一种大型风电机组出现叶片卡死故障的停机顺桨方法与流程

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种大型风电机组出现叶片卡死故障的停机顺桨方法。

背景技术：

叶片卡死是风电机组设计载荷计算需要考虑的一种故障工况。对于传统的拥有三支叶片的风电机组，某支叶片卡死(出现卡桨状态)而不能完成正常的变桨动作时，机组需要通过其他正常的叶片完成顺桨实现降低叶轮转速完成停机的目标。如果继续带故障运行，由于三支叶片气动不平衡造成的有害载荷会对机组的运行寿命产生巨大影响。

大叶轮直径(超长叶片)是现代的风电机组的发展趋势。通过改变(降低)变桨速率来实现叶片顺桨完成停机动作的传统策略不再满足配备有超长，超重叶片的机组的设计要求。直接且连续的顺桨动作可能会造成轮毂，主轴相关关键部件在停机过程中承受过大的载荷，那么不得不增加机组关键部件的设计强度及成本来应对这种可能发生的情况。因此，需要设计一种应对叶片卡死故障的新停机策略来适应现代大型风电机组的设计要求，降低故障载荷，避免成本增加。

cn201310194005.8提供了一种在单个桨叶卡桨工况下的风力发电机停机方法。该方法利用了非故障叶片桨距角最大值是否达到预设角度来判断叶片的变桨速率(预设值或者保持不动)。如果故障时刻最大桨距角小于预设值，则顺桨到指定位置等待叶轮转速降低。这样单纯靠气动刹车来制动使得叶轮转速降低的效率很低，超时后直接继续顺桨的概率会很大，造成停机载荷过大的概率也会很高。如果故障时刻最大桨距角大于预设值，那么叶片会以给定变桨速率持续顺桨。故障前如果机组处于发电状态，那么故障时刻风速肯定很高，直接顺桨造成停机载荷过大的概率会很高(如果机组不处于发电状态，那么讨论顺桨策略就没有意义)。

cn201711365365.4提供了一种风电机组单叶片卡死故障收桨方法。该方法利用了传感器反馈的多个变量计算出的偏航轴承载荷是否大于预设值来判断顺桨过程中使用的变桨速率。如果计算出的偏航轴承载荷大于预设值，则使用非恒定的变桨速率完成顺桨，如果小于预设值，则使用恒定的变桨速率完成顺桨。该方法对于小型风电机组具有一定的效果，但是对于拥有超长，超重叶片的现代大型机组(特别是海上风电机组)来说，单纯的直接连续顺桨这种方法无论使用什么变桨速率都有可能造成关键部件需要承受的载荷过大。因为只要有顺桨动作，叶片之间的气动不平衡就会变化，仅靠改变变桨速率来完成顺桨停机不能完全实现降低停机载荷的目标。专利中提供的方法还存在另一个缺陷：决定变桨速率的关键数据-偏航轴承载荷，是计算得出的。如何保证用于计算的数学模型与实际机组的误差在允许范围内以及用于计算的多个输入变量的实时性和正确性是值得考虑的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种大型风电机组出现叶片卡死故障的停机顺桨方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型风电机组出现叶片卡死故障的停机顺桨方法，包括以下步骤：监测桨距角判断叶片是否卡死、变流器提供制动扭矩、测量叶轮转速以及判断是否顺桨，所述监测桨距角判断叶片是否卡死，实时监测三个叶片的桨距角，并设定三个叶片的桨距角差值的最大值是否超过3度来判断风电机组叶轮的某一支叶片是否出现了叶片卡死的故障，当存在叶片卡死故障时，记录下发生故障的叶片编号及卡死的叶片桨距角α，以预设的变桨速率使未卡死的其他两支叶片顺桨至指定桨距角β并停止继续顺桨；

变流器提供制动扭矩，在发生叶片卡死故障的时刻，开始使用预先设计好的“转速-变流器电磁转矩”关系表进行内推计算，计算得出整个停机过程中变流器需要提供的实时制动扭矩，得到需求扭矩值后，使得变流器提供相匹配的电磁制动扭矩；

测量叶轮转速，根据机组检测到故障进入停机流程后的叶轮转速实时的得到变流器需要提供的电磁制动转矩并传递给变流器；

判断是否顺桨，当检测到的叶轮转速小于预设值后，以预设的变桨速率继续使未卡死的其他两支叶片完成顺桨动作。

具体的是，所述叶轮转速在停机过程中未小于预设值，则卡死的其他两支叶片不发生任何动作，仅靠变流器提供电磁转矩完成制动。

具体的是，所述当检测到的叶轮转速小于预设值后，未卡死的其他两支叶片完成顺桨过程中变流器需要持续根据叶轮转速提供电磁制动转矩到变流器可以脱网为止。

具体的是，所述预设的变桨速率采用小于等于紧急顺桨的停机变桨速率。

具体的是，所述停止继续顺桨的指定桨距角β为卡死的叶片桨距角α增大12度。

具体的是，所述叶轮转速的预设值为8.7转/分钟。

本发明具有以下有益效果：

本发明设计的装备有全功率变流器的大型风电机组出现的单个叶片卡死故障提供了一种停机顺桨方法，有效的降低轮毂、主轴、主轴承、轴承座等关键部件在停机过程中需要承受的载荷，从而进一步降低机组的设计成本。

附图说明

图1为大型风电机组出现叶片卡死故障的停机顺桨方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地进一步详细的说明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种大型风电机组出现叶片卡死故障的停机顺桨方法，包括以下步骤：监测桨距角判断叶片是否卡死、变流器提供制动扭矩、测量叶轮转速以及判断是否顺桨，监测桨距角判断叶片是否卡死，实时监测三个叶片的桨距角，并设定三个叶片的桨距角差值的最大值是否超过3度来判断风电机组叶轮的某一支叶片是否出现了叶片卡死的故障，当存在叶片卡死故障时，记录下发生故障的叶片编号及卡死的叶片桨距角α，以预设的变桨速率使未卡死的其他两支叶片顺桨至指定桨距角β并停止继续顺桨；变流器提供制动扭矩，在发生叶片卡死故障的时刻，开始使用预先设计好的“转速-变流器电磁转矩”关系表进行内推计算，计算得出整个停机过程中变流器需要提供的实时制动扭矩，得到需求扭矩值后，使得变流器提供相匹配的电磁制动扭矩；测量叶轮转速，根据机组检测到故障进入停机流程后的叶轮转速实时的得到变流器需要提供的电磁制动转矩并传递给变流器；判断是否顺桨，当检测到的叶轮转速小于预设值后，以预设的变桨速率继续使未卡死的其他两支叶片完成顺桨动作。

一种装备有全功率变流器的大型风电机组出现叶片卡死故障的停机顺桨方法的具体的工作流程如下，如图1，在步骤1中，三个叶片的实际桨距角由传感器持续测得(对于电动变桨来说通过叶片旋转编码器实现)然后反馈给控制器。

在步骤2中，控制器的故障判断逻辑收到反馈的三个叶片实时桨距角后对是否出现叶片卡死进行判断，判断逻辑是“三个叶片之间桨距角差值的最大值是否超过3度”。

在步骤3中，控制器会连续不断的对步骤2中的逻辑进行检测，如果条件不满足则不作任何改变，如果满足判断条件，则判定出现叶片卡死故障，机组马上由正常运行状态进入停机状态并且实时记录下叶片卡死的桨距角位置α，叶片卡死顺桨停机策略开始执行。

一旦步骤3判断满足条件开始执行叶片卡死顺桨停机策略，通过步骤7中提供的实时测量的叶轮转速与步骤4中预设的“叶轮转速-变流器扭矩”关系表来计算得出整个停机过程中变流器需要提供的实时制动扭矩。得到需求扭矩值后，将其传递给步骤6的变流器单元使得变流器提供相匹配的电磁制动扭矩。

步骤3判断满足条件的同时，在步骤5中，非卡死的正常叶片开始以给定的速率(可以是2度/秒，3度/秒，4度/秒或者任意小于等于紧急顺桨的停机变桨速率)进行顺桨动作。

在步骤8中，判断正常叶片的桨距角是否已达到了指定位置(是步骤3中记录的叶片卡死位置增加12度，例如叶片卡在了8度，则指定位置是20度)，如果没有，则持续顺桨，如果已经到位，则进入步骤10，马上停止所有顺桨动作(三支叶片的变桨速率指令变为0度/秒)。这时风电机组叶轮转动的制动力矩几乎全部来自与变流器提供的电磁转矩。

在步骤12中，对实际叶轮转速进行判断，如果没有小于预设值(是8.7转/分钟)则继续等待，保持步骤10中的静止状态不变；如果小于设定值，则执行步骤13中的继续顺桨动作，这时由于吸收风能获得的转动力矩减小，叶轮速度持续降低。

在步骤9中，判断变流器是否可以脱网(条件是叶轮转速小于2转/分钟)。如果不可以，则沿用步骤6中的变流器提供的制动扭矩不做更改；如果可以脱网，则变流器提供的制动扭矩变为0，在这个过程中叶片保持步骤13中的顺桨动作不变继续完成停机流程，直到桨距角到达停机位置。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。