[发明专利]一种无独立控制器的风力发电机组变桨距系统故障保护方法

说明书

一种无独立控制器的风力发电机组变桨距系统故障保护方法。风力发电机组变桨距系统三轴桨叶分别由独立的伺服驱动器控制，三轴伺服驱动器和风力发电机组主控系统通过CANopen网络建立通讯，实现数据交互。三轴桨叶伺服驱动器采集各轴信息判断器件的运行状态，当器件状态异常时触发故障，并将故障标志位上传给主控系统。风力发电机组主控系统发送的紧急顺桨指令后控制各自桨叶执行。

技术领域

本发明涉及一种无独立控制器风力发电机组变桨距系统故障保护方法。

背景技术

随着经济发展，人口增长，人们生活逐渐趋于现代化，人们对能源的需求量在大幅度增加。目前能源来源主要是石油、煤炭、天然气，而这些能源属于不可再生能源，这些能源的过度使用造成了环境的重度污染，近几年全国各个城市已经出现严重雾霾，这个问题已经引起各地政府和人民的高度重视，而解决环境污染问题的根本就在于找到清洁的可再生能源。

风能作为一种高效、清洁、可再生的能源，越来越受到世界各国的重视，中国新能源战略把大力发展风力发电设为重点。近几年，由于风能的诸多优点以及国家政策的大力支持，国内风力发电行业得到了快速的发展。

风力发电变桨距系统是风力发电机组的执行系统，变桨距系统根据风力发电机组控制指令实时调节叶片和风向之间的角度来实现控制风轮的转速，使得风轮保持恒定转速，进而稳定风机的输出功率。风力发电机一般是在空旷的平原或海上，由于风能的不确定性，风力发电机组受力比较复杂，而变桨距系统内部部件集成度高，结构复杂，在恶劣环境下难免会发生故障，一旦变桨距存在严重故障，而系统不能及时执行安全保护动作时或安全保护机制不完善时，可能会引发灾难性后果，比如风力发电机组倒机，因此变桨距系统具备一个完善的故障检测和故障安全保护机制是非常重要的。

目前传统变桨距系统的结构和电气设计复杂、故障点多且成本较高，软件中对故障的判定和故障保护控制策略较单一，具体分析如下：

传统风力发电机组变桨距系统除了三轴桨叶驱动器外还有一个独立的控制器，该控制器作为风力发电机组主控系统和三轴桨叶伺服驱动器的中转机构，三轴桨叶伺服驱动器信息上传至该控制器，再由该控制器上传至风力发电机组主控系统，风力发电机组主控系统控制指令也先发送给变桨距系统独立控制器，再由变桨距独立控制器发送至三轴桨叶驱动器。

变桨距系统的故障统计、分类以及故障保护控制策略由独立控制器，故障分为断开安全链和不断安全链两类，故障保护方法和策略根据这两类故障设定，具体方法及步骤如下：

断开安全链故障：变桨距系统断开机组安全链，各轴桨叶驱动器选择速度闭环控制模式按照预设的顺桨速度控制桨叶顺桨，直到触发限位开关后通过信号反馈控制电机抱闸停机；

不断安全链故障：变桨系统根据主控发送目标角度，采用位置闭环控制方式控制桨叶达到主控给定停机位置，并控制电机抱闸停机；

以上保护方法的保护策略较单一，在特殊故障，如驱动器故障、编码器故障、电机超速等故障发生时，保护策略有可能失效，失效原因分析如下：

驱动器故障：驱动器发生故障后将封锁IGBT脉冲并停止转矩输出，此时该驱动器控制的桨叶无法执行顺桨。

编码器故障：当编码器故障时，无法执行位置或速度闭环控制，常规顺桨方式失效，这种状态下桨叶状态不可预测，同样，机组处于危险状态，存在很大的隐患；

电机超速故障：当电机超速时，桨叶处于非可控状态，若采用常规方式继续顺桨将有可能导致桨叶飞车。

发明内容