[发明专利]一种风电机组载荷的控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机组的控制领域，特别是一种风电机组载荷的控制系统及其控制方法。

背景技术

为了保护风电机组不因过载而破坏，机组在设计时采用了一些控制子系统，如利用叶片控制系统、刹车控制系统和偏航控制系统来限制转子速度和减小结构载荷。传统的风机控制系统可能接收来自一种或多种风向传感器的信息来控制风电机组的方位，例如：风速仪、三维超声风速计、音速探测系统（SODAR）或激光探测系统（LIDAR），这些传感器基本上都固定在风机的结构上，并围绕它的轴随风机一起旋转，来测量风电机组的旋转轴和测量风向之间的角度误差，进而调整风电机组与风向的误差。虽然风机控制系统可以部分地可以减小风电机组叶片、传动链、塔筒和基础上的载荷，但是风机控制系统在收到偏航误差后，偏航控制系统将把偏航误差作为输入来操作电机或液压马达使风电机组相对塔顶旋转。为了减小由于风电机组旋转带来的控制激励载荷和陀螺效应，特别是对于大型风电机组，驱动风电机组偏航的速度是很慢的，偏航速度在3°/S或更低，动态的风将导致风电机组在有很大偏航误差的情况下遭遇相对很大的风速。当偏航角度误差比较大时，例如大约25°，叶片和塔筒上的载荷将超过正常运行的载荷。在如此大偏航误差下的载荷对风电机组结构设计是很关键的。所以风机的传统的控制系统可能不能足够迅速的、准确和有效的调节风电机组的方向来避免可能损坏风电机组的载荷，因此一种更有效的方法和系统是非常有必要的。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以减小风电机组在运行过程中特别是当风速较大其偏航有较大变化时所承受的载荷的风电机组载荷的控制系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种风电机组载荷的控制系统，包括风机控制系统、刹车控制系统、变流器控制系统、叶片控制系统、偏航驱动控制系统、塔筒应变传感器、风速传感器、风向传感器、转子速度传感器和叶片应变仪，所述的风机控制系统通过数据线分别与刹车控制系统、变流器控制系统、叶片控制系统、偏航驱动控制系统、塔筒运动传感器、风速传感器、风向传感器、转子速度传感器和叶片应变仪连接；

所述的风机控制系统包括计算机系统和远程设备，所述的计算机系统通过网络与远程设备连接；

所述的计算机系统包括处理器、存储器、显示器、外部接口、内存、网络接口、输入设备和风机传感器，所述的处理器通过母线分别与存储器、处理器、显示器、外部接口、内存、网络接口、输入设备和风机传感器连接，所述的网络接口通过网络与远程设备连接；所述的风机传感器包括塔筒应变传感器、风速传感器、风向传感器、转子速度传感器和叶片应变仪。

本发明所述的母线包括存储总线、外围总线或局部总线；所述的存储器包括随机存取存储器或只读存储器，其存储全部或部分指令；所述的网络接口设备包括广域网网络接口、局域网网络接口、电话网络接口或带有电话和声音的数字网络接口。

一种风电机组载荷的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

A、当风电机组运行时，风机控制系统分别从塔底安装的塔筒应变传感器、叶片根部安装的叶片应变仪、风速传感器、风向传感器、转子速度传感器获得载荷、风速、风向和转子转速的数据；并计算机舱的偏航误差；

B、当在一定的风速下出现机舱的偏航误差超出预定偏航误差时，风机控制系统将风电机组从当前的运行模式切换到停机模式或载荷减小模式；

C、当风电机组达到预定偏航误差值、预定风速值和/或预定应变值后，风电机组进入停机模式；风机控制系统命令叶片控制系统朝旗位方向或失速方向慢慢地变桨，或要求变流器控制系统采用转子扭矩使正在运转的风电机组转子的速度降下来；在某些情况下，同时命令刹车控制系统动作，这些动作最终将风电机组停下来，停下来后，偏航驱动控制系统将使机舱重新朝风向定位，待定位结束后，风电机组才允许重新运转；

D、在一定的环境和运行条件下，当载荷加载在风电机组的塔筒和基础上而没有对风电机组构成直接损坏时，为了使载荷减小到安全水平避免长期累积而损坏风电机组，这时风机控制系统指示风电机组减小功率进入载荷减小的运行模式，载荷减小模式包括减小风电机组的输出功率和/或转子的转速，载荷减小模式是通过改变风机控制器、变流器和变桨系统中的设置来实现的；在改变这些设置后，在转子上加载扭矩可减小转子速度；在一定的偏航角度误差情况下，载荷减小模式的运行将减小风电机组转子速度并能保持风电机组并网和产生一定的功率；