风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法与系统，基于每支叶片当前桨叶角度，计算两两桨叶角度偏差；基于两两桨叶角度偏差，判断叶片1、2、3是否出现卡桨故障，得到各叶片的卡桨故障标志位；基于卡桨故障标志位，判断叶片是否出现卡桨故障，如果出现卡桨故障，则触发卡桨停机，得到卡桨故障停机标志位；基于卡桨故障停机标志位，计算卡桨故障停机的变桨速率设定值和发电机扭矩设定值，实现停机过程中降载。本发明专利技术能够准确识别出叶片卡桨故障，并针对卡桨故障提出一种有效的降载停机方式，能够降低风电机组在故障停机过程中的极限载荷。停机过程中的极限载荷。停机过程中的极限载荷。

【技术实现步骤摘要】
风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法与系统


[0001]本专利技术涉及风力发电的
，尤其是指一种风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法与系统。

技术介绍

[0002]风电机组在额定风速以上是通过控制叶片的变桨角度来控制叶轮转速和功率的恒定。然而，按照设计规范要求，在风电机组的正常运行发电过程中，必须考虑变桨系统出现故障(例如：变桨电机短路、变桨减速机断齿、变桨轴承卡死等)导致的叶片卡桨的极限工况。由于风电机组每支叶片采用独立的变桨执行系统，因此只需要考虑单支叶片出现卡桨的情况。在出现卡桨故障时，常规的故障识别方法不能准确地识别卡桨故障与其它类型故障，且不能准确地得知哪支叶片出现了卡桨故障，因此在停机过程中没有针对卡桨故障设计降载停机逻辑。

技术实现思路

[0003]本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法，能够准确识别出叶片卡桨故障，并针对卡桨故障提出一种有效的降载停机方式，能够降低风电机组在故障停机过程中的极限载荷。
[0004]本专利技术的第二目的在于提供一种风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制系统。
[0005]本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现：风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法，包括以下步骤：
[0006]1)基于每支叶片当前桨叶角度，计算两两桨叶角度偏差；
[0007]2)基于步骤1)得到的两两桨叶角度偏差，判断叶片1、叶片2、叶片3是否出现卡桨故障，得到各叶片的卡桨故障标志位；
[0008]3)基于步骤2)的卡桨故障标志位，判断叶片是否出现卡桨故障，如果出现卡桨故障，则触发卡桨停机，得到卡桨故障停机标志位；
[0009]4)基于步骤3)的卡桨故障停机标志位，计算卡桨故障停机的变桨速率设定值和发电机扭矩设定值，实现停机过程中降载；
[0010]其中，在风电机机组正常运行过程中，每个运行周期执行步骤1)至步骤3)，直至触发卡桨故障停机标志位，当卡桨故障停机标志位触发，机组进入停机逻辑，执行步骤4)，直到机组完全停机。
[0011]进一步，风电机组每支叶片都安装有桨叶角度传感器，通过桨叶角度传感器能够测出当前实际桨叶角度，基于测量的实际桨叶角度能够计算每两支叶片的桨叶角度偏差，且对于实际的测量值，通过低通滤波器去除高频测量噪声，具体公式表示如下：
[0012][0013]在上式中，表示当前测量到的叶片1的桨叶角度，若叶片1有多个桨叶角度传感器，则应将该多个桨叶角度传感器的测量值加权求平均；表示当前测量到的叶片2的桨叶角度，若叶片2有多个桨叶角度传感器，则应将该多个桨叶角度传感器的测量值加权求平均；表示当前测量到的叶片3的桨叶角度，若叶片3有多个桨叶角度传感器，则应将该多个桨叶角度传感器的测量值加权求平均；δ
12
是叶片1与叶片2的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差；δ
23
是叶片2与叶片3的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差；δ
31
是叶片3与叶片1的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差。
[0014]进一步，在步骤2)中，若叶片2与叶片3的桨叶角度偏差小于设定值，即叶片2与叶片3同步，并且叶片1的变桨速率接近零，在此情况下若叶片1与叶片2或者叶片1与叶片3的桨叶角度偏差超过阈值，则判断叶片1出现卡桨故障，定义如下的判断规则：
[0015][0016]{Flag1＝(δ
12
＞ξ
max
)or(δ
12
＜ξ
min
)}
[0017]在上式中，if表示条件判断；|δ
23
|表示叶片2与叶片3的桨叶角度偏差的绝对值；ε表示允许的角度测量误差，是一个接近零的常数；是叶片1的变桨速率测量值；σ表示允许的变桨速率测量误差，是一个接近零的常数；Flag1是叶片1的卡桨故障标志位，用true代表叶片1出现卡桨故障，用false代表叶片1正常；and表示逻辑与运算，or表示逻辑或运算；δ
12
是叶片1与叶片2的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差；ξ
max
表示角度偏差允许的正向阈值，ξ
min
表示角度偏差允许的负向阈值；
[0018]若叶片1与叶片3的桨叶偏差小于设定值，即叶片1与叶片3同步，并且叶片2的变桨速率接近零，在此情况下若叶片2与叶片3或者叶片2与叶片1的桨叶角度偏差超过阈值，则判断叶片2出现卡桨故障，定义如下的判断规则：
[0019][0020]{Flag2＝(δ
23
＞ξ
max
)or(δ
23
＜ξ
min
)}
[0021]在上式中，|δ
31
|表示叶片1与叶片3的桨叶角度偏差的绝对值；是叶片2的变桨速率测量值；Flag2表示叶片2的卡桨故障标志位，用true代表叶片2出现卡桨故障，用false代表叶片2正常；δ
23
是叶片2与叶片3的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差；
[0022]当叶片1与叶片2的桨叶偏差小于设定值，即叶片1与叶片2同步，并且叶片3的变桨速率接近零，在此情况下若叶片3与叶片1或者叶片3与叶片2的桨叶角度偏差超过阈值，则判断叶片3出现卡桨故障，定义如下的判断规则：
[0023][0024]{Flag3＝(δ
31
＞ξ
max
)or(δ
31
＜ξ
min
)}
[0025]在上式中，|δ
12
|表示叶片1与叶片2的桨叶角度偏差的绝对值；是叶片3的变桨速率测量值；Flag3表示叶片3的卡桨故障标志位，用true代表叶片3出现卡桨故障，用false代表叶片3正常；δ
31
是叶片3与叶片1的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差。
[0026]进一步，在步骤3)中，当任何一支叶片的卡桨故障标志位触发，则触发卡桨故障停机，规定如下停机标志位：
[0027]Flag＝(Flag1)or(Flag2)or(Flag3)
[0028]上式中，Flag是卡桨故障停机标志位，Flag1是叶片1的卡桨故障标志位，Flag2表示叶片2的卡桨故障标志位，Flag3表示叶片3的卡桨故障标志位；当叶片1、叶片2或叶片3中任意一个卡桨故障标志位触发时，卡桨故障停机标志位都会触发，风电机组进入卡桨故障停机逻辑。
[0029]进一步，在步骤4)中，当触发卡桨故障停机时，需计算停机过程的变桨速率设定值，其包含三部分，具体定义如下：
[0030][0031]在上式中，表示计算得到的变桨速率设定值；是根据正常叶片的桨叶角度测量值θ查表得到的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基于每支叶片当前桨叶角度，计算两两桨叶角度偏差；2)基于步骤1)得到的两两桨叶角度偏差，判断叶片1、叶片2、叶片3是否出现卡桨故障，得到各叶片的卡桨故障标志位；3)基于步骤2)的卡桨故障标志位，判断叶片是否出现卡桨故障，如果出现卡桨故障，则触发卡桨停机，得到卡桨故障停机标志位；4)基于步骤3)的卡桨故障停机标志位，计算卡桨故障停机的变桨速率设定值和发电机扭矩设定值，实现停机过程中降载；其中，在风电机机组正常运行过程中，每个运行周期执行步骤1)至步骤3)，直至触发卡桨故障停机标志位，当卡桨故障停机标志位触发，机组进入停机逻辑，执行步骤4)，直到机组完全停机。2.根据权利要求1所述的风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法，其特征在于：在步骤1)中，风电机组每支叶片都安装有桨叶角度传感器，通过桨叶角度传感器能够测出当前实际桨叶角度，基于测量的实际桨叶角度能够计算每两支叶片的桨叶角度偏差，且对于实际的测量值，通过低通滤波器去除高频测量噪声，具体公式表示如下：在上式中，表示当前测量到的叶片1的桨叶角度，若叶片1有多个桨叶角度传感器，则应将该多个桨叶角度传感器的测量值加权求平均；表示当前测量到的叶片2的桨叶角度，若叶片2有多个桨叶角度传感器，则应将该多个桨叶角度传感器的测量值加权求平均；表示当前测量到的叶片3的桨叶角度，若叶片3有多个桨叶角度传感器，则应将该多个桨叶角度传感器的测量值加权求平均；δ
12
是叶片1与叶片2的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差；δ
23
是叶片2与叶片3的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差；δ
31
是叶片3与叶片1的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差。3.根据权利要求1所述的风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法，其特征在于：在步骤2)中，若叶片2与叶片3的桨叶角度偏差小于设定值，即叶片2与叶片3同步，并且叶片1的变桨速率接近零，在此情况下若叶片1与叶片2或者叶片1与叶片3的桨叶角度偏差超过阈值，则判断叶片1出现卡桨故障，定义如下的判断规则：{Flag1＝(δ
12
＞ξ
max
)or(δ
12
＜ξ
min
)}在上式中，if表示条件判断；|δ
23
|表示叶片2与叶片3的桨叶角度偏差的绝对值；ε表示允许的角度测量误差，是一个接近零的常数；是叶片1的变桨速率测量值；σ表示允许的变桨速率测量误差，是一个接近零的常数；Flag1是叶片1的卡桨故障标志位，用true代表叶片1出现卡桨故障，用false代表叶片1正常；and表示逻辑与运算，or表示逻辑或运算；δ
12
是叶
片1与叶片2的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差；ξ
max
表示角度偏差允许的正向阈值，ξ
min
表示角度偏差允许的负向阈值；若叶片1与叶片3的桨叶偏差小于设定值，即叶片1与叶片3同步，并且叶片2的变桨速率接近零，在此情况下若叶片2与叶片3或者叶片2与叶片1的桨叶角度偏差超过阈值，则判断叶片2出现卡桨故障，定义如下的判断规则：{Flag2＝(δ
23
＞ξ
max
)or(δ
23
＜ξ
min
)}在上式中，|δ
31
|表示叶片1与叶片3的桨叶角度偏差的绝对值；是叶片2的变桨速率测量值；Flag2表示叶片2的卡桨故障标志位，用true代表叶片2出现卡桨故障，用false代表叶片2正常；δ
23
是叶片2与叶片3的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差；当叶片1与叶片2的桨叶偏差小于设定值，即叶片1与叶片2同步，并且叶片3的变桨速率接近零，在此情况下若叶片3与叶片1或者叶片3与叶片2的桨叶角度偏差超过阈值，则判断叶片3出现卡桨故障，定义如下的判断规则：{Flag3＝(δ
31
＞ξ
max
)or(δ
31
＜ξ
min
)}在上式中，|δ
12
|表示叶片1与叶片2的桨叶角度偏差的绝对值；是叶片3的变桨速率测量值；Flag3表示叶片3的卡桨故障标志位，用true代表叶片3出现卡桨故障，用false代表叶片3正常；δ
31
是叶片3与叶片1的桨叶角度偏差，若此值大于零表示正偏差，此值小于零表示负偏差。4.根据权利要求1所述的风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法，其特征在于：在步骤3)中，当任何一支叶片的卡桨故障标志位触发，则触发卡桨故障停机，规定如下停机标志位：Flag＝(Flag1)or(Flag2)or(Flag3)上式中，Flag是卡桨故障停机标志位，Flag1是叶片1的卡桨故障标志位，Flag2表示叶片2的卡桨故障标志位，Flag3表示叶片3的卡桨故障标志位；当叶片1、叶片2或叶片3中任意一个卡桨故障标志位触发时，卡桨故障停机标志位都会触发，风电机组进入卡桨故障停机逻辑。5.根据权利要求1所述的风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法，其特征在于：在步骤4)中，当触发卡桨故障停机时，需计算停机过程的变桨速率设定值，其包含三部分，具体定义如下：在上式中，表示计算得到的变桨速率设定值；是根据正常叶片的桨叶角度测量值θ查表得到的一个变桨速率，此项基于不同桨叶角度设置不同的变桨速率；考虑叶轮重力在轮毂中心产生附加弯矩，A
·
cos(2π
·
ψ/360)项的目的是平衡叶轮附加弯矩的变桨速率，其中A是幅值增益系数，ψ是对应叶片的叶轮方位角；另外，考虑机舱的推力影
响，增加变桨速率项以平衡推力载荷，其中B是幅值增益系数，是机舱前后方向的加速度测量值。6.根据权利要求1所述的风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制方法，其特征在于：在步骤4)中，当触发卡桨故障停机时，需计算停机过程的发电机扭矩设定值，其包含两部分，具体定义如下：在上式中，T
shutdown
表示计算得到的发电机扭矩设定值；T1(ω
g
)是根据发电机转速ω
g
查表得到的一个发电机扭矩，此项T1(ω
g
)根据不同发电机转速设置不同的发电机扭矩；考虑停机过程中叶轮侧向载荷的不平衡，增加发电机扭矩项以平衡机舱侧向弯矩，其中C是幅值增益系数，是机舱左右方向加速度测量值。7.风电机组单叶片卡桨故障识别及降载停机控制系统，其特征在于，包括：桨叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，马冲，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：