一种风力发电机组偏航系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种风力发电机组偏航系统及方法，包括偏航电机、偏航驱动柜、风机控制系统、液压系统和每个偏航电机位置反馈传感器，根据风机控制系统发出的控制指令，偏航驱动柜控制偏航系统的启动或停止，基于风力大小设置每个偏航电机初始驱动力大小及方向，并基于偏航位置反馈传感器实时监测的每一个偏航电机的驱动力大小及电机速度，实时动态调整每个偏航电机驱动力的大小和方向，实现风力发电机组偏航启动和停止过程的齿面软接触，偏航运行过程零残压、零噪音、零磨损的偏航软驱动，同时实时监测风力发电机组偏航负载，当实际负载超过设计极限值时主动停止偏航过程，风力发电机组继续发电，有效保护偏航传动机械部件，提高风力发电机组发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组偏航系统及方法
本专利技术涉及风电
，尤其是涉及一种风力发电机组偏航系统及方法。
技术介绍
在风力发电机组中，偏航驱动是整个风力发电机组控制中的重要组成部分。现有偏航驱动方案主要有以下3种：偏航电机直接驱动偏航系统、偏航变频器+偏航电机驱动偏航系统和偏航软启动器+偏航电机驱动偏航系统。以上列出的3种偏航驱动方案存在如下情况：偏航启动和偏航结束过程，偏航驱动力和刹车阻力不能实现协调控制，存在偏航驱动力和刹车阻力同时存在且不协调的情况，对偏航系统的寿命特别是偏航刹车片和刹车盘影响很大；同时，偏航过程中需要使用液压系统提供的刹车力为偏航过程提供偏航阻尼，避免突然的风况变化导致风力发电机机头失控，该阻尼力导致偏航刹车片磨损严重，偏航过程摩擦噪音大，时间久了刹车盘也容易出问题，影响部件的使用寿命，增加了风机的维护成本，同时减少了机组的发电时间。同时，现有技术中的偏航过程没有实时监视实际偏航负载的大小，只有当偏航负载超过偏航驱动系统的电气极限能力后，偏航驱动才被动通过电气跳闸停止，此时风机报故障停机，需要人到风机机舱复位供电开关，需要较长的故障处理时间，影响风机的发电。
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系统及方法，其技术方案包括：一种风力发电机组偏航系统，包括多个偏航电机及其位置反馈传感器、偏航驱动柜和风机控制系统，所述偏航驱动柜连接至所述风机控制系统，根据所述风机控制系统发出的控制指令确定风机偏航的方向、启动或停止所述偏航电机，并基于风力大小设置每个偏航电机的初始驱动力大小及方向，所述偏航电机及其位置反馈传感器连接至所述偏航驱动柜，所述位置反馈传感器实时监测每一个偏航电机实际输出驱动力大小及偏航电机速度，并将其反馈至所述风机偏航驱动柜，风机偏航驱动柜基于该反馈信号，实时动态调整偏航运行过程及偏航停止过程中每个偏航电机的驱动力大小及方向。还包括液压系统、连接至所述风机控制系统，用于在所有偏航电机停止后、进行系统制动；每个偏航电机上均设置有电气刹车系统、连接至所述风机控制系统。所述风机控制系统包括可编程控制器、配电开关、通讯模块和I/O模块；其中，所述可编程控制器控制风机偏航系统的启动、停止及系统的保护；所述配电开关和所述偏航驱动柜连接，为所述偏航驱动柜提供动力电源；所述通讯模块和所述偏航驱动柜连接，实现所述风机控制系统和所述偏航驱动柜之间的信号交互；所述I/O模块和所述液压系统、偏航电机电气刹车系统连接，实现所述液压系统和偏航电机电气刹车系统的控制。所述偏航驱动柜包括供电开关、开关电源、运动控制器和伺服驱动器；其中，所述供电开关和所述伺服驱动器连接，为所述伺服驱动器提供动力电源；所述开关电源和所述运动控制器及所述伺服驱动器连接，为所述运动控制器及所述伺服驱动器提供工作电源；所述运动控制器和所述伺服驱动器连接，根据所述运动控制器指令实时动态调整所述伺服驱动器驱动力大小及方向；所述伺服驱动器和所述偏航电机连接，驱动偏航电机。所述位置反馈传感器为旋转变压器或编码器。偏航过程中，风机控制系统发出控制指令，控制偏航驱动柜启动或停止所述偏航电机，并基于风力大小设置每个偏航电机的初始驱动力大小及方向；位置反馈传感器实时监测每一个偏航电机的实际输出驱动力大小及偏航电机速度，并将其反馈至所述风机偏航驱动柜，风机偏航驱动柜基于该反馈信号，实时动态调整偏航运行过程及偏航停止过程中每个偏航电机驱动力大小及方向。偏航启动前，风机控制系统控制液压系统的刹车保持投入，控制偏航电机电气刹车松开。偏航启动中，偏航驱动柜的运动控制器根据风机控制系统提供的启动指令启动偏航电机，运动控制器根据风机控制系统提供的风速大小和每个偏航电机的位置反馈传感器反馈的电机实际驱动力大小及电机速度，采用齿隙补偿算法控制每个偏航电机驱动力大小及方向，通过偏航电机提供的力矩保持风力发电机组机头位置保持不动，风机控制系统控制液压系统的刹车松开。偏航运行时，偏航驱动柜的运动控制器根据每个偏航电机的位置反馈传感器反馈的电机实际驱动力大小及电机速度，实时动态调整偏航运行过程中每个偏航电机驱动力大小及方向，通过偏航电机提供的力矩阻尼实现匀速偏航的目的，同时在偏航过程中实时监测每个偏航电机实际驱动力大小，当力矩超过极限值时运动控制器主动停止偏航电机，同时通过风机控制系统控制液压系统刹车和偏航电机电气刹车投入，待极限风况过去后，风机控制系统再次启动偏航系统。偏航结束时，偏航驱动柜的运动控制器根据每个偏航电机的位置反馈传感器反馈的电机实际驱动力大小及电机速度，实时动态调整偏航停止过程中每个偏航电机驱动力大小及方向，通过不同偏航电机提供的驱动和阻尼力矩保持风力发电机组机头位置保持不动，风机控制系统控制液压系统刹车和偏航电机电气刹车同时投入。本专利技术的偏航过程不需要液压系统提供偏航阻尼，实时动态调整偏航电机的驱动力大小和方向，将其设置为正转提供驱动力的驱动电机和反转提供阻尼的阻尼电机，驱动电机和阻尼电机的个数是根据偏航载荷实时调整。偏航启动过程，首先松开偏航电机电气刹车，偏航驱动电机和阻尼电机共同作用，实现偏航齿面的软接触，使风力发电机组机头静止，之后松开偏航液压刹车。偏航运行过程，根据实际偏航负载大小，实时调整偏航过程中驱动电机和阻尼电机个数及每个电机力矩大小，实现偏航运行过程零残压、零噪音、零磨损的完全软偏航驱动。偏航停止过程，通过偏航驱动电机和阻尼电机共同作用实现风力发电机组机头位置保持不动，之后投入偏航液压刹车和偏航电机电气刹车。同时，本专利技术在偏航过程中实时监测风力发电机组偏航负载，当实际负载超过设计极限值时主动停止偏航过程，有效保护偏航传动机械部件，同时避免了被动过载开关跳闸后需要人到风机本地进行维修，提高了机组的发电效率。附图说明图1为本专利技术示例性实施例的偏航系统框图；图2为本专利技术示例性实施例的偏航方法流程图。具体实施方式为清晰地说明本专利技术的具体实施方式，现结合附图对本专利技术示例性实施例做详细的描述。如图1和2所示，本专利技术实施例的风力发电机组偏航系统包括多个偏航电机及其位置反馈传感器、偏航驱动柜、风机控制系统和液压系统，每个偏航电机上对应设置有位置反馈传感器，其中：偏航驱动柜连接至所述风机控制系统，根据所述风机控制系统发出的控制指令确定风机偏航的方向、启动或停止所述偏航电机，基于风力大小设置每个偏航电机的初始驱动力大小及方向，所述偏航电机和所述每个偏航电机的位置反馈传感器连接至所述偏航驱动柜，位置反馈传感器实时监测每一个偏航电机实际输出的驱动力大小及电机速度，并将其反馈至所述风机偏航驱动柜，风机偏航驱动柜基于该反馈信号，实时动态调整偏航运行过程及偏航停止过程中每个偏航电机驱动力的大小及方向。偏航驱动柜包括供电开关、开关电源、运动控制器和伺服驱动器；其中，所述供电开关和所述伺服驱动器连接，为所述伺服驱动器提供动力电源；所述开关电源和所述运动控制器及所述伺服驱动器连接，为所述运动控制器及所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组偏航系统，其特征在于，包括多个偏航电机及其位置反馈传感器、偏航驱动柜和风机控制系统，所述偏航驱动柜连接至所述风机控制系统，根据所述风机控制系统发出的控制指令确定风机偏航的方向、启动或停止所述偏航电机，并基于风力大小设置每个偏航电机的初始驱动力大小及方向，所述偏航电机及其位置反馈传感器连接至所述偏航驱动柜，所述位置反馈传感器实时监测每一个偏航电机实际输出驱动力大小及偏航电机速度，并将其反馈至所述风机偏航驱动柜，风机偏航驱动柜基于该反馈信号，实时动态调整偏航运行过程及偏航停止过程中每个偏航电机的驱动力大小及方向。/n

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组偏航系统，其特征在于，包括多个偏航电机及其位置反馈传感器、偏航驱动柜和风机控制系统，所述偏航驱动柜连接至所述风机控制系统，根据所述风机控制系统发出的控制指令确定风机偏航的方向、启动或停止所述偏航电机，并基于风力大小设置每个偏航电机的初始驱动力大小及方向，所述偏航电机及其位置反馈传感器连接至所述偏航驱动柜，所述位置反馈传感器实时监测每一个偏航电机实际输出驱动力大小及偏航电机速度，并将其反馈至所述风机偏航驱动柜，风机偏航驱动柜基于该反馈信号，实时动态调整偏航运行过程及偏航停止过程中每个偏航电机的驱动力大小及方向。


2.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航系统，其特征在于，还包括液压系统、连接至所述风机控制系统，用于在所有偏航电机停止后、进行系统制动；每个偏航电机上均设置有电气刹车系统、连接至所述风机控制系统。


3.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航系统，其特征在于，所述风机控制系统包括可编程控制器、配电开关、通讯模块和I/O模块；其中，所述可编程控制器控制风机偏航系统的启动、停止及系统的保护；所述配电开关和所述偏航驱动柜连接，为所述偏航驱动柜提供动力电源；所述通讯模块和所述偏航驱动柜连接，实现所述风机控制系统和所述偏航驱动柜之间的信号交互；所述I/O模块和所述液压系统、偏航电机电气刹车系统连接，实现所述液压系统和偏航电机电气刹车系统的控制。


4.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航系统，其特征在于，所述偏航驱动柜包括供电开关、开关电源、运动控制器和伺服驱动器；其中，所述供电开关和所述伺服驱动器连接，为所述伺服驱动器提供动力电源；所述开关电源和所述运动控制器及所述伺服驱动器连接，为所述运动控制器及所述伺服驱动器提供工作电源；所述运动控制器和所述伺服驱动器连接，根据所述运动控制器指令实时动态调整所述伺服驱动器驱动力大小及方向；所述伺服驱动器和所述偏航电机连接，驱动偏航电机。


5.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航系统，其特征在于，所述位置反馈传感器为旋转变压器或编码器。

【专利技术属性】
技术研发人员：任华彬，刘世洪，彭小迪，余业祥，李玉霞，罗婧，
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