基于多容错模式的风机变桨控制系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于多容错模式的风机变桨控制系统，属于风力发电技术领域，针对相关技术中风电系统自身元件出现故障，导致风电系统无法正常运行的问题，提出以下方案：包括数据采集模块、主控制器、容错检测模块、冗余模块和补偿模型数据库；容错检测模块根据变桨浆距角与预设浆距角生成角度偏差，并判断风机中的传感器处于极限故障状态或者非极限故障状态，以对应生成极限故障信号或者非极限故障信号；主控制器接收容错检测模块生成的极限故障信号或者非极限故障信号，以在接收到极限故障信号时控制冗余模块启动或者在接收到非极限故障信号时调用补偿模型数据库，并控制变桨控制器运行。

【技术实现步骤摘要】
基于多容错模式的风机变桨控制系统
本专利技术涉及风力发电
，具体涉及一种基于多容错模式的风机变桨控制系统。
技术介绍
目前，对于可再生能源中，风能是可再生能源的重要组成部分，积极地开发风能对于改善能源系统结构、缓解能源危机、保护生态环境具有深远的意义。风电机组输出功率和转矩的调节取决于风速的变化，当风速达到并超过额定值时，需要通过降低风电机组的气动效率来限制输出功率，以避免风电机组超载。因此，桨距角和桨叶位置在变风条件下需要控制，称为变桨控制。变桨控制是降低风电机组在高风速下超载的一种有效方法，具有重要作用。然而，由于目前风电系统大部分装备都暴露在室外，容易导致部分系统受损。其次，风电机组中的变桨系统受自身元器件工作年限以及恶劣的工作环境影响,不可避免的会发生故障导致变桨功能无法顺利完成，以及风电系统的发电机组、制动装备、风机叶片等都处在高空，如果出现故障很难及时更换。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种基于多容错模式的风机变桨控制系统，解决了相关技术中风电系统的自身元件出现故障时，导致风电系统无法正常运行的问题。本专利技术提供的基础方案：一种基于多容错模式的风机变桨控制系统，包括用于采集风机变桨浆距角的数据采集模块和用于控制变桨控制器输出驱动指令的主控制器，所述基于多容错模式的风机变桨控制系统还包括：容错检测模块、冗余模块和补偿模型数据库；所述容错检测模块，用于根据所述变桨浆距角与预设浆距角生成角度偏差，并根据所述角度偏差判断所述风机中的传感器处于极限故障状态或者非极限故障状态，以对应生成极限故障信号或者非极限故障信号；所述主控制器，用于接收所述容错检测模块生成的极限故障信号或者非极限故障信号，以在接收到极限故障信号时控制所述冗余模块启动或者在接收到非极限故障信号时调用所述补偿模型数据库，并控制所述变桨控制器运行。本专利技术基础方案的原理为：本方案中桨距角指的是风机叶片顶端翼型弦线与旋转平面的夹角。风力机采用变桨距控制，通过调整叶片迎风角度，来进行功率调整的方式，桨距角是指风机叶片与风轮平面夹角。风机变桨控制系统中具有各种传感器对风机中风轮、传动机构、电动机等器件运行参数数据进行采集，如果风轮、传动机构、电动机等器件出现故障，均会导致变桨浆距角发生偏差。而本方案中，考虑到风机变桨控制系统不会一直出现故障，就首先对风机变桨浆距角实时采集，判断风机变桨控制系统整体是否存在故障，而不需要每次对风机变桨控制系统中的各种传感器一一检测。数据采集模块的设置，实现风机变桨控制系统中风机变桨浆距角的采集，变桨浆距角为风机浆叶的当前浆距角。由于控制精度、机械结构的误差，将采集的变桨浆距角输出至容错检测模块，导致风机浆叶在运行过程中，与预期运行情况存在偏差，因此采集风机实际桨距角作为容错检测模块中的对比数据，以实时调节风机变桨控制系统。容错检测模块的设置，将数据采集模块采集的风机实际变桨浆距角与预设浆距角生成角度偏差，并将生成的角度偏差与预设角度偏差进行对比，若生成的角度偏差未处于预设角度偏差范围内，则表示风机存在故障，此时就进一步对风机中传感器的工作状态进行检测，以判断风机中传感器是否存在极限故障或者非极限故障，以使得风机变桨控制系统中的传感器在不同的故障状态下做出与故障相对应的动作，提高风机变桨控制系统的可靠性。冗余模块可以将出现极限故障的传感器进行替换，也即是在风机变桨控制系统中容错检测模块检测到传感器处于极限故障时，就通过主控制器控制冗余模块将处于极限故障状态的传感器替换为与之相对应的传感器，从而可以保证风机变桨控制系统正常运行，不会被传感器发生极限故障导致停机，避免了风机变桨控制系统的意外停机。主控制器可以在风机变桨控制系统出现非极限故障状态时调用补偿模型数据库。具体是，通过数据采集模块将风机变桨控制系统中的传感器数据进行检测，在风机变桨控制系统中容错检测模块检测到传感器处于非极限故障状态时，就通过主控制器调用补偿模型数据库，从而结合补偿模型数据库保证风机变桨控制系统正常运行。基础方案的有益效果为：(1)本方案中，将风机变桨控制系统和容错检测模块结合，通过容错检测模块判断风机变桨控制系统中传感器是否处于极限故障状态或者非极限故障状态，并输出极限故障信号或者非极限故障信号至主控制器，以分别控制相对应模块运行，可以实现风机变桨控制系统的进一步判断，保证控制系统正常运行，避免意外停机。(2)本方案中，将风机变桨控制系统和冗余模块进行结合，在风机中的传感器处于极限故障状态时，通过主控制器控制冗余模块启动，以作为与传感器对应的备用模块，也即在风机变桨控制系统出现极限故障时，进一步判断风机中出现极限故障的具体传感器，以此可以避免出现极限故障的传感器完全失效导致的风机变桨控制系统停机的问题；同时也避免了在检测到风机变桨控制系统中出现极限故障时，需要对风机中所有传感器进行整体替换。在保障了风力发电系统安全、高效运行的同时，避免了风机变桨控制系统的资源浪费。(3)本方案中，将风机变桨控制系统和补偿模型数据库进行结合，在风机中的传感器处于非极限故障状态时，通过主控制器控制补偿模型数据库启动，以在风机变桨控制系统出现非极限故障时，对风机中的所有传感器进行数据修正，以此可以避免传感器部分失效、偶尔失灵导致的风机变桨控制系统不能正常运行的问题，同时，根据补偿模型数据库对风机中所有传感器进行数据修正，保障了风力发电系统正常、安全、高效运行，提升了风机变桨控制系统的运行可靠性。(4)本方案中，首先对风机变桨浆距角实时采集，判断风机变桨控制系统整体是否存在故障，而不需要每次对风机变桨控制系统中的各种传感器一一检测，据此不会造成资源浪费。进一步，所述数据采集模块包括与所述容错检测模块电连接的风轮角度传感器；所述数据采集模块，用于采集所述风机的变桨浆距角。数据采集模块中采用风轮角度传感器采集风机的变桨浆距角，技术成熟，便于对变桨浆距角的实时采集，以便于对风机变桨控制系统是否发生故障进行判断。进一步，所述数据采集模块还包括分别与所述容错检测模块电连接的风速传感器、风轮转速传感器、传动机构转速传感器、传动机构温度传感器、发电机转速传感器、发电机温度传感器、变流机构电流传感器、变压机构电压传感器、电网频率传感器和电网功率因素传感器；所述数据采集模块，还用于采集风机风速、风轮转速、传动机构转速、传动机构温度、发电机转速、发电机温度、变流机构电流、变压机构电压、电网频率和电网功率因素。风机变桨控制系统中安装有多个不同的传感器，如风速传感器、风轮转速传感器、传动机构转速传感器、传动机构温度传感器、发电机转速传感器、发电机温度传感器、变流机构电流传感器、变压机构电压传感器、电网频率传感器和电网功率因素传感器，以分别对风机变桨控制系统中各个部位的运行数据进行实时检测，以便于对风机变桨控制系统在运行过程中的实时运行数据进行监控，避免风机变桨控制系统发生故障而不能及时处理，提升了风机变桨控制系统的运行可靠性。进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多容错模式的风机变桨控制系统，包括用于采集风机变桨浆距角的数据采集模块和用于控制变桨控制器输出驱动指令的主控制器，其特征在于，所述基于多容错模式的风机变桨控制系统还包括：容错检测模块、冗余模块和补偿模型数据库；/n所述容错检测模块，用于根据所述变桨浆距角与预设浆距角生成角度偏差，并根据所述角度偏差判断所述风机中的传感器处于极限故障状态或者非极限故障状态，以对应生成极限故障信号或者非极限故障信号；/n所述主控制器，用于接收所述容错检测模块生成的极限故障信号或者非极限故障信号，以在接收到极限故障信号时控制所述冗余模块启动或者在接收到非极限故障信号时调用所述补偿模型数据库，并控制所述变桨控制器运行。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多容错模式的风机变桨控制系统，包括用于采集风机变桨浆距角的数据采集模块和用于控制变桨控制器输出驱动指令的主控制器，其特征在于，所述基于多容错模式的风机变桨控制系统还包括：容错检测模块、冗余模块和补偿模型数据库；
所述容错检测模块，用于根据所述变桨浆距角与预设浆距角生成角度偏差，并根据所述角度偏差判断所述风机中的传感器处于极限故障状态或者非极限故障状态，以对应生成极限故障信号或者非极限故障信号；
所述主控制器，用于接收所述容错检测模块生成的极限故障信号或者非极限故障信号，以在接收到极限故障信号时控制所述冗余模块启动或者在接收到非极限故障信号时调用所述补偿模型数据库，并控制所述变桨控制器运行。


2.根据权利要求1所述的基于多容错模式的风机变桨控制系统，其特征在于，所述数据采集模块包括与所述容错检测模块电连接的风轮角度传感器；
所述数据采集模块，用于采集所述风机的变桨浆距角。


3.根据权利要求2所述的基于多容错模式的风机变桨控制系统，其特征在于，所述数据采集模块还包括分别与所述容错检测模块电连接的风速传感器、风轮转速传感器、传动机构转速传感器、传动机构温度传感器、发电机转速传感器、发电机温度传感器、变流机构电流传感器、变压机构电压传感器、电网频率传感器和电网功率因素传感器；
所述数据采集模块，还用于采集风机风速、风轮转速、传动机构转速、传动机构温度、发电机转速、发电机温度、变流机构电流、变压机构电压、电网频率和电网功率因素。


4.根据权利要求3所述的基于多容错模式的风机变桨控制系统，其特征在于，所述容错检测模块还用于将所述生成的角度偏差与预设角度偏差进行比较，当所述角度偏差处于预设角度偏差范围内，输出第一控制信号至所述主控制器，以控制所述变桨控制器运行；当所述角度偏差未处于预设角度偏差范围内，判断所述风机中的传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小锁，
申请(专利权)人：重庆电子工程职业学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50