一种风力发电机组抗台风的偏航控制方法与流程

本发明涉及一种风力发电机组的偏航控制方法。

背景技术：

近来，随着陆地风资源的开发殆尽和沿海以及海上风资源的开发，兆瓦级特别是2MW以上主流风力发电机型越来越多的安装于沿海和海上。沿海和海上是台风频发地区，台风对机组的危害包括两个方面，一是风速超过设计极限，引起机组结构部件的损毁，包括叶片折断、塔架倒塌、风机倾覆等，台风来临时，高压输电网会出现断电或人为断电的情况，使机组处于断电状态，偏航系统无法工作，机组受到巨大的外力冲击，对机组结构强度是个极大的考验；二是风向突变，机组在侧向来风的情况下，对变桨执行机构和偏航执行机构的破坏。尤其是随着机组设计功率的提高、塔筒高度和叶片长度的增加，台风对机组的威胁越来越大。

有关抗台风的方法，整机厂商往往更多通过优化塔架结构、增强塔架或叶片强度等实现，很少有厂商通过控制策略使机组处于相对安全的位置。

公开号为103644074的发明专利提出的抗台风控制方法，在台风期间电网断电后，使风机处于自由偏航状态，避免载荷过大对机组造成的恶劣影响。但该方案未考虑台风期间，电网未断电时的偏航控制，使机组在电网断电前处于对风状态，电网断电后，机组进入自由偏航状态，机舱会随着风的吹动被吹至背风状态。从机舱对风到背风这一过程中，途径风向角为90°或270°的位置，对机组偏航轴承的载荷考验较大。另外，该发明未考虑到台风期间，电网未断电状态下，机组出现偏航系统故障时的控制。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种风力发电机组抗台风偏航控制方法。本发明尤其适用于兆瓦级以上的大型风力发电机组。

本发明方法利用偏航系统降低机组的载荷。

本发明方法包括台风来临时电网正常情况下的偏航控制方法以及台风来临电网断电情况下的偏航控制方法。在台风来临电网正常情况下，如果偏航系统正常且风向标传感器正常，则使风力发电机组进入主动背风状态，如果偏航系统故障或风向标传感器故障，则打开偏航系统的刹车，使风力发电机组处于自由偏航状态；在台风来临电网断电的情况下，由UPS和蓄电池组供电，打开偏航系统的刹车，使风力发电机组处于自由偏航状态。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明所提的抗台风偏航控制方法，可有效减小台风时，机组偏航系统和变桨系统所承受的载荷，降低台风对风力发电机组的威胁；本发明所提的抗台风偏航控制方法实际应用时简便易行，只需增加一个交流输出UPS和直流蓄电池组，并通过软件编程实现相关控制策略即可，成本低，通用性好。

附图说明

图1为本发明的示意图，图1中，α风向与机头的夹角，当机头正对风时，α＝0。

图2为本发明的主控制流程图；

图3为本发明的自由偏航控制流程图；

图4为本发明的主动背风偏航控制流程图。

具体实施方式

本发明抗台风偏航控制方法通过风力发电机组的以下设备实现：至少一个具备逻辑运算功能的控制器、UPS和直流蓄电池组、偏航电机、风速仪、风向标、偏航刹车等。控制器用于实现机组状态判断和控制指令输出；偏航电机用于执行偏航命令；风速仪仅用于测量当前的风速；风向标用于判断当前的风向。电网有电且偏航系统正常且风向标传感器正常时，控制器控制偏航电机根据当前风向状态实时调整机舱与风向的相对位置。偏航刹车用于在主动偏航且机舱位于背风位置时，抱紧刹车，在被动偏航时，松开刹车，保持自由偏航状态。

本发明控制方法流程如下：

台风来临，值班人员通过点击远程监控上的“台风模式启动”按钮，使风力发电机组进入台风控制模式。

进入台风控制模式后，如图2所示，控制器采集当前的电网电压，判断当前的电网状态，如果电网正常且偏航系统正常，则控制风力发电机组处于主动背风状态，进入主动背风偏航过程。在主动背风状态下，通过风向标检测当前的风向，如果风向角在200°～360°之间，则控制器发出右偏航指令，并打开偏航刹车，通过偏航电机将风力发电机组偏航至背风位置，如图1所示，风向与机头的夹角α的值处于180°附近；如果风向角在0°～160°之间，则控制器发出左偏航指令，并打开偏航刹车，通过偏航电机将风力发电机组偏航至背风位置。台风期间电网正常时，风速通常并没有到极端状态，此时将风力发电机组主动偏航至背风位置，避免了电网断电或偏航系统故障进入自由偏航状态后，风力发电机组由对风位置随风吹至背风位置的过程中，途径风向角为90°或270°即偏航轴承承受载荷最大的位置，对偏航系统造成较大的危害。

进入台风控制模式后，如图3所示，在主动背风状态下，风力发电机组在主动背风偏航过程中，当偏航系统发生故障，或风向标传感器故障不能偏航时，控制器发出偏航停止命令，并且使风力发电机组打开偏航系统的液压刹车和偏航电机的电磁刹车，进入自由偏航状态。

进入台风控制模式后，如图3所示，在电网掉电并由UPS供电的情况下，风力发电机组打开偏航系统的液压刹车和偏航电机的电磁刹车，进入自由偏航状态。

在电网掉电，UPS供电4小时，或蓄电池电压低的情况下，如图3所示，风力发电机组主动关闭UPS，偏航电机刹车及偏航液压刹车均处于刹车状态，自由偏航状态停止。UPS供电时间可根据直流蓄电池容量设置。

台风控制模式下，风力发电机组处于主动背风状态时，如图4所示，若有手动偏航的操作或退出台风控制模式的操作，风力发电机组将停止台风控制模式下的主动背风状态进入主动对风偏航状态，控制器通过风向标检测当前的风向，控制偏航电机将风力发电机组偏航至风向角0°附近。

台风控制模式下自由偏航状态时，若退出台风控制模式，风力发电机组将退出自由偏航模式状态，并将偏航刹车抱紧。在台风控制模式下自由偏航状态时，若有手动偏航的操作，机组仍将维持自由偏航状态不变。