一种大型风力发电机组安全保护方法及系统与流程

本发明属于风力发电机组的技术领域，具体而言，涉及一种大型风力发电机组安全保护方法及系统。

背景技术：

风能是太阳能的一种转换形式，取之不尽、用之不竭，在将风能转换为电能的过程中，不会产生任何有害气体和废料，不污染环境，因而风能的利用受到世界各国政府的广泛重视。

风力发电机组发电量的多少与其运行时间直接相关，因而保证风电机组的正常运行对于提升风电经济效益起着至关重要的作用。但因风场多变的风速或者风力发电机组自身故障，将导致风力发电机组叶轮转速发生突变。若不能及时获得风力发电机组叶轮转速数据，对风力发电机组进行处理的话，将会造成十分严重的后果。为了保障风力发电机组的安全运行，需要获取实时风力发电机组的叶轮转速数据，对风力发电机组安全进行实时保护。

但是，就实时风力发电机组的叶轮转速数据获取而言，目前普遍采用在风力发电机组安装接近开关的方法。而当接近开关发生故障时，对实时风力发电机组的叶轮转速数据无法获取，进而无法对风力发电机组安全进行实时保护，因此给风力发电机组的运行带来很大的安全隐患。

随着风电行业的快速发展，如何保证风力发电机组安全运行已成为目前严峻的问题。因此，冗余一种获取实时风力发电机组叶轮转速数据，对大型风力发电机组进行安全保护的方法就显得十分必要。

技术实现要素：

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种大型风力发电机组安全保护方法及系统以达到对风力发电机组安全进行实时保护的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种大型风力发电机组安全保护方法，该方法包括以下步骤：

(a)实时获取风力发电机组的叶根扭矩相关数据文件；

(b)对获取的叶根扭矩相关数据文件进行数据建模；

(c)通过算法模型实时计算风力发电机组的叶轮转速数据；

(d)根据叶轮转速数据，判断叶轮转速是否超速；

(e)若判断叶轮转速处在超速运行状态，则立即发出相应的收桨停机信号，对风力发电机组进行实时安全保护。

进一步地，所述步骤(b)中的数据建模包括数据分析和数值计算。

进一步地，所述数据分析包括：对实时获取的风力发电机组的叶根扭矩相关数据文件进行数据分析，并生成数据分析结果；

所述数值计算包括：根据数据分析结果，通过数值计算方法，得到风力发电机组实时的叶轮转速数据。

进一步地，所述数据分析通过机器学习算法，对步骤(a)中风力发电机组的多个叶根扭矩相关数据文件分别进行数据分析，并得到相对应的数据分析结果。

进一步地，所述数值计算通过相应的数值计算方法，对数据分析结果进行计算，得到相对应的实时风力发电机组的叶轮转速数据。

进一步地，所述步骤(d)包括：根据所述叶轮转速数据，并通过规则抽象法对叶轮转速是否超过最大安全阈值转速进行判断。

进一步地，该方法还包括在步骤(e)之后的步骤(f)，根据实时的叶轮转速数据，通过规则抽象法对传感器实时叶轮转速数据值进行校正。

进一步地，所述规则抽象法为专家经验法或机器学习算法。

一种大型风力发电机组安全保护系统，包括信号采集装置、数据存储与管理装置、数据处理装置、超速判断装置、风力发电机组主控装置和故障诊断模块；

所述信号采集装置用于在风力发电机组运行过程中实时获取叶根扭矩相关数据文件；

所述数据存储与管理装置对当前实时获取的叶根扭矩相关数据文件进行数据存储与管理；

所述数据处理装置对当前采集的叶根扭矩相关数据文件进行数据分析，得到相对应的实时风力发电机组的叶轮转速数据；

所述超速判断装置用于对叶轮转速数据进行判断，判断是否超过最大安全阈值转速；

所述风力发电机组主控装置用于在判断存在叶轮转速超速的情况下，将超速信号变为收桨停机信号，并向风场中控室发出叶轮转速超速报警信号；

所述故障诊断模块获取收桨停机信号，执行收桨停机动作，对风力发电机组进行安全保护。

进一步地，所述数据处理装置中内置有机器学习算法和数值分析算法；所述超速判断装置中内置有专家经验法或机器学习算法。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的大型风力发电机组安全保护方法，通过实时获取风力发电机组的叶根扭矩相关数据文件，不仅可以得到风力发电机组实时的叶轮转速数据，以对实时叶轮转速数据进行分析处理，在叶轮超速运行时收桨停机，实现对风电发电机组的实时安全保护，从而保障了大型风力发电机组安全运行。

2.采用本发明所提供的大型风力发电机组安全保护方法，根据实时的叶轮转速数据，通过专家经验法或机器学习算法对传感器实时叶轮转速数据值进行校正。

3.采用本发明所提供的大型风力发电机组安全保护系统，通过信号采集装置、数据存储与管理装置、数据处理装置、超速判断装置、风力发电机组主控装置和故障诊断模块的相互配合，对风力发电机组进行冗余保护并及时发出报警信号，保障风力发电机组安全的运行。

附图说明

图1是本发明所提供的大型风力发电机组安全保护方法的流程框图；

图2是本发明所提供的大型风力发电机组安全保护系统的系统架构图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

实施例1

如图1所示，在本实施例中具体提供了一种大型风力发电机组安全保护方法，该方法包括以下步骤：

(a)实时获取风力发电机组的叶根扭矩相关数据文件，具体的，从主控模块通过电流实时值进行计算以获取的风力发电机组的叶根扭矩相关数据；

(b)对获取的叶根扭矩相关数据文件进行数据建模，数据建模包括数据分析和数值计算；其中，所述数据分析包括：对实时获取的风力发电机组的叶根扭矩相关数据文件进行数据分析，并生成数据分析结果；优选的，所述数据分析通过机器学习算法，对步骤(a)中风力发电机组实时获取的多个叶根扭矩相关数据文件分别进行数据分析，并得到相对应的数据分析结果；其中，机器学习算法首先通过实时获取的叶根扭矩相关数据文件作为输入，通过滤波算法得到合适的叶根扭矩波形数据，并配合实时获取的风速数据以回归算法对叶根扭矩波形数据进行进一步的修正，滤波修正后的叶根扭矩数据波形数据即数据分析结果；

所述数值计算包括：根据数据分析结果，通过数值计算方法，得到风力发电机组实时的叶轮转速数据；在本实施例中，数值计算通过相应的数值计算方法，对数据分析结果进行计算，得到相对应的实时风力发电机组的叶轮转速数据。其中，数值计算方法以叶根扭矩数据波形数据作为输入，以风力发电机组实时的叶轮转速数据作为输出，进而后续对风力发电机组的叶轮转速是否超速进行判断。

(c)通过算法模型实时计算风力发电机组的叶轮转速数据，算法模型根据步骤(b)中数据建模获取；

(d)根据叶轮转速数据，判断叶轮转速是否超速，根据所述叶轮转速数据，并通过专家经验法或机器学习算法对叶轮转速是否超过最大安全阈值转速进行判断；

(e)若判断叶轮转速处在超速运行状态，则立即发出相应的收桨停机信号，通过收桨停机信号风力发电机组的运行进行及时控制，以对风力发电机组进行实时安全保护。

(f)根据实时的叶轮转速数据，通过规则抽象法对传感器实时叶轮转速数据值进行校正。

在现有技术中，由于在风力发电机组风场的运行中，目前仅仅只有通过在风力发电机组安装接近开关的方法来获取风力发电机组的叶轮转速数据，通过获取的叶轮转速数据对风力发电机组进行实时保护，而风场环境十分恶劣，接近开关极有可能发生故障。当故障发生时，不仅风力发电机组的叶轮转速数据无法实时获取，还可能因无法对风力发电机组安全进行实时保护，造成严重的后果。因此通过本实施例所提供的方法可以对风力发电机组进行冗余保护，保障风力发电机组安全的运行。

实施例2

如图2所示，基于实施例1所提供的大型风力发电机组安全保护方法，本实施例中提供应用该方法的大型风力发电机组安全保护系统，该系统包括：信号采集装置、数据存储与管理装置、数据处理装置、超速判断装置、风力发电机组主控装置和故障诊断模块；所述信号采集装置、数据处理装置、超速判断装置、风力发电机组主控装置和故障诊断模块依次通信连接，且信号采集装置和数据处理装置均与所述数据存储与管理装置通信连接；

所述信号采集装置用于在风力发电机组运行过程中实时获取叶根扭矩相关数据文件；所述数据存储与管理装置对当前实时获取的叶根扭矩相关数据文件进行数据存储与管理；所述数据处理装置应用机器学习算法和数值分析方法，对当前采集的叶根扭矩相关数据文件进行数据分析，得到相对应的实时风力发电机组的叶轮转速数据；所述超速判断装置应用专家经验法或机器学习算法，对叶轮转速数据进行判断，判断是否超过最大安全阈值转速；所述风力发电机组主控装置用于在判断存在叶轮转速超速的情况下，将超速信号变为收桨停机信号，并向风场中控室发出叶轮转速超速报警信号；所述故障诊断模块获取收桨停机信号，执行收桨停机动作，对风力发电机组进行安全保护。

该系统还包括与数据处理装置通信连接的转速校正装置，转速校正装置通信连接有叶轮转速传感装置，所述转速校正装置根据实时叶轮转速数据，通过专家经验法或机器学习算法对转速传感器实时叶轮转速数据值进行校正；所述叶轮转速传感装置将转速传感器中得到的实时叶轮转速数据值输出到转速校正装置，并将校正后的实时叶轮转速数据值反馈到转速传感器，以实现校正。

在本实施例中，所述超速判断装置通过专家经验法或机器学习算法对得到的叶轮转速数据进行判断，判断是否超过最大安全阈值转速；所述风电风电机组主控装置在判断存在叶轮转速超速事件的情况下，将得到的超速信号变为相应的收桨停机信号，并向风场中控室发出叶轮转速超速报警信号；所述故障诊断模块通过得到的收桨停机信号，进行收桨停机动作，对风力发电机组进行安全保护。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。