一種風力發電機組緊急順槳控制方法技術

一種風力發電機組緊急順槳控制方法，在風力發電機組緊急停機后，采用變速率停機策略。緊急停機剛開始時快速順槳，以減小正向的載荷，當槳距角達到限制角度或時間達到限制時間后須減小順槳速度以減小負向極限載荷。所述方法包括以下步驟：(1)確定風力發電機組變速率停機分界點；(2)監測風力發電機組系統狀態；(3)確定風力發電機組變槳執行系統模式；(4)風力發電機組按照變槳執行機構采用的變速率停機模式變槳。

Method for controlling emergency feathering of wind turbine generator set

The invention relates to a method for controlling the emergency feathering of a wind power generation unit, adopting a variable rate shutdown strategy after an emergency shutdown of a wind power generation unit. In order to reduce the forward load, when the pitch angle reaches the limit angle or time limit, the speed of feathering must be reduced to reduce the negative limit load. The method comprises the following steps: (1) to determine the transmission rate of wind turbine shutdown point; (2) wind power generator condition monitoring system; (3) to determine the pitch execution system mode of wind turbine; (4) according to the variable speed wind turbine pitch actuator with variable pitch rate shutdown mode.

【技術實現步驟摘要】
一種風力發電機組緊急順槳控制方法
本專利技術涉及一種風力發電機組緊急順槳控制方法。
技術介紹
兆瓦級風電機組在緊急停機時，通常會采取直接斷開變頻器、并迅速順槳的停機邏輯，但此邏輯將導致葉片根部以及塔筒底部承受巨大的載荷沖擊，在GL2010規范的DLC1.5、DLC1.6工況中葉根揮舞方向彎矩、塔底前后方向彎矩就經常出現極限載荷，葉片越長該問題尤為突出。從能量傳遞角度分析，由制動盤-動量理論知，正常發電過程中制動盤吸收風能使尾流速度降低，制動盤承受氣動推力，緊急停機過程中制動盤釋放能量使風輪轉速降低，同時風獲得能量，使得尾流速度增加，制動盤承受相反的推力。塔筒傾覆彎矩My、葉根揮舞彎矩My的沖擊載荷大于設計極限時，傳統的做法是調節緊急停機時的順槳速度，以減小沖擊載荷。但當緊急停機的順槳速度變慢時，又會導致葉片、塔筒正方向載荷的增加，同時風輪轉速也會大幅上升帶來其他隱性問題。從氣動特性角度分析，由原理可知，風輪的氣動參數的Cp、CT、Cf主要與槳距角、葉尖速比有關。緊急停機過程中，由于變頻器斷開機組負載迅速減小，風輪轉速快速上升，導致葉尖速比增加，同時快速順槳，導致槳距角增加過快，這使得推力系數Cf快速減小為零并繼續下降接近甚至超過正向的Cf最大值，從而機組承受到很大的反向推力。由此可知緊急停機后，由于發電機負載迅速降低為0、槳距角的過快增加導致沖擊載荷過大。傳統的做法是調節緊急停機時的順槳速度，來減小沖擊載荷。但當緊急停機的順槳速度變慢時，又會導致葉片、塔筒正方向載荷的增加，同時風輪轉速也會大幅上升帶來其他隱性問題。因此簡單調節緊急停機中順槳速度的辦法，只能起到平衡正向載荷和負向載荷的作用，同時減小順槳速度會帶來更高極限風輪轉速，并沒有從根本上解決問題。《中國機電工程學報》文章“基于功率變化和模糊控制的風力發電機組變速變槳距控制”采用功率實時反饋，將功率偏差和功率偏差的變化率作為模糊控制算法的輸入，輸出變槳速度指令；《電力電子技術》文章“兆瓦級風電機組電動變槳距控制系統的研究與實現”對功率偏差信號的大小進行了限制，降低了風電機組輸出功率的波動，功率發生變化是變槳距、機構能夠快速響應，但在額定風速下，風機輸出功率小于額定功率時，采用變速率變槳控制增加了算法的復雜性；中國專利技術專利201410640389.6“一種直驅型永磁風力發電機組變速率變槳系統及變槳方法”將風速納入控制系統，對槳距角進行了限制，使不同風況下變槳執行機構都能夠快速做出響應。以上所有方法都是在描述風力發電機組正常運行狀態下的變槳控制，對于停機后如何有效降低葉根和塔底載荷沒有涉及。中國專利技術專利201310194005.8“在單個槳葉卡槳工況下的風力發電機停機方法”中介紹的變槳方法在單個槳葉卡槳工況下能有效降低載荷，但對于緊急停機時塔底和葉根極限載荷的形成及降低沒有分析，所述方法僅適用于卡槳工況，不具通用性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺點，提出一種風力發電機組緊急順槳變速率停機控制方法，以實現風電機組在緊急停機后通過變速率停機來解決沖擊載荷過大的問題，從而降低風電機組的極限載荷，進而提高機組的安全性和經濟性。為實現上述專利技術目的，本專利技術風力發電機組緊急順槳控制方法在風力發電機組緊急停機后，采用變速率停機策略。緊急停機剛開始時快速順槳，以減小正向的載荷，當槳距角達到限制角度或時間達到限制時間后減小順槳速度以減小負向極限載荷。所述方法包括以下步驟：1、確定風力發電機組變速率停機分界點；2、監測風力發電機組系統狀態；3、確定風力發電機組變槳執行系統模式；4、風力發電機組按照變槳執行機構采用的變速率停機模式變槳。所述步驟1的風力發電機組變速率停機分界點根據風力發電機組的靜態載荷曲線確定，具體步驟如下：步驟1.1，得到機組槳距角為0°時的最大風速從風電機組專業仿真軟件bladed中得到機組在靜態下的槳距角-風速曲線，找出槳距角為0°時的最大風速Vm/s，在該風速下塔底傾覆彎矩My、葉根揮舞彎矩My的值最大，葉輪承受的推力Fx最大。當發生緊急停機時，風速Vm/s下的塔底和葉根載荷極值最大，該風速下得出的變速率最優分界點可以保證其他風速下的載荷滿足要求。步驟1.2，確定風速Vm/s的載荷零點緊急停機發生后，塔底傾覆彎矩My、葉根揮舞彎矩My先正向增大，到達極大值然后迅速下降為0，并反向增至極小值。極大值和極小值的大小與變槳速率有關，變槳速率越大正向極大值越小，變槳速率越小負向極小值越小。塔底傾覆彎矩My和葉根揮舞彎矩My的極大值與極小值的減小，對變槳速率的要求正好相反。風速Vm/s下，以塔底傾覆彎矩My和葉根揮舞彎矩My等于零的時刻，即載荷過零點，作為變槳速率發生變化的分界點。步驟1.3，確定變速率的最優時間分界點或最優角度分界點仿真中采用不同的槳距角對變槳速率進行分界，找到葉根揮舞彎矩My、塔底傾覆彎矩My過零點的時刻，變速率時間分界點在此取值，再根據實際情況進行微調，就可得出變速率時間分界t。葉根揮舞彎矩My、塔底傾覆彎矩My過零點的時刻在槳距角曲線中對應的槳距角，變速率槳角分界點在此取值，再根據實際情況進行微調，就可得出變速率槳角分界點β。所述步驟2，監測風力發電機組系統狀態主要包括當前風速大小、風力發電機組的運行狀態以及當前槳距角狀態。所述步驟3，確定風力發電機組變槳執行系統模式的具體步驟如下：步驟3.1，風力發電機組觸發緊急停機故障，并且故障觸發原因是編碼器失效，風力發電機組變槳執行系統采用變槳模式1；步驟3.2，風力發電機組觸發緊急停機故障，且當前風速為大風速，即風速3s均值大于切出風速，風力發電機組變槳執行系統采用變槳模式2；步驟3.3，風力發電機組觸發緊急停機故障，且不屬于上述兩種情況，風力發電機組變槳執行系統采用變槳模式3；所述風力發電機組采用的變槳模式指風力發電機組緊急停機故障觸發后變槳執行機構采用變速率停機的模式，包括三種方式：變槳模式1：變速率以時間分界，變槳執行機構先按速率1執行快速順槳，t秒后按速率2執行慢速順槳；變槳模式2：變速率以槳距角分界，變槳執行機構先按速率1執行快速順槳，槳距角達到最優槳距角分界點β后按速率2執行慢速順槳；變槳模式3：變速率以槳距角和時間共同作用分界，變槳執行機構先按速率1執行快速順槳，當槳距角大于最優槳距角分界點β，且時間超過t秒后按速率2執行慢速順槳。本專利技術有益效果在于：根據緊急停機后塔筒傾覆彎矩My、葉根揮舞彎矩My的沖擊載荷大的原因，制定出緊急順槳方案，即緊急停機剛開始時快速順槳，以減小正向的載荷，當槳距角達到限制角度或時間達到限制時間后須減小順槳速度以減小負向極限載荷。在具體變槳控制時，對于緊急停機后風力發電機組的不同狀態采用不同的變槳模式進行分類控制，有針對性的降低風力發電機組緊急停機后葉根和塔底的極限載荷。附圖說明圖1a風力發電機組停機控制方法的控制圖；圖1b變槳執行系統模式選擇器流程圖；圖2a風力發電機組的塔底、葉根載荷曲線；圖2b風力發電機組的葉根Fx曲線；圖3a風力發電機組葉根載荷過零點；圖3b風力發電機組塔底載荷過零點；圖4風力發電機組時間分界點和槳距角分界點；具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步說明。如圖1a所示，本專利技術的風力發電機組緊急順本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種風力發電機組緊急順槳控制方法，其特征在于：所述的控制方法在風力發電機組緊急停機后，采用變速率停機策略；緊急停機剛開始時快速順槳，以減小正向的載荷，當槳距角達到限制角度或時間達到限制時間后減小順槳速度以減小負向極限載荷；所述方法包括以下步驟：(1)確定風力發電機組變速率停機分界點；(2)監測風力發電機組系統狀態；(3)確定風力發電機組變槳執行系統模式；(4)風力發電機組按照變槳執行機構采用的變速率停機模式變槳。

【技術特征摘要】
1.一種風力發電機組緊急順槳控制方法，其特征在于：所述的控制方法在風力發電機組緊急停機后，采用變速率停機策略；緊急停機剛開始時快速順槳，以減小正向的載荷，當槳距角達到限制角度或時間達到限制時間后減小順槳速度以減小負向極限載荷；所述方法包括以下步驟：(1)確定風力發電機組變速率停機分界點；(2)監測風力發電機組系統狀態；(3)確定風力發電機組變槳執行系統模式；(4)風力發電機組按照變槳執行機構采用的變速率停機模式變槳。2.按照權利要求1所述的風力發電機組緊急順槳控制方法，其特征在于：所述的步驟(1)的風力發電機組變速率停機分界點根據風力發電機組的靜態載荷曲線確定，具體步驟如下：步驟1.1，得到機組槳距角為0°時的最大風速V從風電機組專業仿真軟件bladed中得到機組在靜態下的槳距角-風速曲線，找出槳距角為0°時的最大風速Vm/s，在該風速下塔底傾覆彎矩My、葉根揮舞彎矩My的值最大，葉輪承受的推力Fx最大；當發生緊急停機時，風速Vm/s下的塔底和葉根載荷極值最大，該風速下得出的變速率最優分界點可以保證其他風速下的載荷滿足要求；步驟1.2，確定風速Vm/s的載荷過零點緊急停機發生后，塔底傾覆彎矩My、葉根揮舞彎矩My先正向增大，到達極大值然后迅速下降為0，并反向增至極小值；塔底傾覆彎矩My和葉根揮舞彎矩My的極大值與極小值的減小，對變槳速率的要求正好相反；風速Vm/s下，以塔底傾覆彎矩My和葉根揮舞彎矩My等于零的時刻，即載荷過零點，作為變槳速率發生變化的分界點；步驟1.3，確定變速率的最優時間分界點或最優角度分界點在仿真中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：閆素芳，徐浩，張雷，林資旭，許洪華，
申請(專利權)人：科諾偉業風能設備北京有限公司，北京科諾偉業科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京,11