一种大型风力风电机组降载及安全控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大型风力风电机组降载及安全控制系统，属于风力发电与测控的技术领域，包括雷达测距装置、数据处理装置、安全距离预警装置和风电机组主控装置，该风电机组主控装置对风电机组的变桨状态进行控制；所述雷达测距装置用于对风电机组中各支叶片的距离数据进行实时采集；所述数据处理装置用于处理经雷达测距装置所采集的距离数据，并获取有效的运行轨迹数据；所述安全距离预警装置用于对运行轨迹数据进行分析，判断风电机组是否处于安全状态并反馈结果至风电机组主控装置，以达到安装维护简单可靠，能够对风机的整体运行状态进行检测，提前进行降载控制，杜绝风电机组在运行过程中风机与塔筒相撞事故发生的目的。

A load reduction and safety control system and method for large wind turbine

【技术实现步骤摘要】
一种大型风力风电机组降载及安全控制系统及方法
本专利技术属于风力发电与测控的
，具体而言，涉及一种大型风力风电机组降载及安全控制系统及方法。
技术介绍
伴随着科学技术的快速进步，科技日益创新，风电产业得到飞速发展。一方面，风能在自然界中可以说是取之不尽用之不竭的清洁能源；另一方面，全球性的能源危机与环境问题日益严重，风电由于其技术条件较为成熟和其可规模化，得到了世界各国对该行业的重视。大自然中风资源可以说是无限的，但是可修建风电场的土地是有限的。如何在有限的土地上，更加合理的利用风能，是值得我们去思考的。人们找到了一个解决办法，就是使风力风电机组(简称风电机组)不断朝着大兆瓦、大叶轮、轻量化方向发展。风电机组的容量从最开始的1MW发展到现在的10MW，甚至是12MW，达到了一个量级的变化。伴随着风机容量的增加，风机塔架变得越来越高，风机叶片也变得越来越长。风场环境通常十分恶劣，风电机组工况环境复杂多变，这使得风机容易发生故障。为确保风电机组在设计生命周期内安全稳定的运行，对风电机组进行降载控制就显得尤为重要。因此，通过降低风电机组的载荷，来提高风电机组运行的安全稳定性显得十分必要。目前，都是通过在各重要大部件上面安装载荷传感器来采集风机载荷数据的。对风机整机运行状态不能实现实时降载控制，通常在风电机组正常运行过程中，载荷传感器监测到风电机组载荷超出了安全保护范围内时，为了保障机组的安全性，通常都会停机顺浆，导致降低了风电机组的发电时间，不利于风电场的经济性。一方面，风机载荷发生变化时，最先改变的是风机叶片到风机塔筒的距离，在风机叶片中影响最大的是风机叶片的叶尖部分；另一方面，随着风机容量的增加，风机叶片长度也随之增加，在风电机组叶片完全开桨状态情况下，风电机组正常运行，随着外部环境的复杂多变，叶片叶尖部分容易和塔筒相撞击，造成严重的安全事故。针对上述问题，亟待对技术进行改进以实现既能够用来进行降载控制，又能够保障风电机组的安全运行。
技术实现思路
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种大型风力风电机组降载及安全控制系统及方法以达到安装维护简单可靠，能够对风机的整体运行状态进行检测，提前进行降载控制，杜绝风电机组在运行过程中风机与塔筒相撞事故发生的目的。本专利技术所采用的技术方案为：一种大型风力风电机组降载及安全控制系统，包括依次通信连接的雷达测距装置、数据处理装置、安全距离预警装置和风电机组主控装置，该风电机组主控装置通过安全距离预警装置的反馈结果，对风电机组的变桨状态进行控制；所述雷达测距装置用于对风电机组中各支叶片的距离数据进行实时采集；所述数据处理装置用于处理经雷达测距装置所采集的距离数据，并获取有效的运行轨迹数据；所述安全距离预警装置用于对运行轨迹数据进行分析，判断风电机组是否处于安全状态并反馈结果至风电机组主控装置。进一步地，还包括与所述安全距离预警装置通信连接的数据存储与管理装置，该数据存储与管理装置用于对安全距离预警装置的运行轨迹数据进行存储和管理。进一步地，所述雷达测距装置呈均匀对称分布在风电机组中塔筒的外壁周向方向上，且各雷达测距装置的高度为风电机组的叶片叶尖处高度，以实现雷达测距装置能够准确测量各支叶片的距离数据，并且便于后期进行维护。进一步地，各所述雷达测距装置通过毫米波方法实时获取风电机组中各支叶片叶尖处至塔筒的距离数据，能够保证对距离数据测量的准确性和可靠性。进一步地，所述数据处理装置通过第一智能算法对雷达测距装置获取的距离数据进行清洗、分类、统计分析，并拟合风电机组中各支叶片的运行轨迹数据，为后期的安全距离预警提供数据基础，第一智能算法包括数据预处理、无效数据排除以及特征数据分类。进一步地，所述数据存储与管理装置对风电机组中叶片的运行轨迹数据进行统计分析，通过第二智能算法，对风电机组的叶片运行状态进行前瞻性的分析，以达到对风电机组的运行进行故障预测分析，第二智能算法包括叶片轨迹抓捕、数据关联、跟踪滤波。本专利技术还提供了一种大型风力风电机组降载及安全控制方法，该方法包括以下步骤：(1)确保风电机组处于安全停机状态，雷达测距处于正常工作状态；(2)风电机组切换至正常工作状态，并通过雷达测距采集风电机组中各支叶片叶尖至塔筒的距离数据；(3)对雷达测距采集到距离数据通过第三智能算法进行处理，获得风电机组有效的距离数据，具体的，第三智能算法通过雷达波追踪得到叶片前端运行轨迹，根据叶片结构及载荷分布特性，得出叶片弯度信息；(4)通过有效的距离数据拟合风电机组中各支叶片运行轨迹数据；(5)通过对运行轨迹数据进行分析，判断风电机组中各支叶片到塔筒的距离是否在安全的距离内，若为“是”，则重复步骤(2)-步骤(5)；若为“否”，则将分析结果反馈至风电机组的主控装置，对风电机组进行变桨控制，再重复步骤(2)-步骤(5)。进一步地，所述步骤(4)具体包括：1)将有效的距离数据进行归纳、存储，建立距离数据库；2)利用距离数据库并通过先进的智能算法分析，对风电机组中各支叶片的运行状态进行拟合，以获取运行轨迹数据。进一步地，所述步骤(4)还包括：对风电机组中叶片的运行轨迹数据进行统计分析，通过第四智能算法，对风电机组的叶片运行状态进行前瞻性的分析，以达到对风电机组的运行进行故障预测分析，第四智能算法以转速、风速、功率、偏航角度、空气密度等信息与叶片轨迹及弯度数据进行拟合，以SVR模型拟合预测叶片叶尖净空，在预测叶片净空距离达到扫塔风险范围时，通过降低转速等策略避开风险行为。本专利技术的有益效果为：1.采用本专利技术所提供的大型风力风电机组降载及安全控制系统，其主要由雷达测距装置、数据处理装置、安全距离预警装置、数据存储与管理装置和风电机组主控装置，其安装结构简单，便于后期维护，其能够对风电机组的整体运行状态进行实时监测，实时进行降载控制，保障风电机组的安全运行，相较于现有技术中安装载荷传感器来采集风机载荷数据，其具备更高的可靠性。2.采用本专利技术所提供的大型风力风电机组降载及安全控制方法，其通过雷达测距来实时测量风电机组中各支叶片叶尖处到塔筒的距离数据，通过对距离数据进行处理分析，获取有效的距离数据，再通过算法对风电机组的各支叶片的运行状态进行拟合，以判断风电机组中各支叶片到塔筒的距离是否处于安全距离，进而对风电机组进行变桨控制，以减少风电机组的载荷或者增加叶片到塔筒的距离，防止风机叶片和塔筒相撞事故发生，能够实现实时对风机的整体运行状态进行监测，杜绝风电机组在运行过程中风机与塔筒相撞事故发生。附图说明图1是本专利技术提供的大型风力风电机组降载及安全控制系统的系统架构图；图2是本专利技术提供的大型风力风电机组降载及安全控制方法的工作流程图。具体实施方式下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型风力风电机组降载及安全控制系统，其特征在于，包括依次通信连接的雷达测距装置、数据处理装置、安全距离预警装置和风电机组主控装置，该风电机组主控装置通过安全距离预警装置的反馈结果，对风电机组的变桨状态进行控制；/n所述雷达测距装置用于对风电机组中各支叶片的距离数据进行实时采集；/n所述数据处理装置用于处理经雷达测距装置所采集的距离数据，并获取有效的运行轨迹数据；/n所述安全距离预警装置用于对运行轨迹数据进行分析，判断风电机组是否处于安全状态并反馈结果至风电机组主控装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种大型风力风电机组降载及安全控制系统，其特征在于，包括依次通信连接的雷达测距装置、数据处理装置、安全距离预警装置和风电机组主控装置，该风电机组主控装置通过安全距离预警装置的反馈结果，对风电机组的变桨状态进行控制；
所述雷达测距装置用于对风电机组中各支叶片的距离数据进行实时采集；
所述数据处理装置用于处理经雷达测距装置所采集的距离数据，并获取有效的运行轨迹数据；
所述安全距离预警装置用于对运行轨迹数据进行分析，判断风电机组是否处于安全状态并反馈结果至风电机组主控装置。


2.根据权利要求1所述的大型风力风电机组降载及安全控制系统，其特征在于，还包括与所述安全距离预警装置通信连接的数据存储与管理装置，该数据存储与管理装置用于对安全距离预警装置的运行轨迹数据进行存储和管理。


3.根据权利要求1所述的大型风力风电机组降载及安全控制系统，其特征在于，所述雷达测距装置呈均匀对称分布在风电机组中塔筒的外壁周向方向上，且各雷达测距装置的高度为风电机组的叶片叶尖处高度。


4.根据权利要求3所述的大型风力风电机组降载及安全控制系统，其特征在于，各所述雷达测距装置通过毫米波方法实时获取风电机组中各支叶片叶尖处至塔筒的距离数据。


5.根据权利要求1所述的大型风力风电机组降载及安全控制系统，其特征在于，所述数据处理装置通过第一智能算法对雷达测距装置获取的距离数据进行清洗、分类、统计分析，并拟合风电机组中各支叶片的运行轨迹数据。


6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁琨，曾一鸣，苏坤林，张坤，郭自强，王清照，杨鹤立，李玉霞，廖如霞，贾君实，
申请(专利权)人：东方电气风电有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51