一种风力发电机组偏航控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电机组偏航控制系统及方法，包括第一偏航控制器、第二偏航控制器、风机运行工况监测传感器、偏航驱动器、偏航位置传感器及偏航位置计数器，风机运行工况监测传感器包括发电机转速传感器、功率传感器以及风速传感器，风机运行工况监测传感器和偏航位置传感器连接第一偏航控制器的输入端，风速传感器连接第二偏航控制器和第一偏航控制器的输入端，第一偏航控制器的输出端和第二偏航控制器的输出端均连接偏航驱动的控制信号输入端；本发明专利技术所述第一偏航控制器用于控制偏航驱动器实现风机偏航，出现风速特大工况时，风机可以继续运行，能为减少高风速下风力发电机可能大面积切出提供支持，有助于避免风电场出力突变而对电网造成冲击。

A yaw control system and method for wind turbine

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组偏航控制系统及方法
本专利技术属于风电
，具体涉及一种风力发电机组偏航控制系统及方法。
技术介绍
偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一，位于机舱内，其作用在于当风向发生变化时，能够捕捉风向，以便叶轮获得最大的风能。偏航系统一般由风向标、偏航轴承、偏航驱动电机、偏航齿轮箱、偏航限位开关等构成。偏航系统由风机主控进行控制，常规偏航控制策略如下：1、正常运行时自动对风：当机舱偏离风向一定角度时，控制系统发出向左或者向右调向的指令，机舱开始对风，知道达到允许的范围内，自动对风停止；2、绕缆时自动解缆：当机舱向同一方向累计偏转达到一定的角度时，系统控制停机，或者此时报告扭缆故障，机组自动停机，等待工作人员来手动解缆；3、失速保护时偏离风向：当特大风速下，即风速大于风电机组的切出风速，机组自动停机，释放叶尖，背风，以达到保护风轮免受损坏的目的。现有方案的问题：风力发电机组的切出风速是根据机组各部件能够承受的载荷进行了理论计算得到。在高风速情况下，风力发电机组在承受高载荷的同时也可能因风速波动而反复切出停机，风机在短时间内多次改变运行状态将对风机与风电场的安全性和可靠性构成突出威胁；而且高风速下风力发电机可能大面积切出，导致风电场出力可能突然从接近满发陡降为零，将对电网的调度运行造成不利影响。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种风力发电机组偏航控制系统及方法，在高风速情况下，可以通过控制侧风偏角，调整叶轮的对风角度，达到高风速情况有效规避正向较大风力而引起叶轮超速转动的目的，确保风机安全的前提下，提高风机的风速工作范围。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种风力发电机组偏航控制系统，包括第一偏航控制器、第二偏航控制器、风机运行工况监测传感器、偏航驱动器、偏航位置传感器及偏航位置计数器，风机运行工况监测传感器包括发电机转速传感器、功率传感器、风向传感器以及风速传感器；风速传感器连接第二偏航控制器和第一偏航控制器的输入端，风向传感器连接第二偏航控制器的输入端；发电机转速传感器、功率传感器、偏航位置传感器及偏航位置计数器均连接第一偏航控制器和第二偏航控制器的输入端；第一偏航控制器的输出端和第二偏航控制器的输出端均连接偏航驱动的控制信号输入端；偏航位置传感器用于监测风机当前偏航角度并反馈至第一偏航控制器和第二偏航控制器，偏航计数器用于监测风机当前偏航上一次执行偏航动作所转动的圈数并反馈至第一偏航控制器和第二偏航控制器。第一偏航控制器和第二偏航控制器均采用PLC控制器。偏航位置传感器采用旋转编码器，偏航位置传感器设置在偏航轴承处；风速传感器设置在风机机舱顶上。还包括限位开关，所述限位开关连接第二偏航控制器和第一偏航控制器的输入端，限位开关设置在机舱大齿轮处。一种风力发电机组偏航控制方法，包括以下步骤：步骤1，预设特大风速边界值A；步骤2，实时监测风速、风向、发电机转速以及机组功率数据并反馈偏航控制系统；如果风速小于等于步骤1预设的特大风速边界值A，则按照常规偏航控制策略，由第二偏航控制器控制偏航动作，并给偏航驱动器下发指令；如果风速大于预设的特大风速边界值A，则触发第一偏航控制器工作，根据当前风速v、发电机转速n以及机组功率p计算侧风偏航角度α；具体计算方法如下：α＝k1(v-A)+k2(n-n1)+k3(p-p1)其中，n1为发电机的额定转速，p1为机组额定功率；k1、k2以及k3为比例系数；k1、k2以及k3的数值，使α角满足Cos(α)＝A3/v3步骤3，根据侧风偏航角度α、风向d、偏航位置s，确定偏航方向，计算偏航速度v0，第一偏航控制器将包含偏航速度v0的偏航指令下发给偏航驱动器；步骤4，偏航驱动器接收到步骤3所述偏航指令后，驱动叶轮电机做出偏航动作，使风机叶轮侧对主风向，跳回至步骤2。步骤1中，特大风速边界值A的值按照风机叶轮正对主风向的极限载荷进行计算。步骤1中，特大风速边界值A为23～25m/s。步骤3中，偏航方向依照现有偏航位置情况进行确定，偏航方向与解缆方向一致，偏航速度的计算方法如下：v0＝k4(α-(d+s))其中，k4为比例系数，根据现场调试情况确定。偏航速度不大于5°/s。偏航驱动器执行动作时，优先执行第一偏航控制器发出的偏航指令。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术所述第一偏航控制器用于控制偏航驱动器实现风机偏航，在出现风速特大的工况时，风机可以继续运行，提高机组的容错运行能力，通过提高风机的风速工作范围，能为减少高风速下风力发电机可能大面积切出提供支持，有助于避免风电场出力突变而对电网造成冲击。采用本专利技术所述方法，在出现特大风速的工况时，触发第一偏航控制器工作，第一偏航控制器向偏航驱动器发出偏航指令，其中偏航指令中包括侧风偏航角度和偏航速度，风机偏航之后，持续监测风机运行状态，包括监测风速、风向、发电机转速以及机组功率，同时将所述运行状态传输至第二偏航控制器和第一偏航控制器中，实时判断采用特大风速的偏航方法或者常规偏航策略；采用本专利技术所述方法能提高风机的工作范围和风电场的可靠性，减少风机在特大风速下切出，避免对电网造成冲击。附图说明图1是偏航控制系统的结构示意图。图2是偏航控制系统控制信号示意图。图3是特大风速下偏航控制方法流程图。图4是侧风偏航效果示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。如图1和图2所示，一种风力发电机组偏航控制系统，包括第一偏航控制器、第二偏航控制器、风机运行工况监测传感器、偏航驱动器、偏航位置传感器及偏航位置计数器，风机运行工况监测传感器包括发电机转速传感器、功率传感器、风向传感器以及风速传感器；风速传感器连接第二偏航控制器和第一偏航控制器的输入端，风向传感器连接第二偏航控制器的输入端；发电机转速传感器、功率传感器、偏航位置传感器及偏航位置计数器均连接第一偏航控制器和第二偏航控制器的输入端；第一偏航控制器的输出端和第二偏航控制器的输出端均连接偏航驱动的控制信号输入端；偏航位置传感器用于监测风机当前偏航角度并反馈至第一偏航控制器和第二偏航控制器，偏航计数器用于监测风机当前偏航上一次执行偏航动作所转动的圈数并反馈至第一偏航控制器和第二偏航控制器。第一偏航控制器和第二偏航控制器均采用PLC控制器；偏航位置传感器采用旋转编码器，偏航位置传感器设置在偏航轴承处；风速传感器设置在风机机舱顶上。本专利技术所述系统中还设置有限位开关，所述限位开关连接第二偏航控制器和第一偏航控制器的输入端，限位开关设置在机舱大齿轮处。旋转编码器采用HENGSTLER-HSD光电编码器，限位开关采用西门子3SE5112-0CC02。偏航位置检测传感器用于测量偏航角度，采用旋转编码器来进行计量，偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，包括第一偏航控制器、第二偏航控制器、风机运行工况监测传感器、偏航驱动器、偏航位置传感器及偏航位置计数器，风机运行工况监测传感器包括发电机转速传感器、功率传感器、风向传感器以及风速传感器；/n风速传感器连接第二偏航控制器和第一偏航控制器的输入端，风向传感器连接第二偏航控制器的输入端；发电机转速传感器、功率传感器、偏航位置传感器及偏航位置计数器均连接第一偏航控制器和第二偏航控制器的输入端；/n第一偏航控制器的输出端和第二偏航控制器的输出端均连接偏航驱动的控制信号输入端；偏航位置传感器用于监测风机当前偏航角度并反馈至第一偏航控制器和第二偏航控制器，偏航计数器用于监测风机当前偏航上一次执行偏航动作所转动的圈数并反馈至第一偏航控制器和第二偏航控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，包括第一偏航控制器、第二偏航控制器、风机运行工况监测传感器、偏航驱动器、偏航位置传感器及偏航位置计数器，风机运行工况监测传感器包括发电机转速传感器、功率传感器、风向传感器以及风速传感器；
风速传感器连接第二偏航控制器和第一偏航控制器的输入端，风向传感器连接第二偏航控制器的输入端；发电机转速传感器、功率传感器、偏航位置传感器及偏航位置计数器均连接第一偏航控制器和第二偏航控制器的输入端；
第一偏航控制器的输出端和第二偏航控制器的输出端均连接偏航驱动的控制信号输入端；偏航位置传感器用于监测风机当前偏航角度并反馈至第一偏航控制器和第二偏航控制器，偏航计数器用于监测风机当前偏航上一次执行偏航动作所转动的圈数并反馈至第一偏航控制器和第二偏航控制器。


2.根据权利要求2所述的风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，第一偏航控制器和第二偏航控制器均采用PLC控制器。


3.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，偏航位置传感器采用旋转编码器，偏航位置传感器设置在偏航轴承处；风速传感器设置在风机机舱顶上。


4.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，还包括限位开关，所述限位开关连接第二偏航控制器和第一偏航控制器的输入端，限位开关设置在机舱大齿轮处。


5.一种风力发电机组偏航控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，预设特大风速边界值A；
步骤2，实时监测风速、风向、发电机转速以及机组功率数据并反馈偏航控制系统；
如果风速小于等于步骤1预设的特大风速边界值A，则按照常规偏航控制策略，由第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，王剑钊，童彤，任鑫，王恩民，王晨，杨晓峰，赵鹏程，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11