风力发电机偏航控制方法、控制模块及基于该模块的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力发电机偏航控制技术。
【背景技术】
[0002]风能的利用率和机械寿命是风电机组的一项重要指标，风电机组的控制技术一直被人们广泛研宄，多种有效的风电机组控制策略和算法被提出，但大多是关于风力机控制、发电机控制与并网控制的技术，针对偏航控制的技术却未能取得有效发展，因此，对风力机在全面风特性变化范围内和追踪风向的见风使舵过程的动力学建模问题展开研宄，对提高风能利用率有着重要的意义。
[0003]风向具有随机性，总是在不断改变。为了使风轮在正常工作时，风轮叶片一直正对着风的方向，以充分利用风的能量，在机舱转盘底座上安装了调向机构。风力发电机组的调向机构称为偏航系统，主要分为被动迎风偏航系统和主动迎风系统两大类。前者多用于小型独立风力发电机组，由尾舵控制，在风向变化时被动对风。后者多用于大型并网型风力发电机组，由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对风控制。
[0004]由于风向的不定性，采用风向标对风力发电做偏航导向时，利用闭环控制使得风向标的信号实时传输至主控制器，很多控制方法都采用机舱与风向标的都采用机舱与风向标的零差值对准操作操作，这样虽然风能利用率高，但是瞬时风向会对偏航控制造成干扰使偏航单元频繁启动，导致电流输出不稳、控制困难等后果。
[0005]现有风力发电机偏航控制模块都采用机舱与风向标的零差值对准操作，这样会使偏航单元频繁启动，导致电流输出不稳、控制困难。
[0006]现有风力发电机偏航控制装置中的偏航单元实时对风力发电机进行控制，导致机舱的寿命降低一半。
【发明内容】
[0007]本发明是为了解决现有控制方法都采用机舱与风险标的都采用机舱与风险标的零差值对准操作，会造成偏航单元频繁启动，导致电流输出不稳、控制困难，现有风力发电机偏航控制模块都采用机舱与风险标的零差值对准操作，这样会使偏航单元频繁启动，导致电流输出不稳、控制困难，以及现有风力发电机偏航控制装置中的偏航单元实时对风力发电机进行控制，导致机舱的寿命降低一半的问题，从而提供风力发电机偏航控制方法、控制模块及基于该模块的控制装置。
[0008]本发明所述的风力发电机偏航控制方法，该方法包括以下步骤:
[0009]数据采集步骤:不断地采集风速、风向和机舱转动角度的绝对值；
[0010]第一判断步骤:判断风速是否超出风速上限或风速下限，并在判断结果为是时执行状态保持步骤，在判断结果为否时执行计算步骤，风速上限和风速下限均为预先设定的值；
[0011]计算步骤:计算风向与机舱的偏差角度，并在该步骤结束之后执行第二判断步骤；
[0012]第二判断步骤:判断偏差角度是否< 16°，并在判断结果为是时执行状态保持步骤，在判断结果为否时执行第三判断步骤；
[0013]第三判断步骤:判断偏差角度是否大于16°且小于180°，如果判断结果为是，&时间后执行电机反转步骤，如果判断结果为否，h时间后执行电机正转步骤；
[0014]电机反转步骤:控制偏航电机反转，并在该步骤结束之后执行第四判断步骤；
[0015]电机正转步骤:控制偏航电机正转，并在该步骤结束之后执行第四判断步骤；
[0016]第四判断步骤:判断偏航电机的旋转圈数是否大于旋转圈数上限，并在判断结果为是时执行停止转动步骤，在判断结果为否时执行状态保持步骤，旋转圈数上限为预先设定的值；
[0017]状态保持步骤:偏航电机保持原状态t2时间，并在该步骤结束之后执行第一判断步骤；
[0018]停止转动步骤:控制偏航电机停止转动，并在该步骤结束之后执行解缆步骤；
[0019]解缆步骤:控制偏航电机解缆，并在该步骤结束之后执行第四判断步骤。
[0020]本发明所述的风力发电机偏航控制模块，该控制模块包括以下单元:
[0021]数据采集单元:不断地采集风速、风向和机舱转动角度的绝对值；
[0022]第一判断单元:判断风速是否超出风速上限或风速下限，并在判断结果为是时启动状态保持单元，在判断结果为否时启动计算单元，风速上限和风速下限均为预先设定的值；
[0023]计算单元:计算风向与机舱的偏差角度，并在该单元结束之后启动第二判断单元;
[0024]第二判断单元:判断偏差角度是否< 16°，并在判断结果为是时启动状态保持单元，在判断结果为否时启动第三判断单元；
[0025]第三判断单元:判断偏差角度是否大于16°且小于180°，如果判断结果为是，&时间后启动电机反转单元，如果判断结果为否，h时间后启动电机正转单元；
[0026]电机反转单元:控制偏航电机反转，并在该单元结束之后启动第四判断单元；
[0027]电机正转单元:控制偏航电机正转，并在该单元结束之后启动第四判断单元；
[0028]第四判断单元:判断偏航电机的旋转圈数是否大于旋转圈数上限，并在判断结果为是时启动停止转动单元，在判断结果为否时启动状态保持单元，旋转圈数上限为预先设定的值；
[0029]状态保持单元:偏航电机保持原状态t2时间，并在该单元结束之后启动第一判断单元;
[0030]停止转动单元:控制偏航电机停止转动，并在该单元结束之后启动解缆单元；
[0031]解缆单元:控制偏航电机解缆，并在该单元结束之后启动第四判断单元。
[0032]基于上述风力发电机偏航控制模块的控制装置，它包括测速单元、测向单元、主控制器、停止转动单元和偏航单元；测向单元包括风向标和滤波器；
[0033]测速单元的输出端连接主控制器的测速信号输入端，测向单元的输出端连接主控制器的测向信号输入端，停止转动单元的油路信号输出端连接主控制器的油路信号输入端，主控制器的停止转动控制信号输出端连接停止转动单元的控制信号输入端，偏航单元的机舱转动角度的绝对值信号输出端连接主控制器的偏航控制信号输入端，主控制器的偏航控制信号输出端连接偏航单元的控制信号输入端；
[0034]主控制器内嵌入有软件实现的风力发电机偏航控制模块。
[0035]上述测速单元采用风速传感器实现。
[0036]上述测向单元中的滤波器为低通滤波器。
[0037]上述停止转动单元包括紧急停机装置和安全停机装置。
[0038]上述停止转动单元包括比例电磁换向阀。
[0039]上述偏航单元采用位置传感器来采集机舱转动角度的绝对值。
[0040]上述位置传感器选用绝对式传感器。
[0041]本发明所述的风力发电机偏航控制装置，测速单元将风速进行处理后以电信号传输至主控制器，主控制器对电信号进行处理后得出风速，根据已设定风速限定值输出相应控制信号。测向单元将测得的风向以电信号的形式传输至主控制器，主控制器将信号进行处理后得出风的角度。停止转动单元用于对风力发电机进行停机制动。偏航单元用于接收主控制器的指令，并根据指令调整自身工作状态，实现风力发电机偏航控制。本发明中，主控制器不断调整偏差角度，使偏差角度不超过16度，保证了风能的利用率，偏航单元具备延时启动功能，偏航单