jī)組偏航軸承的載荷考驗較大。另外，該發(fā)明未考慮到臺風(fēng)期間，電網(wǎng)未斷電狀態(tài)下，機(jī)組出現(xiàn)偏航系統(tǒng)故障時的控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組抗臺風(fēng)偏航控制方法。本發(fā)明尤其適用于兆瓦級以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

本發(fā)明方法利用偏航系統(tǒng)降低機(jī)組的載荷。

本發(fā)明方法包括臺風(fēng)來臨時電網(wǎng)正常情況下的偏航控制方法以及臺風(fēng)來臨電網(wǎng)斷電情況下的偏航控制方法。在臺風(fēng)來臨電網(wǎng)正常情況下，如果偏航系統(tǒng)正常且風(fēng)向標(biāo)傳感器正常，則使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入主動背風(fēng)狀態(tài)，如果偏航系統(tǒng)故障或風(fēng)向標(biāo)傳感器故障，則打開偏航系統(tǒng)的剎車，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于自由偏航狀態(tài)；在臺風(fēng)來臨電網(wǎng)斷電的情況下，由UPS和蓄電池組供電，打開偏航系統(tǒng)的剎車，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于自由偏航狀態(tài)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明所提的抗臺風(fēng)偏航控制方法，可有效減小臺風(fēng)時，機(jī)組偏航系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)所承受的載荷，降低臺風(fēng)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的威脅；本發(fā)明所提的抗臺風(fēng)偏航控制方法實際應(yīng)用時簡便易行，只需增加一個交流輸出UPS和直流蓄電池組，并通過軟件編程實現(xiàn)相關(guān)控制策略即可，成本低，通用性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的示意圖，圖1中，α風(fēng)向與機(jī)頭的夾角，當(dāng)機(jī)頭正對風(fēng)時，α＝0。

圖2為本發(fā)明的主控制流程圖；

圖3為本發(fā)明的自由偏航控制流程圖；

圖4為本發(fā)明的主動背風(fēng)偏航控制流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明抗臺風(fēng)偏航控制方法通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的以下設(shè)備實現(xiàn)：至少一個具備邏輯運算功能的控制器、UPS和直流蓄電池組、偏航電機(jī)、風(fēng)速儀、風(fēng)向標(biāo)、偏航剎車等。控制器用于實現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)判斷和控制指令輸出；偏航電機(jī)用于執(zhí)行偏航命令；風(fēng)速儀僅用于測量當(dāng)前的風(fēng)速；風(fēng)向標(biāo)用于判斷當(dāng)前的風(fēng)向。電網(wǎng)有電且偏航系統(tǒng)正常且風(fēng)向標(biāo)傳感器正常時，控制器控制偏航電機(jī)根據(jù)當(dāng)前風(fēng)向狀態(tài)實時調(diào)整機(jī)艙與風(fēng)向的相對位置。偏航剎車用于在主動偏航且機(jī)艙位于背風(fēng)位置時，抱緊剎車，在被動偏航時，松開剎車，保持自由偏航狀態(tài)。

本發(fā)明控制方法流程如下：

臺風(fēng)來臨，值班人員通過點擊遠(yuǎn)程監(jiān)控上的“臺風(fēng)模式啟動”按鈕，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入臺風(fēng)控制模式。

進(jìn)入臺風(fēng)控制模式后，如圖2所示，控制器采集當(dāng)前的電網(wǎng)電壓，判斷當(dāng)前的電網(wǎng)狀態(tài)，如果電網(wǎng)正常且偏航系統(tǒng)正常，則控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于主動背風(fēng)狀態(tài)，進(jìn)入主動背風(fēng)偏航過程。在主動背風(fēng)狀態(tài)下，通過風(fēng)向標(biāo)檢測當(dāng)前的風(fēng)向，如果風(fēng)向角在200°～360°之間，則控制器發(fā)出右偏航指令，并打開偏航剎車，通過偏航電機(jī)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航至背風(fēng)位置，如圖1所示，風(fēng)向與機(jī)頭的夾角α的值處于180°附近；如果風(fēng)向角在0°～160°之間，則控制器發(fā)出左偏航指令，并打開偏航剎車，通過偏航電機(jī)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航至背風(fēng)位置。臺風(fēng)期間電網(wǎng)正常時，風(fēng)速通常并沒有到極端狀態(tài)，此時將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主動偏航至背風(fēng)位置，避免了電網(wǎng)斷電或偏航系統(tǒng)故障進(jìn)入自由偏航狀態(tài)后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由對風(fēng)位置隨風(fēng)吹至背風(fēng)位置的過程中，途徑風(fēng)向角為90°或270°即偏航軸承承受載荷最大的位置，對偏航系統(tǒng)造成較大的危害。

進(jìn)入臺風(fēng)控制模式后，如圖3所示，在主動背風(fēng)狀態(tài)下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在主動背風(fēng)偏航過程中，當(dāng)偏航系統(tǒng)發(fā)生故障，或風(fēng)向標(biāo)傳感器故障不能偏航時，控制器發(fā)出偏航停止命令，并且使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組打開偏航系統(tǒng)的液壓剎車和偏航電機(jī)的電磁剎車，進(jìn)入自由偏航狀態(tài)。

進(jìn)入臺風(fēng)控制模式后，如圖3所示，在電網(wǎng)掉電并由UPS供電的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組打開偏航系統(tǒng)的液壓剎車和偏航電機(jī)的電磁剎車，進(jìn)入自由偏航狀態(tài)。

在電網(wǎng)掉電，UPS供電4小時，或蓄電池電壓低的情況下，如圖3所示，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主動關(guān)閉UPS，偏航電機(jī)剎車及偏航液壓剎車均處于剎車狀態(tài)，自由偏航狀態(tài)停止。UPS供電時間可根據(jù)直流蓄電池容量設(shè)置。

臺風(fēng)控制模式下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于主動背風(fēng)狀態(tài)時，如圖4所示，若有手動偏航的操作或退出臺風(fēng)控制模式的操作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將停止臺風(fēng)控制模式下的主動背風(fēng)狀態(tài)進(jìn)入主動對風(fēng)偏航狀態(tài)，控制器通過風(fēng)向標(biāo)檢測當(dāng)前的風(fēng)向，控制偏航電機(jī)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航至風(fēng)向角0°附近。

臺風(fēng)控制模式下自由偏航狀態(tài)時，若退出臺風(fēng)控制模式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將退出自由偏航模式狀態(tài)，并將偏航剎車抱緊。在臺風(fēng)控制模式下自由偏航狀態(tài)時，若有手動偏航的操作，機(jī)組仍將維持自由偏航狀態(tài)不變。