风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及风力发电领域，尤其是涉及一种应用于风力发电机组在低温空载运行条件下的加热控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]我国的风资源基本都集中在北部地区(东北、华北、西北)，风资源季节性分布也很不平衡，基本都集中在秋季、冬季和春季。秋冬季节气温寒冷，齿轮箱长时间停机后齿轮箱油温很低，润滑油的粘稠性变大，重新启动风机时难以达到启动条件。同时，常规启动风机易造成润滑系统部件损坏，造成机组启动困难或导致故障。目前，现有技术中的低温启动系统和方法都不能兼顾低温启动过程中油泵电机的安全性，同时保证低温安全启动所耗的时间最少。
[0003]在现有技术中，与本发明申请较为相近的主要有以下技术方案:
现有技术I为由国电联合动力技术有限公司于2013年04月11日申请，并于2013年07月10日公开，公开号为CN103195652A的中国发明专利申请《一种风力发电机组低温启动控制方法》。该发明公开了一种风力发电机组低温启动控制方法，当风速达到切入风速后，机组由于齿轮箱油温低或发电机绕组温度低而不满足启动条件时，机组从待机模式进入冷启动模式，齿轮箱加热器及发电机加热器开启，同时风机桨叶打开一定角度，使风轮以某一速度空转(不发电)，利用机组的旋转搅动齿轮箱的润滑油和润滑脂，加快润滑油、润滑脂的升温，还可利用润滑油泵加快润滑油的循环，加快润滑油加热，冷启动模式可以根据机组及外部条件自动进入运行模式、停机模式或待机模式。
[0004]现有技术2为由陈景新于2011年12月发表在《能源工程》2011年第6期36至39页的论文《风电主齿箱系统低温待机方案的研究》。该论文对风机齿轮箱系统待机时齿轮箱的加热及散热过程进行了计算，对循环周期内各时段润滑油的温度进行推算，并对风机待机下齿轮箱的加热及电动泵的启动作了一定的分析，提出了在风机待机时更改电动泵的启动周期来维持电动泵的正常工作。
[0005]但是无论是现有技术1，还是现有技术2都未充分考虑风机齿轮箱润滑油在低温粘稠时如何实现电动泵启动准确控制的技术问题，不合理的启动电动泵会造成泵的损坏。电动泵电机在过载时会产生较大电流，而在正常情况下电动泵是否过载的原因主要包括:润滑油的粘稠度及油路冷却结构情况。根据粘稠度的定义(液体内部运动所受到的阻力)可以分析出，润滑油温高低、润滑油类型都对粘稠度的大小有直接影响，油路冷却结构对润滑油在运动过程中受到阻力也有直接影响。现有技术I中只提到了齿轮箱油温达到o°c时，启动润滑油泵，不能准确判断0°c启动电动泵是否会过载，以及能否在o°c以下安全启动电机，从而缩短启动时间。同时，现有技术在风机进入低温启动前未考虑风机能否安全进入该状态。现有技术I中提到了风机低温时启动变桨，使风机空转，但此时如果风机还存在启动故障，空转可能使风机导致严重问题，如在空转时变桨电池故障，若发生风机断电，风机会存在不能停机的风险.而对于现有技术2，同样利用油温来控制电动泵的运行，其只考虑了风机待机时(即不断电时)风机电动泵的控制，也同样存在与现有技术I的技术问题。
[0006]因此，为了解决现有技术中存在的以上技术问题，需要对高寒地区齿轮箱润滑系统低温启动控制系统及控制方法进行改进。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风力发电机组低温空载运行加热控制系统及方法，确保风机低温启动过程的安全运行，保证风机齿轮箱润滑电动泵不受损坏，加快风机在低温情况下的启动过程，降低工作人员的劳动强度，提高风机发电量。
[0008]为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种风力发电机组低温空载运行加热控制系统的技术实现方案，风力发电机组低温空载运行加热控制系统，包括:控制系统、电动泵和加热系统。当齿轮箱的油温低于一定值，齿轮箱润滑系统进入低温启动状态后，所述控制系统控制桨叶变桨至一定角度，维持齿轮箱空载旋转以搅拌润滑油，并使得齿轮箱的油温均匀升高，直到齿轮箱的高速轴转速维持在设定值时，所述控制系统开启所述加热系统对所述齿轮箱进行加热。当齿轮箱的油温达到最低启机油温后，所述控制系统预启动所述电动泵至低速状态，并对所述电动泵的负载电流进行监测，当所述电动泵的负载电流不能满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，风电机组继续空载旋转并保持对齿轮箱进行加热，此后所述控制系统每隔一定时间预启动一次所述电动泵。当所述电动泵的负载电流满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，所述电动泵停止工作，齿轮箱润滑系统退出低温启动状态并正常启动，风电机组正常运行。
[0009]优选的，所述风电机组正常运行时，当条件满足齿轮箱的油压达到一定值，需要启动电动泵至高速状态时，所述控制系统对所述电动泵的负载电流进行监测，当负载电流小于过载电流时，所述电动泵正常启动至高速状态，否则电动泵持续运行在低速状态直到满足闻速状态的运彳丁条件。
[0010]优选的，当所述齿轮箱的高速轴转速维持在不低于300rpm的设定值时，所述控制系统开启所述加热系统对所述齿轮箱的润滑油和所述电动泵的进油口进行加热，并对所述加热系统的加热时间进行定时；如果设定的加热时间到达，所述风电机组仍然处于齿轮箱的油温过低故障中，则风电机组低温启动失效。
[0011]优选的，当所述齿轮箱的油温到达-5°c，且加热系统的加热时间在设定的时间范围内，所述控制系统在设定的时间内预启动所述电动泵至低速状态，对所述电动泵的负载电流进行监测，并在此后每隔8?12分钟预启动一次所述电动泵。
[0012]优选的，当风电机组停机后，所述风电机组在自检状态下对风机状态、故障信息，以及齿轮箱的油温进行判断，当风电机组除了齿轮箱的油温低于一定阈值外，满足正常启机的其他条件时，所述风电机组进入齿轮箱润滑系统低温启动状态，所述控制系统通过PID变桨闭环控制使所述齿轮箱的高速轴转速维持在设定值。所述齿轮箱进一步包括机械泵，齿轮箱工作带动机械泵运行，所述机械泵辅助所述齿轮箱搅拌润滑油；如果所述风电机组在齿轮箱润滑系统低温启动过程中发生故障，则风电机组进入故障停机状态。
[0013]本发明还另外具体提供了一种风力发电机组低温空载运行加热控制方法的技术实现方案，风力发电机组低温空载运行加热控制方法，包括以下步骤:
SlOl:当齿轮箱的油温低于一定值，齿轮箱润滑系统进入低温启动状态后，风电机组的桨叶变桨至一定角度，维持齿轮箱空载旋转以搅拌润滑油，并使得齿轮箱的油温均匀升闻;
S102:当所述齿轮箱的高速轴转速维持在设定值时，加热系统对所述齿轮箱进行加执.S103:当齿轮箱的油温达到最低启机油温后，预启动电动泵至低速状态，并对所述电动泵的负载电流进行监测，当所述电动泵的负载电流不能满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，风电机组继续空载旋转并保持对齿轮箱进行加热，此后所述电动泵每隔一定时间预启动一次；
S104:当所述电动泵的负载电流满足齿轮箱润滑系统的启动条件时，所述电动泵停止工作，齿轮箱润滑系统退出低温启动状态并正常启动，风电机组正常运行。
[0014]优选的，所述控制方法还包括步骤S105，该步骤进一步包括以下过程:
在所述风电机组正常运行时，当条件满足齿轮箱的油压达到一定值，需要启动电动泵于高速状态时，对所述电动泵的负载电流进行监测，当负载电流小于过载电流时，所述电动泵正常启动至高速状态，否则电动泵持续运行在低速状态直到满足高速状态的运行条件。
[0015]优选的，所述步骤S102进一步包括以下过程:
通过PID变桨闭环控制使所述齿轮箱的高速轴转速维持在设定值，同时机械泵辅助所述齿轮箱搅拌润滑油。当所述齿轮箱的高速轴转速维持在不低于300rpm的设定值时，所述加热系统对所述齿轮箱的润滑油和所述电动泵的进油口进行加热，并对所述加热系统的加热时间进行定时。如果定时的加热时间到达，所述风电机组仍然处于齿轮箱的油温过低故障中，则风电机组低温启动失效。
[0016]优选的，所述步骤S103进一步包括以下过程:
当所述齿轮箱的油温到达_5°C，且加热系统的加热时间在设定的时间范围内，所述电动泵在设定的时间内预启动至低速