一种小型风机的安全控制方法与流程

本发明涉及一种小型风力发电机安全控制策略。

背景技术：

近年来，小型风力发电机虽有了很大的发展，具有了一定的调速保护功能，但由于其被成本体积所限制，在大风情况下，小型风力发电机容易失控造成无法预估的事故，无法像大型风力发电机一般，拥有较好的保护机制。

公开号为cn207297232u的中国实用新型专利公开了一种小型风力发电机刹车装置。该装置通过短路刹车装置以及手动刹车装置相结合以提高风机的安全性和稳定性。在大风情况下，如果人工没有及时干预进行手动刹车还是会造成风机受到损害及其他不可预估的风险。

公开号为cn205154511u的中国实用新型专利公开了一种小型风力发电机组自动刹车机构。对于该技术方案而言，当持续的极大风速出现，并达到触发刹车控制策略的条件后，刹车机构即刻进行刹车控制，保护风力发电机不受损害。由于风速是不可控的，长时间的极大风速到来前可能已经对风机造成影响，因此以持续的极大风速作为判断触发刹车控制策略的安全性较低。并且该控制策略仅考虑到了大风情况下的控制，并未综合考虑提高系统的安全性和稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是：在综合考虑风机整个系统的安全性的基础上，根据具体情况实施不同的风机控制策略，以力求在每种状况下都能使当前的最薄弱环节得到最有效的保护，最大限度上避免出现单点局部失效情况发生，使得系统能够稳定工作。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种小型风机的安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、当小型风机的输入功率低于dc/dc额定功率时，若dc/dc能够消耗这部分输入功率，则仅由dc/dc消耗这部分输入功率，若小型风机处于过压状态或无法输出这部分输入功率时，由泄荷器配合dc/dc消耗这部分输入功率

当小型风机的输入功率超过dc/dc额定功率并处于预先设定的可接受范围时，泄荷器开始工作，消耗输入功率中超过dc/dc额定功率的这部分功率；

当小型风机的输入功率超过dc/dc额定功率并超出预先设定的可接受范围时，进入步骤2；

步骤2、判断小型风机的急停按钮是否被按下，若是，则小型风机进入急停模式后进入步骤7，若急停按钮未被按下，则检测风速是否在预设的时间长度内超过了预先设定的阈值，若是，则小型风机进入大风停机模式后进入步骤8，若风速未在预设的时间长度内超过预先设定的阈值，则进入步骤3；

步骤3、判断小型风机的转速是否低于预先设定的转速阈值，若是，则进行空载待机，若否，判断输入功率是否大于预先设定的功率阈值，若是，则进行泄荷限载后将输入功率输出后进入步骤4，若输入功率不大于预先设定的功率阈值，则直接将输入功率输出后进入步骤4；

步骤4、判断甩负荷是否成功，若是，则进入停机过程，小型风机停机一段时间后进入步骤6，若甩负荷未成功，则进入步骤5；

步骤5、判断在预设时间长度内小型风机的转速是否大于预设值，若是，则进入停机过程，小型风机停机一段时间后进入步骤6，否则，直接进入步骤6；

步骤6、小型风机进入停机恢复过程；

步骤7、小型风机进行发电机电磁刹车，当发电机短路制动后，进行机械刹车制动直至小型风机停机，返回步骤6，在发电机电磁刹车及机械刹车制动过程中，利用偏尾系统进行主动偏尾躲风；

步骤8、小型风机进行发电机电磁刹车，当发电机短路制动后，进行机械刹车制动直至小型风机停机，返回步骤6。

优选地，在泄荷器工作时，提高效率最大功率输出并且在出现泄荷过热或泄荷电阻过大、过小时，保护泄荷器并减小对系统的影响。

优选地，步骤7及步骤8中，发电机电磁刹车采用泄荷制动。

本发明主要应用于小型风力发电机控制系统，给出了一种较为完善的小型风力发电机的安全控制策略，考虑到了风机超速对机组的影响、泄荷器负荷过大过热损坏、推杆刹车的长期磨损等，通过手动刹车、自动刹车控制、短路保护、泄荷降速控制以及主动侧偏保证风况恶劣或系统出现意外时，整个风机系统可自行调节处于安全可控的状态，而机组正常工作时也能够有效提高推杆刹车与泄荷器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的刹车系统示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

结合图1，本发明提供的一种小型风机的安全控制方法包括以下步骤：

步骤1、当小型风机的输入功率低于dc/dc额定功率时，若dc/dc能够消耗这部分输入功率，则仅由dc/dc消耗这部分输入功率，若小型风机处于过压状态或无法输出这部分输入功率时，由泄荷器配合dc/dc消耗这部分输入功率当小型风机的输入功率超过dc/dc额定功率并处于预先设定的可接受范围时，泄荷器开始工作，消耗输入功率中超过dc/dc额定功率的这部分功率，防止这多余部分功率影响风机转速导致风机超速；

当小型风机的输入功率超过dc/dc额定功率并超出预先设定的可接受范围时，系统无法消耗这部分输入功率，需要停机保护风机不受损害，此时进入步骤2。

在步骤1中，在泄荷器工作时，需要提高效率最大功率输出并且在出现泄荷过热或泄荷电阻过大、过小时，考虑到其可能导致的问题，合理保护泄荷器并减小对系统的影响。

步骤2、判断小型风机的急停按钮是否被按下，若是，则小型风机进入急停模式后进入步骤7，若急停按钮未被按下，则检测风速是否持续60秒大于18m/s，若是，则小型风机进入大风停机模式后进入步骤8，若风速未在持续60秒内大于18m/s，则进入步骤3；

步骤3、判断小型风机的转速是否小于85rpm，若是，则进行空载待机，若否，判断输入功率是否大于9.8kw，若是，则进行泄荷限载后将输入功率输出后进入步骤4，若输入功率不大于9.8kw，则直接将输入功率输出后进入步骤4；

步骤4、判断甩负荷是否成功，若是，则进入停机过程，小型风机停机一段时间后进入步骤6，若甩负荷未成功，则进入步骤5；

步骤5、判断以下两个条件之一是否满足：条件一)转速大于230rpm且时间大于10秒；条件二)转速大于280rpm且时间大于1秒；

若满足，则进入停机过程，小型风机停机一段时间后进入步骤6；若不满足，直接进入步骤6；

步骤6、小型风机进入停机恢复过程，即停机成功后，到达设定的停机时间后放开刹车，若放开60min内再次出现停机请求，则进行次数累计，并对后续停机时间进行累加，防止控制器在较短时间内重新启动，停机时间不超过24小时。

在步骤7及步骤8中，本发明提供了机械刹车、发电机电磁刹车，偏尾辅助刹车三种刹车方式，三种刹车方式相互配合实现小型风机的停机。偏尾辅助刹车根据机组不同的运行工况进行组合刹车制动实现安全可靠停机。主要有正常停机，急停，系统电源断电三种操作运行工况，其中机械刹车与偏尾辅助刹车设计为系统断电有效。

机械刹车采用一对鼓式刹车，机组系统采用电动推杆驱动刹车连杆，使用刹车制动蹄撑开作用在发电机主轴的制动鼓上，实现主轴制动。刹车制动力矩大于一定值后，在机组切出风速范围内，完全使用机组制动停机。在进行机械刹车制动时，电动绞盘开始动作，进行主动收尾，10s后强制执行推杆刹车命令，刹车动作连续20s后若是实际转速还未下降到安全制动转速以下则视为刹车失败，刹车动作失败后需要停止动作缓冲一定时间，以此保护电动推杆刹车，避免长时间刹车不成功的无谓磨损。刹车成功后，即转速降低到安全制动转速以下，此时短路三相输出，进入停机状态。

电磁刹车是指控制系统控制控制器的直流负载，来控制发电机提供的电磁扭矩，使用机组工作在风轮的风速转矩曲线的安全范围内。发电机可以提供大于800nm制动扭矩。控制电磁刹车的方式有控制器直流泄荷、发电机短路(自动和手动两种)，其中直流泄荷设计为系统断电有效(采用风机自供电)，发电机手动短路为机组维护操作使用。

偏尾系统采用主动电动偏尾方式，除了正常的主动对风外，由于偏尾角度不同风轮的气动扭矩差别很大，在机组需要安全保护、大风保护，或者部分刹车单一失效时，采用90度偏尾躲风方式，实现辅助刹车制动风轮。偏尾系统由一台偏尾电动机、绞盘减速机构、偏尾角度检测装置、1个阻尼电阻器、偏尾钢丝绳，滑轮装置，尾粱，尾舵板组成。偏尾系统进行自动对风、主动偏尾和被动偏尾保护动作。在系统触发紧急停机时偏尾系统进行主动偏尾躲风。

步骤7、当机组检测到“紧急停机”命令或者人为按下“急停按钮”后，检测到急停机命令->控制系统执行泄荷制动(执行当前机组最大功率曲线，同时进行偏尾躲风90°(风轮平面与当前夹角为90°)->机组转速下降至50.0r/m或泄荷功率连续180s大于4kw->发电机短路制动->机械刹车制动->停机过程结束，返回步骤6。

步骤8、检测到普通停机命令->控制系统执行泄荷制动(执行当前机组最大功率曲线->机组转速下降至50.0r/m或者泄荷功率连续180s大于4kw->发电机短路制动->机械刹车制动->停机过程结束。当机组检测到电网断电时(通过并网等待时间检测：脱载电压580.0v[100.0～600.0]，脱载功率1.000kw[0.010～5.000],脱载时间60.0s[0.1s～3000.0s])，逆变器立即停止输出，控制器通过泄荷器限制最高母线电压650.0v自动维持自供电，同时机械刹车制动主轴，控制器利用直流母线电压执行泄荷制动，直至机组停机，返回步骤6。

发电机短路机组作为保护进行停机，但机组停机后或过程中发电机采取自动短路作为一种停机制动手段应用。