风电机组变桨系统抗台风模式控制策略及状态机切换方法与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组变桨系统抗台风模式控制策略及状态机切换方法。


背景技术：

2.对于风力发电机组，现有设计中其长、柔叶片通常会有预弯设计，这种预弯设计使得风力发电机组在停机状态下叶片会自然弯曲，在极端风速下会产生绕变桨轴线的极限扭转力矩。但是风力发电机组在实际运行的过程中，如果变桨系统的刹车力矩不足以抵抗极端风速下的极限扭转力矩，叶片将被吹跑，偏离顺桨位置，风轮会加速旋转甚至飞车。
3.台风来临时，出现的极端风速可能超过风力发电机组理论设计的极限风速；为了保障风力发电机组载荷安全，需要将通过变桨系统将浆叶停在某一合适位置。但是在现有设计中，风力发电机组的变桨系统正常运行角度范围是0-91
°
，当变桨角度运行至小于0
°
时，会报出角度过小故障，无法使浆叶在360度内任意调整角度，致使无法满足风力发电机组抗台风的要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明提出一种风电机组变桨系统抗台风模式控制策略及状态机切换方法，以解决现有技术中存在的变桨系统无法使浆叶在360度内任意调整角度，无法满足风力发电机组抗台风要求的技术问题。
5.本发明采用的技术方案如下，第一方面，提供了一种风电机组变桨系统抗台风模式控制策略，包括：
6.当风力发电机组的主控系统识别出台风工况后，触发变桨系统紧急停机，将三支叶片收桨到91度的停机位置；
7.在预设时间内将三支叶片变桨到-90
°
的抗台风位置；
8.投入变桨刹车、抱闸停机。
9.进一步的，当三支叶片收桨到91度的停机位置后，主控系统下发进入台风停机模式标志位给变桨系统，并发送复位信号、闭合安全链和目标位置-90
°
给变桨系统，将变桨系统状态机切换至抗台风模式。
10.进一步的，当变桨系统状态机切换至抗台风模式后，变桨系统按照目标位置-90
°
将叶片从当前停机位置开出，并在预设时间内将叶片变桨到-90
°
的抗台风位置。
11.进一步的，预设时间为10秒，三支叶片分别以-2
°
/s的变桨速度依次将桨叶变到-90
°
，一支叶片完成动作后间隔3s进行下一支叶片动作。
12.进一步的，在-90
°
的位置设有一个限位开关。
13.第一方面，提供了一种风电机组变桨系统的状态机切换方法，状态机包括自动运行模式、急停模式和抗台风模式。
14.进一步的，当硬件安全链信号断开，或主控系统向变桨系统发送软件紧急停机信
号，或变桨系统自身故障，或变桨系统与主控系统通讯超时，变桨系统状态机由自动运行模式切换为急停模式。
15.进一步的，当主控系统向变桨系统下发“进入台风停机模式”标志位，且变桨系统自身无故障，且硬件安全链信号正常，且变桨系统接收到主控系统的复位指令时，变桨系统状态机由急停模式切换为抗台风模式。
16.进一步的，当主控系统向变桨系统下发“退出抗台模式”标志位，且硬件安全链信号断开，且变桨系统自身故障，且主控系统向变桨系统发送软件紧急停机信号，且变桨系统与主控系统通讯超时，变桨系统状态机由抗台风模式切换为急停模式。
17.进一步的，当主控系统向变桨系统下发三个叶片的目标位置均在0
°‑
89
°
之间，且变桨系统接收到主控系统的复位指令，且变桨系统与主控系统通讯正常，且变桨系统自身无故障时，变桨系统状态机由急停模式切换为自动运行模式。
18.由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：
19.对变桨系统的控制策略进行了调整，在变桨系统状态机中增加“抗台风模式”，对该工况进行重新定义，重新设计变桨系统状态机切换的逻辑，保证在台风来临时刻，变桨系统能够听从主控指令停机在-90
°
的抗台风位置，能满足风力发电机组整机的抗台风要求；在台风过后能够正常开出停机位置，恢复到非台风工况的停机角度。
20.变桨系统在保证自身安全的基础上配合整机完成抗台策略响应，降低了风力发电机组在台风工况的运行风险，提高了风力发电机组的可靠性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
22.图1为本发明实施例的变桨系统抗台风控制策略流程图；
23.图2为本发明实施例的变桨系统状态机工作模式切换示意图。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
25.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
26.实施例
27.台风来临时，为了保障风力发电机组载荷安全，确保刹车力矩能够抵抗极端风速下的极限扭转力矩，需要通过变桨系统将桨叶变到-90
°
的位置处。-90度这个位置，是发明人变桨系统旋转一圈360度的所有角度中，通过计算找到的载荷最小的角度为-90度。
28.具体的风电机组变桨系统抗台风模式控制策略如下：
29.当风力发电机组的主控系统识别出台风工况后，主控系统会切换至抗台风模式触发变桨系统紧急停机；变桨系统将三支叶片收桨到91度的停机位置，然后在预设时间内将
三支叶片变桨到-90
°
的抗台风位置，投入变桨刹车、抱闸停机。
30.上述抗台风模式控制策略的机理是：当出现的极端风速超过风力发电机组理论设计的极限风速时，将叶片变桨到-90
°
的抗台风位置后再投入变桨刹车，按照此方式停机后，可以保证台风来临时，风电机组承受的实际载荷不超过风电机组的极限设计载荷。
31.在一些实施例中，风力发电机组的主控系统通过对风速和风向的判断识别出台风工况后，将主控系统至变桨系统的安全链断开，通过滑环通讯将软件紧急停机信号(efc信号)传给变桨系统，告知变桨系统应立即停机。此步骤的机理是：此时台风来临，风力发电机组检测到风速超过理论设计的极限风速，主控系统会按预设程序判定风力发电机组应进行紧急停机；因此要断开主控系统(机舱)到变桨系统的安全链，变桨系统检测到来自主控系统的安全链硬件信号(24v)断开后，或接收到软件紧急停机信号后，会立即执行紧急停机。在此时断开安全链是因为风力发电机组判断识别出台风工况后，需要变桨系统快速停机。
32.在一些实施例中，变桨系统在接受到主控系统的“软件紧急停机信号”或“安全链硬件信号断开”后，将变桨系统状态机从正常运行状态切换至紧急停机状态，按照程序内既定速度将三支叶片收桨至91
°
，91
°
是风力发电机组正常的紧急停机位置。收桨时的既定速度根据叶片长度、功率等级、风力发电机组所在的风区，计算得出的安全停机速度，一般在2.5
°‑5°
/s范围之间。
33.在一些实施例中，主控系统在变桨系统已经停机至安全停机位置后，主控系统下发“进入台风停机模式”标志位给变桨系统，并发送“复位信号”、“闭合安全链”和“目标位置-90
°”
给变桨系统，将变桨系统状态机切换至“抗台风状态”。此时闭合安全链是因为台风要来临了，变桨系统已经停在了常规停机的位置；而现在因为要抗台风，所以要停到另外的位置，变桨系统需要接受主控系统的位置控制指令执行变桨操作，此时安全链必须闭合，否则变桨系统无法动作。
34.变桨系统在接收到主控系统下发的“进入台风停机模式”标志位和“目标位置-90
°”
后，将叶片从当前停机位置开出并将叶片变桨到-90
°
的抗台风位置；然后投入变桨刹车、抱闸停机，同时变桨系统将“安全位置已到达”标志位传给主控系统。
35.在一些实施例中，变桨系统在预设时间内将三支叶片变桨到-90
°
的抗台风位置，具体为：预设时间为10秒，三支叶片分别以-2
°
/s的变桨速度依次将桨叶变到-90
°
，一支叶片完成动作后间隔3s进行下一支叶片动作。
36.在一些实施例中，在-90
°
的位置增加一个限位开关，用于限制叶片位置，能够更加安全的保护风力发电机组在台风工况不出现安全事故，
37.以下对前文提到的变桨系统状态机进行说明：
38.变桨系统状态机是变桨系统程序内部的一种状态切换，不同运行状态之间有严格的条件限制，条件满足后方可切换，是保护变桨系统安全的一种软件设计方案。如图2所示，变桨系统状态机在不同运行状态下的条件限制，包括：
39.t2：当硬件安全链信号断开，或主控系统向变桨系统发送软件紧急停机信号，或变桨系统自身故障，或变桨系统与主控系统通讯超时，变桨系统状态机由自动运行模式切换为急停模式。
40.t5：当主控系统向变桨系统下发“进入台风停机模式”标志位，且变桨系统自身无故障，且硬件安全链信号正常，且变桨系统接收到主控系统的复位指令时，变桨系统状态机
由急停模式切换为抗台风模式。
41.t6：当主控系统向变桨系统下发“退出抗台风模式”标志位，且硬件安全链信号断开，且变桨系统自身故障，且主控系统向变桨系统发送软件紧急停机信号，且变桨系统与主控系统通讯超时，变桨系统状态机由抗台风模式切换为急停模式。
42.t3：当主控系统向变桨系统下发三个叶片的目标位置均在0
°‑
89
°
之间，且变桨系统接收到主控系统的复位指令，且变桨系统与主控系统通讯正常，且变桨系统自身无故障时，变桨系统状态机由急停模式切换为自动运行模式。
43.采用上述技术方案，对变桨系统的控制策略进行了调整，在变桨系统状态机中增加“抗台风模式”，对该工况进行重新定义，重新设计变桨系统状态机切换的逻辑，保证在台风来临时刻，变桨系统能够听从主控指令停机在-90
°
的抗台风位置，能满足风力发电机组整机的抗台风要求；在台风过后能够正常开出停机位置，恢复到非台风工况的停机角度。
44.变桨系统在保证自身安全的基础上配合整机完成抗台策略响应，降低了风力发电机组在台风工况的运行风险，提高了风力发电机组的可靠性。
45.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。