一种风力发电机组偏航优化控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术实施例涉及一种风力发电机组偏航优化控制系统及其控制方法，该系统包括偏航控制模块、信息交互接口模块、偏航制动模块和偏航驱动模块，用于对现有风力发电机组的偏航机构相关部件进行优化控制。本发明专利技术实施的技术方案能够实现偏航电机的柔和启停控制，避免启停过程中偏航电机受到电流和机械的冲击；实现了偏航启动前完成偏航大齿和驱动小齿的齿轮间隙轻柔啮合，避免启动过程中齿轮间隙引起的机械冲击；实现了偏航过程中动态控制偏航制动系统的制动力，减少机械磨损和噪音；同时还实现了偏航过程中电机输出力矩动态实时控制完成精准实时对风位置控制，提高风电机组的偏航系统的稳定性，从而提高风电机组的最大风能捕获能力。能力。能力。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组偏航优化控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术实施例涉及新能源发电
，尤其涉及一种风力发电机组偏航优化控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]在全球能源需求持续增长同时，经济发展与环境资源的矛盾问题也日益突出，发展低碳经济、建设生态文明、实现可持续发展，成为人类社会的普遍共识，风能作为一种储量丰富、资源分布广泛清洁的可再生能源资源已经成为世界各国经济和社会可持续发展的重要战略。近年来风力发电技术的快速发展，风电的装机容量呈爆炸式增长。随着机组运行时间的增长，为了提升机组效益，对运行中风电设备维护和改造的需求越来越突出，要求也越来越高。
[0003]风力发电机组最大风能的捕获能力，依赖于机组对风向精准实时的跟踪。偏航系统是实现风力发电机组实时精准对风的执行系统，是水平轴风力发电机组关键部件。对于大型风力发电机组，当偏航系统功能失效后，机组必然停机造成效益损失。针对风力发电机组的偏航机构进行研究，发现偏航机械的控制系统存在较大的设计差异和优化提升的空间，并且偏航机构的控制系统性能决定着风电机组的安全性。
[0004]风力发电机组随着风向的不断变化,需要偏航系统进行对风控制,以获取更多风能,提升发电量。但当风向频繁剧烈波动时,偏航系统执行机械会频繁操作,这将导致偏航轴承等机械机构工作强度增加,一旦发生故障,对于风电场的效益来说损失巨大。国内风电行业发展至今，投入运行的风力发电机组，早期偏航系统设计方案为，偏航机械机构在执行偏航动作时，用于偏航驱动的异步电动机，采用了接触器实现直接启动的控制方式。随着风电控制技术的发展现在采用了较好的软启动器或变频器进行偏航电机的启停控制。但是，风力发电机组偏航过程中的机械摩擦和启动电流对电机的冲击，都影响了风力发电机组的平稳运行，给机组带来振动和机械冲击的损害。

技术实现思路

[0005]基于现有技术的上述情况，本专利技术实施例的目的在于提供一种风力发电机组偏航优化控制系统及其控制方法，针对现有技术的偏航机械结构，对偏航制动机构进行优化控制，改变偏航停止阶段和偏航运行阶段中偏航机构的工作状态，实时调节偏航电机电磁力矩和偏航制动器摩擦力大小，以优化风力发电机组偏航过程的机械摩擦，减少偏航引起的机组振动和噪音。
[0006]为达到上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种风力发电机组偏航优化控制系统，包括偏航控制模块、信息交互接口模块、偏航制动模块和偏航驱动模块；
[0007]所述偏航控制模块的输出连接偏航制动模块和偏航驱动模块，所述偏航控制模块用于执行偏航对风命令，协调偏航制动模块动作，向偏航驱动模块下发运动控制指令，以完成偏航电机的运动控制，实现偏航对风；
[0008]所述信息交互接口模块与偏航控制模块连接，用于向偏航控制模块传输偏航对风命令，并反馈偏航控制模块的工作状态。
[0009]进一步的，所述偏航制动模块包括偏航液压阀和偏航制动器；
[0010]所述偏航制动模块通过改变偏航液压阀的状态，调节偏航制动器刹车钳的液压压力，以控制该偏航制动模块的动作状态。
[0011]进一步的，所述偏航驱动模块包括运动控制单元、偏航电机和电机编码器；
[0012]所述运动控制单元执行所述运动控制命令，动态调整偏航电机输出的转矩和速度，并反馈偏航电机编码器信息给偏航控制模块。
[0013]根据本专利技术的第二个方面，提供了一种风力发电机组偏航控制系统，包括偏航优化控制系统、风机主控制器、测风系统和机舱位置检测系统；所述偏航优化控制系统包括如本专利技术第一个方面所述的偏航优化控制系统；
[0014]所述风机主控制器分别连接测风系统和机舱位置检测系统，根据所述测风系统检测的风向数据和机舱位置检测系统检测的位置数据生成偏航对风命令；
[0015]所述偏航优化控制系统通过信息交互接口模块与风机主控制器进行信息交互，接收风机主控制器发送的偏航对风命令，并反馈偏航控制模块的工作状态。
[0016]根据本专利技术的第三个方面，提供了一种如本专利技术第二个方面所述的偏航控制系统的偏航控制方法，包括步骤：
[0017]偏航停止阶段，从所述风机主控制器获取相关信息，执行使能偏航热备状态控制；
[0018]偏航运行阶段，在所述使能偏航热备状态下，接收偏航动作指令后，进入偏航运行阶段；
[0019]偏航故障停机阶段，当风机处于偏航故障停机状态时，协调控制偏航电机均匀减速，同时协调控制偏航液压电磁阀建立偏航刹车压力到最大压力值。
[0020]进一步的，所述偏航停止阶段为风力发电机组的偏航电机处于静止时的状态；所述偏航运行阶段为风力发电机组的偏航电机处于运行的阶段；所述偏航故障停机阶段为偏航系统停机过程。
[0021]进一步的，执行使能偏航热备状态控制包括：
[0022]打开偏航电机刹车，向运动控制单元分配正反方向驱动命令，协调偏航电机均衡分配正反向驱动速度，使偏航驱动机构的偏航小齿轮缓慢啮合偏航回转轴承的大齿，以进行齿轮间隙补偿；
[0023]分别调节偏航电机输出正反向平衡力矩；
[0024]协调控制偏航液压阀释放偏航刹车压力到余压值，同时依靠偏航电机输出平衡转矩保持机舱偏航位置不变。
[0025]进一步的，在偏航热备状态下的优化偏航运行控制包括：
[0026]根据偏航动作指令，控制部分偏航电机逐步加载驱动力矩，部分偏航电机调节反向阻尼力，并驱动偏航电机平缓加速至偏航电机额定转速；
[0027]当接收到偏航停止动作命令时，控制偏航电机降低转速直至偏航转速为零，同时将偏航电机的力矩调节到偏航热备状态。
[0028]进一步的，当风机处于偏航故障停机状态时，还包括：
[0029]当偏航系统停机完成后，偏航电机转速达到安全值，协调控制偏航电机转矩降至
零并完成偏航电机电磁刹车抱闸。
[0030]进一步的，所述偏航故障包括安全链系统故障和过扭缆保护故障。
[0031]综上所述，本专利技术实施例提供了一种风力发电机组偏航优化控制系统及其控制方法，该系统包括偏航控制模块、信息交互接口模块、偏航制动模块和偏航驱动模块，用于对现有风力发电机组的偏航机构相关部件进行优化控制。本专利技术实施例的技术方案能够实现偏航电机的柔和启停控制，避免启停过程中偏航电机受到电流和机械的冲击；实现了偏航启动前完成偏航大齿和驱动小齿的齿轮间隙轻柔啮合，避免启动过程中齿轮间隙引起的机械冲击；实现了偏航过程中动态控制偏航制动系统的制动力，减少机械磨损和噪音；同时还实现了偏航过程中电机输出力矩动态实时控制完成精准实时对风位置控制，提高风电机组的最大风能捕获能力，减少机械摩擦降低机组的机械故障，从而提高风电机组的偏航系统的稳定性，增加风力发电机组可利用率和发电量，使优化后的机组整体效益提升。
附图说明
[0032]图1是现有技术风力发电机组偏航系统的构成框图；
[0033]图2是本专利技术实施例偏航优化控制系统的构成框图。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组偏航优化控制系统，其特征在于，包括偏航控制模块、信息交互接口模块、偏航制动模块和偏航驱动模块；所述偏航控制模块的输出连接偏航制动模块和偏航驱动模块，所述偏航控制模块用于执行偏航对风命令，协调偏航制动模块动作，向偏航驱动模块下发运动控制指令，以完成偏航电机的运动控制，实现偏航对风；所述信息交互接口模块与偏航控制模块连接，用于向偏航控制模块传输偏航对风命令，并反馈偏航控制模块的工作状态。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏航制动模块包括偏航液压阀和偏航制动器；所述偏航制动模块通过改变偏航液压阀的状态，调节偏航制动器刹车钳的液压压力，以控制该偏航制动模块的动作状态。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏航驱动模块包括运动控制单元、偏航电机和电机编码器；所述运动控制单元执行所述运动控制命令，动态调整偏航电机输出的转矩和速度，并反馈偏航电机编码器信息给偏航控制模块。4.一种风力发电机组偏航控制系统，其特征在于，包括偏航优化控制系统、风机主控制器、测风系统和机舱位置检测系统；所述偏航优化控制系统包括如权利要求1
‑
3中任意一项所述的偏航优化控制系统；所述风机主控制器分别连接测风系统和机舱位置检测系统，根据所述测风系统检测的风向数据和机舱位置检测系统检测的位置数据生成偏航对风命令；所述偏航优化控制系统通过信息交互接口模块与风机主控制器进行信息交互，接收风机主控制器发送的偏航对风命令，并反馈偏航控制模块的工作状态。5.一种如权利要求3所述的偏航控制系统的偏航控制方法，其特征在于，包括步骤：偏航停止阶段，从所述风机主控制器获取相关信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟鹏，杜松峰，白海松，李延青，徐琛，班龙，冯广博，卢晓光，徐奉友，刘心社，
申请(专利权)人：许昌许继风电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：