极端状态下风机的停机方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了极端状态下风机的停机方法和系统，涉及风机控制领域。本申请所提供的方法，采用变收桨速率的方式，在阵风停机开始时，首先以高收桨速率调整风轮的桨距角，以避免风轮出现超速的问题，之后又以低收桨速率调整风轮的桨距角，以避免出现风机整体的机械载荷过大的问题。采用此种控制方法，能够使风机同时避免出现超速飞车的情况，和避免出现风机机械载荷过大，而使风机结构断裂的情况，提高风机在阵风停机过程中的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风机控制领域，具体而言，涉及极端状态下风机的停机方法和系统。
技术介绍
风能是一种清洁型能源，随着能源紧张和环境污染的加剧，风力发电机这种能够将风能转化为电能的发电设备越发受到关注。由于风的风速和风向一直处于变化状态，因此，风机的正常运行需要两个系统的控制，这两个系统分别是变桨系统和偏航系统。工作时，变桨系统的主要作用是基于风速，对风轮叶片的桨距角进行调节，从而调节叶片将风能转化为机械能的效率，以及影响发电量；偏航系统则是调节风轮的朝向，以使风轮始终能够对准风向，进而使风轮能够最大限度的获得风能。风机的运行一般分为三个阶段，第一阶段，实时检测风速，当风速达到切入风速时，叶片受到风力作用开始转动，进而带动发电机发电，并将产生的电能输送入电网。第二阶段，通过变桨系统实时调节桨距角，以使风能利用率维持在合理范围内，以兼顾风机的安全和风机的发电效率；同时，通过偏航系统实时调节风轮叶片朝向，以保证风轮叶片始终能够对准风向。第三阶段，风速过低或过高时，风机收桨，进而停止运行，并切出电网。上述风机运行的三个阶段是理想情况下(在风速和风向处于渐变情况下)，风机的完整运行周期。但实际工作中，风速和风向并不是永远处于渐变状态，如强阵风来袭时，风速和风向均处于剧烈变化的状态，此时，为了保证风机的安全，需要驱动风机停止运行，并将风机切出电网。传统技术中，应对强阵风所采取的方式是全速收桨(收桨完成时，叶片弦线与风向基本平行，叶片基本不再受风能作用而转动)，以保证风机的安全。但，实际工作中，这种全速收桨方式并不理想，变桨系统会出现很大的极端载荷，甚至使风机出现结构损伤。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供极端状态下风机的停机方法和系统，以在保证风轮转速不会过高，风机没有飞车的危险的情况下，降低风机的各个部分的机械载荷(如叶根载荷、轮毂载荷等)最大值，避免风机出现结构损伤。第一方面，本专利技术实施例提供了极端状态下风机的停机方法，包括：在风机停机过程中，采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以降低风轮/发电机的加速度，并实时检测当前风轮/发电机的加速度；当风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值时，采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角，第一收桨速率大于第二收桨速率。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，步骤采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角包括：根据风轮/发电机的加速度计算第二收桨速率，当风轮/发电机的加速度为负时，风轮/发电机的加速度的绝对值与收桨速率呈负相关性；使用计算得到的第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据风轮/发电机的加速度计算第二收桨速率包括：按照如下公式计算第二收桨速率；当a∈(-0.04,0]时，ω＝2.75a+0.13；当a∈(-0.1,-0.04]时，ω＝0.2a+0.028；当a∈(-0.16,-0.1]时，ω＝0.004a+0.0084；其中，a为风轮的加速度，单位为rad/s2，ω为第二收桨速率，单位为rad/s。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该方法还包括：在风机正常运行过程中，若风轮/发电机的转速在第一转速限值和第二转速限值之间，变桨速率指令为负，且同时符合以下两个条件中的任一个，则执行步骤采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角；风轮/发电机的转速持续增加，环境风速的加速度为正。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该方法还包括：若风轮/发电机的转速超过第二转速限值，且风轮/发电机的转速持续增加，以及风速持续增加，则执行步骤采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角。第二方面，本专利技术实施例还提供了极端状态下风机的停机系统，包括：第一收桨控制模块，用于在风机停机过程中，采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以降低风轮/发电机的加速度；实时检测模块，用于实时检测当前风轮/发电机的加速度；第二收桨控制模块，用于当风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值时，采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以控制风轮叶片的攻角的绝对值小于预设的限值，第一收桨速率大于第二收桨速率。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，第二收桨控制模块包括：第二收桨速率计算单元，用于根据加速度计算第二收桨速率，当加速度为负时，加速度的绝对值与收桨速率呈负相关性；桨距角调节单元，用于使用计算得到的第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，该系统还包括第一阵风判断模块，用于在风机正常运行过程中，当风轮/发电机的转速在第一转速限值和第二转速限值之间，变桨速率指令为负，且同时符合以下两个条件中的任一个时，驱动第一收桨控制模块工作；风轮/发电机的加速度为正，环境风速的加速度为正。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，该系统还包括第二阵风判断模块，用于在风机正常运行过程中，当风轮/发电机的转速超过第二转速限值，且风轮/发电机的加速度为正，以及环境风速的加速度为正时，驱动第一收桨控制模块工作。本专利技术实施例提供的极端状态下风机的停机方法，采用在阵风停机时，调整变收桨速率的方式来调节桨距角，与现有技术中始终采用全速收桨的方式来调节风轮叶片的桨距角，使得桨距角调整速度过快，导致桨距角调节到某一程度时，风轮叶片的攻角反向增大，最终使得风轮所受的反向气动力矩迅速增加，会导致风机的叶根、轮毂中心等位置的机械载荷超过设计载荷，造成风机结构损伤相比，其通过在阵风停机的过程中，先采用较高的收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以较快的降低风轮/发电机的加速度，并同时实时检测风轮/发电机的加速度，当风轮/发电机的加速度足够小的时候，就说明风轮基本不会出现超速的状况了，此时再通过较慢的收桨速率来调节风轮叶片的桨距角，使得叶片攻角不会反向增加的过大，避免了风机停机时，造成的结构损伤。进一步，本专利技术实施例提供了计算第二收桨速率的方式，使用计算出的第二收桨速率能够更为精确的将风轮加速度控制在小于0，且接近于0的范围内，在该范围内，风机的机械载荷不会过高，并且兼顾了停机的总时长。同时，本专利技术实施例在极端状态下风机的停机方法的基础上，还提供了判断是否发生阵风的两种方式，这两种方式分别通过风轮/发电机的转速，及其变化、环境风速和变桨速率指令来判断是否发生了阵风，和通过风轮/发电机的转速，及其变化、环境风速来判断是否发生了阵风，提高了阵风判断的及时性与准确性，并且该阵风判断方式与前述阵风停机的过程相结合，能够进一步降低风机飞车的风险和降低风机结构损伤的风险。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1示出了本专利技术实施例所提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
极端状态下风机的停机方法，其特征在于，包括：在风机停机过程中，采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以降低所述风轮/发电机的加速度，并实时检测当前风轮/发电机的加速度；当所述风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值时，采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角，所述第一收桨速率大于所述第二收桨速率。

【技术特征摘要】
1.极端状态下风机的停机方法，其特征在于，包括：在风机停机过程中，采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以降低所述风轮/发电机的加速度，并实时检测当前风轮/发电机的加速度；当所述风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值时，采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角，所述第一收桨速率大于所述第二收桨速率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤所述采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角包括：根据所述风轮/发电机的加速度计算所述第二收桨速率，当所述风轮/发电机的加速度为负时，所述风轮/发电机的加速度的绝对值与收桨速率呈负相关性；使用所述计算得到的第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述风轮/发电机的加速度计算所述第二收桨速率包括：按照如下公式计算第二收桨速率；当a∈(-0.04,0]时，ω＝2.75a+0.13；当a∈(-0.1,-0.04]时，ω＝0.2a+0.028；当a∈(-0.16,-0.1]时，ω＝0.004a+0.0084；其中，a为风轮的加速度，单位为rad/s2，ω为第二收桨速率，单位为rad/s。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：从执行步骤所述采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角时开始计时，当所述计时的时间超过预设的时间阈值时，采用第三收桨速率调整风轮叶片的桨距角，所述第三收桨速率大于所述第二收桨速率。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在风机停机过程中，当所述风轮转速低于预设的安全转速时，则采用第四收桨速率调整风轮叶片的桨距角，所述第四收桨速率大于所述第二收...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜佳佳，石文兵，
申请(专利权)人：三一重型能源装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11