一种用于产生能量的风力发电系统及控制方法技术方案

本发明专利技术属于风力发电技术领域，公开了一种用于产生能量的风力发电系统及控制方法，系统包括：风能采集模块、发电模块、制动模块、调速模块、电力传输模块、故障在线诊断模块、防雷模块、显示模块、中央控制模块、无线信号收发模块、云服务器、风能参数检测采集模块、风轮运行状态采集模块、风轮转速采集模块和电能参数采集模块。本发明专利技术对于风力发电系统设备中的常见故障，风力发电系统能够有效借助故障诊断技术监测和发现，并且借用系统控制模块进行科学控制和及时处理，能够有效减少重大事故出现的概率，将系统产生的不良影响降到最低，减少维护费用的50％。

A wind power generation system and its control method for generating energy

【技术实现步骤摘要】
一种用于产生能量的风力发电系统及控制方法
本专利技术属于风力发电
，尤其涉及一种用于产生能量的风力发电系统及控制方法。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：随着社会经济的不断发展，电力的应用也越来越广泛，人们在日常生活中越来越离不开电力。我国的发电方法非常多，主要包括火力发电，水力发电以及风力发电。因为风的可利用性非常强，而且我国风力资源非常丰富，因此我国主要应用的发电技术还是风力发电。为了更充分的利用风力能源，我国在风力发电技术方面发展的非常迅速。风力发电技术的进步推动了风力发电的广泛应用，也促进了我国风力发电厂的建设。但是，风力发电的技术目前还不够完善，所以在并网的过程中给传统电力系统带来了巨大挑战。一方面，要克服风能蕴藏丰富地区的环境劣势，保证发电的效率，另一方面，还要提高运维能力，减少风力发电系统的故障发生率，并能够及时对故障采取科学合理的维保工作，保证电力系统的可靠性和稳定性。现有的风力发电系统不能实现自动故障诊断，一旦风电机组出现故障，会给电力系统带来诸多问题，严重影响电力系统的稳定性，会降低生产效率，增加生产成本，造成较大的经济损失。而且风力发电机由于需要借助风力获得能源，因此需要建设于比较空旷的区域，并且这一设备本身携带的叶片更需要在比较高的空中才可以，因此也比较容易受到雷电的袭击。现有的防雷方式效果较差，容易导致风力发电设备受到雷电袭击造成损坏，增加了设备维修成本费用。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有的风力发电系统不能实现自动故障诊断，无法对设备故障进行技术检测诊断，无法保证电力系统的稳定性，降低生产效率。(2)现有的防雷方式效果较差，容易导致风力发电设备受到雷电袭击造成损坏，增加了设备维修成本费用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于产生能量的风力发电系统及控制方法。本专利技术是这样实现的，一种用于产生能量的风力发电系统，所述用于产生能量的风力发电系统包括：风能采集模块，与中央控制模块连接，通过风轮转动，风轮发电机是指风轮在升力的作用下产生旋转运动；发电模块，与中央控制模块连接，依靠风轮的旋转带动电机旋转发电，把机械能转化为电能；制动模块，与中央控制模块连接，通过制动器的对发电机的转动，进行制动控制；调速模块，与中央控制模块连接，通过速度调节装置对风轮的转动速度进行调节控制；电力传输模块，与中央控制模块连接，通过电力传输线路对发电模块产生的电流，进行处理并传输到外部电网；故障在线诊断模块，与中央控制模块连接，用于通过构建风电系统故障诊断的数据库，对风力发电机控制进行在线诊断；根据实际运行过程中风力发电机各部件的磨损情况，在风力发电系统中设置合理的故障参数值域；在值域范围内，风电系统对系统运行的参数和相关的故障参数进行调试，并进行大量仿真试验，将相关的实验数据进行整理、计算和分析，最后构成风电系统故障诊断的数据库；建立基于深度学习的内外回路自适应阈值观测器，将输入控制指令和神经网络观测器产生的残差输入至自适应阈值生成器，得到自适应阈值，然后和神经网络观测器输出的残差作对比，从而判定风力发电设备是否发生故障；防雷模块，与中央控制模块连接，通过多个防雷装置对风力发电设备的外部系统和内部系统，进行雷电防护；显示模块，与中央控制模块连接，通过利用显示屏对风力发电系统中的运行状态数据进行调整；中央控制模块，与各个模块连接，协调各个模块的正常运行；无线信号收发模块，与中央控制模块连接，通过无线信号收发器与云服务器连接，用以数据的传输；云服务器，与中央控制模块连接，用以实现数据的共享；其中，云服务器对数据分类，根据风力发电系统检测的数据，建立相应的例子集合，确定风力发电系统检测数据的属性；根据数据的属性，计算信息增益；对信息增益进行排序，确定信息增益最大的属性；将风力发电系统相关的数据，建立相应的训练集；与信息增益最大的属性相近的数据分为一类，对信息增益依次取值，递归调用建树算法；若信息增益最大值只含有单个属性，则分支为叶子节点，判断其属性值并标上相应的符号，然后返回调用处，或者树达到规定的深度，或者子集所有元素都属于一个分类都结束；风能参数检测采集模块，与中央控制模块连接，通过相应的传感器采集风力的大小和风力的方向；风轮运行状态采集模块，与中央控制模块连接，通过利用相应的传感器，检测风轮的角度或者扭矩数据信息；风轮转速采集模块，与中央控制模块连接，通过利用转速传感器，采集风轮转速；电能参数采集模块，与中央控制模块连接，通过利用相应的传感器，检测输出的电压电流；对采集的信号进行处理的过程为：对采集的电压电力利用相应去噪识别方法对噪声信号进行识别，并且对噪声信号做小波变换，得出相应的小波系数集合；根据电压电流小波系数，确定相应的阈值，从而得出小波系数的估计值；根据计算得出的小波系数估计值，电压电流信号进行重构，得到不含有噪声的电压电流信号。进一步，所述电力传输模块包括：机侧整流单元、网侧逆变单元、并网单元以及取电单元；所述机侧整流单元用于连接风力发电机组，机侧整流单元、网侧逆变单元以及并网单元依次连接，并网单元用于连接外部电网；取电单元的输入端连接网侧逆变单元，输出端用于连接风力发电机组。进一步，所述取电单元包括多绕组变压器和多个功率单元，多个功率单元级联连接，且每个功率单元的三相交流端口分别与多绕组变压器的一个副边绕组的三相端口对应连接；多绕组变压器的原边绕组与机侧多绕组变压器的一个副边绕组相连接，多个功率单元连接在两条直流母线之间，直流母线连接于机侧整流单元与网侧逆变单元之间。进一步，所述防雷模块包括：外部防雷单元，在风力发电设备的叶尖顶部安装接闪器，在机舱的顶部安装避雷针，通过引下线将机舱以及塔顶连接，将雷电击中的电流顺利地引入到大地；内部防雷单元，通过等电位连接、屏蔽隔离和过电压保护的方式对风力发电设备的内部系统进行防护。进一步，所述外部防雷单元还包括放置在塔架周围的一个与塔架相连接的铜质环形导体，铜质环形导体作为风力发电设备的接地网与引下线下端连接，铜质环形导体距离塔架0.5m处，半径根据所处土壤环境参数予以确定。进一步，所述内部防雷单元中的等电位连接，通过将避雷针和容易受到雷击影响的风速计相联系，然后与地面装置连接，或将机舱内的金属设备都实现与地面装置的连接；所述屏蔽隔离和过电压保护通过光纤电缆使处理器和地面之间实现联系，然后利用屏蔽隔离的方法来降低元件之间的电磁耦合影响，利用分开供电的电源直流做好处理器和传感器的隔离效果；所述过电压保护通过在塔架底部控制柜内进线安装B+C级SPD，通信信号线路塔筒到机舱控制柜的两端运用光纤铠装金属层来实现与地面的连接，或选择增设信号系统保护器，可靠接地。本专利技术的另一目的在于提供一种基于所述的用于产生能量的风力发电系统的用于产生能量的风力发电系统控制方法，所述用于产生能量的风力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生能量的风力发电系统，其特征在于，所述用于产生能量的风力发电系统包括：/n风能采集模块，与中央控制模块连接，通过风轮转动，风轮发电机是指风轮在升力的作用下产生旋转运动；/n发电模块，与中央控制模块连接，依靠风轮的旋转带动电机旋转发电，把机械能转化为电能；/n制动模块，与中央控制模块连接，通过制动器的对发电机的转动，进行制动控制；/n调速模块，与中央控制模块连接，通过速度调节装置对风轮的转动速度进行调节控制；/n电力传输模块，与中央控制模块连接，通过电力传输线路对发电模块产生的电流，进行处理并传输到外部电网；/n故障在线诊断模块，与中央控制模块连接，用于通过构建风电系统故障诊断的数据库，对风力发电机控制进行在线诊断；根据实际运行过程中风力发电机各部件的磨损情况，在风力发电系统中设置合理的故障参数值域；在值域范围内，风电系统对系统运行的参数和相关的故障参数进行调试，并进行大量仿真试验，将相关的实验数据进行整理、计算和分析，最后构成风电系统故障诊断的数据库；建立基于深度学习的内外回路自适应阈值观测器，将输入控制指令和神经网络观测器产生的残差输入至自适应阈值生成器，得到自适应阈值，然后和神经网络观测器输出的残差作对比，从而判定风力发电设备是否发生故障；/n防雷模块，与中央控制模块连接，通过多个防雷装置对风力发电设备的外部系统和内部系统，进行雷电防护；/n显示模块，与中央控制模块连接，通过利用显示屏对风力发电系统中的运行状态数据进行调整；/n中央控制模块，与各个模块连接，协调各个模块的正常运行；/n无线信号收发模块，与中央控制模块连接，通过无线信号收发器与云服务器连接，用以数据的传输；/n云服务器，与中央控制模块连接，用以实现数据的共享；其中，云服务器对数据分类，根据风力发电系统检测的数据，建立相应的例子集合，确定风力发电系统检测数据的属性；根据数据的属性，计算信息增益；对信息增益进行排序，确定信息增益最大的属性；将风力发电系统相关的数据，建立相应的训练集；与信息增益最大的属性相近的数据分为一类，对信息增益依次取值，递归调用建树算法；若信息增益最大值只含有单个属性，则分支为叶子节点，判断其属性值并标上相应的符号，然后返回调用处，或者树达到规定的深度，或者子集所有元素都属于一个分类都结束；/n风能参数检测采集模块，与中央控制模块连接，通过相应的传感器采集风力的大小和风力的方向；/n风轮运行状态采集模块，与中央控制模块连接，通过利用相应的传感器，检测风轮的角度或者扭矩数据信息；/n风轮转速采集模块，与中央控制模块连接，通过利用转速传感器，采集风轮转速；/n电能参数采集模块，与中央控制模块连接，通过利用相应的传感器，检测输出的电压电流；对采集的信号进行处理的过程为：对采集的电压电力利用相应去噪识别方法对噪声信号进行识别，并且对噪声信号做小波变换，得出相应的小波系数集合；根据电压电流小波系数，确定相应的阈值，从而得出小波系数的估计值；根据计算得出的小波系数估计值，电压电流信号进行重构，得到不含有噪声的电压电流信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于产生能量的风力发电系统，其特征在于，所述用于产生能量的风力发电系统包括：
风能采集模块，与中央控制模块连接，通过风轮转动，风轮发电机是指风轮在升力的作用下产生旋转运动；
发电模块，与中央控制模块连接，依靠风轮的旋转带动电机旋转发电，把机械能转化为电能；
制动模块，与中央控制模块连接，通过制动器的对发电机的转动，进行制动控制；
调速模块，与中央控制模块连接，通过速度调节装置对风轮的转动速度进行调节控制；
电力传输模块，与中央控制模块连接，通过电力传输线路对发电模块产生的电流，进行处理并传输到外部电网；
故障在线诊断模块，与中央控制模块连接，用于通过构建风电系统故障诊断的数据库，对风力发电机控制进行在线诊断；根据实际运行过程中风力发电机各部件的磨损情况，在风力发电系统中设置合理的故障参数值域；在值域范围内，风电系统对系统运行的参数和相关的故障参数进行调试，并进行大量仿真试验，将相关的实验数据进行整理、计算和分析，最后构成风电系统故障诊断的数据库；建立基于深度学习的内外回路自适应阈值观测器，将输入控制指令和神经网络观测器产生的残差输入至自适应阈值生成器，得到自适应阈值，然后和神经网络观测器输出的残差作对比，从而判定风力发电设备是否发生故障；
防雷模块，与中央控制模块连接，通过多个防雷装置对风力发电设备的外部系统和内部系统，进行雷电防护；
显示模块，与中央控制模块连接，通过利用显示屏对风力发电系统中的运行状态数据进行调整；
中央控制模块，与各个模块连接，协调各个模块的正常运行；
无线信号收发模块，与中央控制模块连接，通过无线信号收发器与云服务器连接，用以数据的传输；
云服务器，与中央控制模块连接，用以实现数据的共享；其中，云服务器对数据分类，根据风力发电系统检测的数据，建立相应的例子集合，确定风力发电系统检测数据的属性；根据数据的属性，计算信息增益；对信息增益进行排序，确定信息增益最大的属性；将风力发电系统相关的数据，建立相应的训练集；与信息增益最大的属性相近的数据分为一类，对信息增益依次取值，递归调用建树算法；若信息增益最大值只含有单个属性，则分支为叶子节点，判断其属性值并标上相应的符号，然后返回调用处，或者树达到规定的深度，或者子集所有元素都属于一个分类都结束；
风能参数检测采集模块，与中央控制模块连接，通过相应的传感器采集风力的大小和风力的方向；
风轮运行状态采集模块，与中央控制模块连接，通过利用相应的传感器，检测风轮的角度或者扭矩数据信息；
风轮转速采集模块，与中央控制模块连接，通过利用转速传感器，采集风轮转速；
电能参数采集模块，与中央控制模块连接，通过利用相应的传感器，检测输出的电压电流；对采集的信号进行处理的过程为：对采集的电压电力利用相应去噪识别方法对噪声信号进行识别，并且对噪声信号做小波变换，得出相应的小波系数集合；根据电压电流小波系数，确定相应的阈值，从而得出小波系数的估计值；根据计算得出的小波系数估计值，电压电流信号进行重构，得到不含有噪声的电压电流信号。


2.如权利要求1所述的用于产生能量的风力发电系统，其特征在于，所述电力传输模块包括：
机侧整流单元、网侧逆变单元、并网单元以及取电单元；
所述机侧整流单元用于连接风力发电机组，机侧整流单元、网侧逆变单元以及并网单元依次连接，并网单元用于连接外部电网；
取电单元的输入端连接网侧逆变单元，输出端用于连接风力发电机组。


3.如权利要求2所述的用于产生能量的风力发电系统，其特征在于，所述取电单元包括多绕组变压器和多个功率单元，多个功率单元级联连接，且每个功率单元的三相交流端口分别与多绕组变压器的一个副边绕组的三相端口对应连接；
多绕组变压器的原边绕组与机侧多绕组变压器的一个副边绕组相连接，多个功率单元连接在两条直流母线之间，直流母线连接于机侧整流单元与网侧逆变单元之间。


4.如权利要求1所述的用于产生能量的风力发电系统，其特征在于，所述防雷模块包括：
外部防雷单元，在风力发电设备的叶尖顶部安装接闪器，在机舱的顶部安装避雷针，通过引下线将机舱以及塔顶连接，将雷电击中的电流顺利地引入到大地；
内部防雷单元，通过等电位连接、屏蔽隔离和过电压保护的方式对风力发电设备的内部系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡振华，李立雄，杨京渝，彭丽，杨娴，
申请(专利权)人：湖南城市学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43