[发明专利]风电机组叶片收桨失效时的安全保护方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及风电机组叶片收桨失效时的安全保护方法、装置及系统。

背景技术

近年来随着风力发电不断地发展，风电场装机容量逐年上升，风力发电所占的比例也越来越大，逐渐成为了一种常规能源。随着风电机组装机容量的不断提高，行业对风电机组的性能要求也越来越高。在风电机组的各项性能中，安全首先第一位的。为了提高风电机组的安全性，在一般的系统设计时，都会引入安全链系统，安全链系统是独立于风电机组控制系统之外的，一旦安全链系统中的某一个安全因素触发机组的安全链，系统便会立即停机，以保证风电机组运行的安全性。

当系统安全链触发机组停机之后，作为风电机组的主要部件之一的变桨系统，在收到安全链停机指令时，就会迅速进行收桨动作，完成气动刹车停机，不再捕获风能，保证风电机组的安全。同时，变桨系统自身也有一些安全保护措施，比如在与主控失去通讯或者收不到主控协议规定的信号时，也会进行收桨停机的动作，以保证风电机组的安全。

在上述的方法中，风电机组的安全停机，都是建立在变桨系统本身性能没有任何故障的前提之下，如果风电机组触发安全链或者出现故障时，机组的安全性就依托于变桨系统，这样显然存在一定的风险。如果变桨系统存在某种潜在的故障而无法收桨，比如某一个或多个叶片出现通讯丢失或者卡死等叶片收桨失效的情况，机组将无法实现气动刹车停机，继续捕获风能，从而导致机组叶片轮毂在短暂时间内转速迅速升高而超速，如果不采取措施，转速将持续升高，最终将会对机组产生毁灭性的破坏。

在现有的系统设计中，往往还未能考虑这一安全隐患，或者虽然考虑了这一安全隐患，但措施主要集中在提高安全链系统以及变桨系统的可靠性上。

由此可见，现有的系统设计在可靠性和安全性方面存在不足，而亟待加以进一步改进。如何创设一种提供安全保护，降低超速风险，可靠性高的风电机组叶片收桨失效时的安全保护方法、装置及系统，实属当前重要的研发课题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电机组叶片收桨失效时的安全保护方法、装置及系统，使其降低风电机组在停机过程中的超速风险，提高风电机组的安全性，提高变桨故障判断的可靠性，从而克服现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风电机组叶片收桨失效时的安全保护方法，包括以下步骤：

A、采集并计算叶片轮毂的实时转速；

B、安全链系统发出停机指令，且偏航系统未出现故障时，如果叶片轮毂转速仍持续上升，则判定变桨系统出现收桨故障；

C、计算偏航角度指令，计算公式如下：

β_ref=sign(β)·(｜β｜-90)

其中，β_ref为偏航角度指令，β为风电机组机舱的实际角度位置；

D、将计算得到的偏航角度指令发给主控PLC，由主控PLC控制偏航系统进行偏航动作。

作为进一步改进，所述的步骤A中，如果计算得到的叶片轮毂的实时转速为负值，则将该转速值取为0。

所述的步骤B中，设本时刻为k时刻，对应的转速为RotorSpeedd(k)，k-1时刻对应的转速为RotorSpeed(k-1)，若

RotorSpeed(k)>RotorSpeed(k-1)，且

RotorSpeed(k-1)>RotorSpeed(k-2)，

则认为叶片转速仍持续上升。

所述的步骤D中，首先通过主控PLC打开偏航锁定，之后再控制偏航系统进行偏航动作。

所述的步骤D中的偏航动作，按照偏航解缆的速度执行。

此外，本发明还提供一种风电机组叶片收桨失效时的安全保护系统，包括转速计算模块、变桨故障判断模块和偏航指令计算模块，其中：转速计算电路，用于采集并计算叶片轮毂的实时转速；变桨故障判断模块，用于对变桨系统是否出现收桨故障进行判断；偏航指令计算模块，用于计算偏航角度指令。

最后，本发明还提供了一种风电机组叶片收桨失效时的安全保护装置，包括：内置有上述系统，并与安全链系统和主控PLC连接的安全保护控制器；采集叶片实时转速的转速传感器；以及连接转速传感器和安全保护控制器的转速处理电路。

作为进一步改进，所述的转速处理电路包括采集电路、整形电路和滤波电路。

采用上述设计后，本发明与现有技术相比有如下有益效果：