[发明专利]偏航电机提供电磁阻尼的风力发电机组偏航方法及系统

说明书

本发明提供的一种偏航电机提供电磁阻尼的风力发电机组偏航方法及系统，在偏航过程中，驱动电机和阻尼电机抱闸打开，各驱动电机在驱动变频器的控制下，驱动扭矩从零开始逐步加大；同时，各阻尼电机在阻尼变频器的控制下提供反向阻尼扭矩，反向阻尼扭矩从零开始逐步加大；实现偏航齿轮箱与偏航齿圈之间的齿隙柔性啮合；当驱动电机转速增加到设定值后，机舱匀速偏航进行对风。以偏航位置作为基本最终目标，即在实现机舱偏航对风的前提下，对整个偏航过程实行速度控制和转矩动态分配、阻尼控制，最终实现机舱平稳对风的目的。

技术领域

本发明涉及风力发电偏航系统技术领域，具体涉及风力发电机组偏航方法及系统。

背景技术

近年来，随着风电建设的快速增长，陆上可发开风力资源正逐步减少，相比之下，海上风电有相对较好的风能蕴藏，不占用宝贵的土地资源，不影响人类日常生活，离沿海的电力负荷中心更近，且可开发的储量巨大，未来市场空间广阔。

偏航系统是水平轴风电机组控制系统的重要组成部分，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能，以在相同的风速状态下向电网输送更多的电能。大型海上风电机组一般采用电动的主动式偏航系统来调整机舱并使风轮对准风向。主动式偏航系统一般包括风向测量、偏航驱动装置、偏航阻尼装置、偏航位置测量等几大系统组成。当风力发电机组进行偏航时，为了使偏航过程比较平稳，需要增加一定的阻尼，阻尼扭矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性扭矩来确定。一直以来，偏航阻尼采用液压式刹车部分制动的方式使偏航过程保持平稳，偏航过程液压刹车的投入使刹车片磨损加快，并且产生刺耳的噪声和强烈的振动。

如图1所示为传统偏航系统的原理框图，其基本工作原理为：风向传感器获取风向电信号，并将信号传输至主控制器中，主控制器通过特定的算法判断决定目标偏航的方向和角度，主控制器通过变频器控制偏航电机驱动偏航系统动作，为了使机舱在偏航过程中保持平稳运行，避免机舱在整个偏航过程中因突然出现顺时针或逆时针方向的力而导致机舱突然加速或反向运动，因此需要为机舱施加一定的偏航阻尼，传统偏航方式采用液压刹车部分制动的方式提供阻尼，使机舱在偏航过程中无论驱动系统是否出力，偏航制动盘始终存在摩擦阻尼，最终让机舱平稳旋转达到对风目的。对风结束以后，液压刹车完全制动，偏航电机停止工作，偏航过程结束。由于偏航驱动过程中液压刹车钳和偏航制动盘之间存在较大的滑动摩擦，偏航刹车片磨损速度较快，根据风场运行经验，每3-5年就需要更换一次偏航刹车片，在风机寿命年限内需要更换4-7次偏航刹车片，设备成本较高的同时停机维护对发电量也是比较大的损失，海上风电机组维护成本会更高。同时，偏航过程的摩擦也会造成机组较大的振动及刺耳的噪音，对周边的环境有较大的不利影响。

沈阳华创风能有限公司申请的专利(CN201510065193.3)公开了一种基于变频器有效阻尼的偏航系统及偏航方法，采用变频器做阻尼，避免风力发电机组在偏航过程中产生过大振动而造成整机的共振。存在的局限性在于：一是采用四象限变流器，偏航电机处于发电状态时产生电能通过变频器可以回馈到电网，对电网形成谐波干扰，且四象限变频器成本较高；二是采用固定6电机驱动加2电机阻尼模式，可能造成偏航过程扭矩不平衡，在极端情况下不能平稳偏航；三是偏航过程中，偏航阻尼电机扭矩为零，容易造成偏航失速的风险。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种偏航电机提供电磁阻尼的风力发电机组偏航方法与系统，能够解决偏航过程扭矩不平衡的问题。

本发明提供的偏航电机提供电磁阻尼的风力发电机组偏航方法，包括以下步骤：

S1、偏航开始之前：机舱保持静止，松开偏航液压刹车；