[发明专利]一种风力发电机组防飞车安全控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组防飞车安全控制方法。

背景技术

目前兆瓦级直驱风力发电机组控制系统中，具备较为完善的控制逻辑和保护机制，能够防止风力发电机组飞车事故的发生。但如果控制系统失效则会造成变桨机构无法回到顺桨状态，风机发电机将受到持续的风能作用不断加速，超过风机发电机组塔架结构载荷要求，最终导致发电机轴承断裂甚至机组倒塌等重大飞车事故的发生。风机发电机组控制系统中通常保护机制按各个子部件进行故障分类判断，一旦任一子部件保护机制被触发，控制逻辑将进入停机过程，将兆瓦级风力发电机组的变桨执行机构回到顺桨状态，保证机组不再接受风能运行。而在风力发电机组控制系统中对于停机过程中，变桨执行机构无法回到顺桨状态的条件下，进行有效的检测和控制，成为防止飞车事故发生的一项重要关键技术。

如图1所示，为直驱风力发电系统构成图，系统中采用背靠背双PWM变流器3，分别与直驱风力发电机2和电网4进行连接。PLC作为风力发电机组控制系统的主控制单元6，负责协调机组各个部件的工作。其中主要部件包括偏航机构7、3个变桨机构5、变流器3；其中偏航机构7负责整个风力发电机组面对风向的角度，当风向发生变化时，偏航机构7根据风向标反馈风向进行对风，这样能够最大程度接收风能；而3个变桨机构5分别控制3个叶片1的旋转，从而控制直驱风力发电机叶片1接受风能的大小，当处于顺桨状态时，机组处于停机状态；变流器3为连接发电系统的中间环节，实现了能量从风力发电机2馈入电网4的作用，为风力发电机2的运行提供负载。

然而，上述的现有技术中存在的缺点如下：当风力发电机组故障发生时，控制系统将启动停机过程，停止变流器工作，不再施加负载，发电机处于空载运行状态。而对于停机过程中，风力发电机组能够出现飞车危险的情况只有1个，就是3个叶片同时不能收回。3个变桨执行机构无法回到顺桨状态的条件下，发电机完全由叶片接收的风能控制，在风速大于克服发电机空载扭矩的条件下，发电机将持续加速，直至飞车。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种风力发电机组防飞车安全控制方法，增加了PLC安全模式控制环节，能够自动识别风机运行状态，并自动上报中央监控系统，大大提高了风力发电机组控制系统的安全级别。

本发明提出一种风力发电机组防飞车安全控制方法。包括以下步骤：

步骤一：风力发电机组启动后，正常运行并网发电，当风力发电机组出现故障时，风力发电机组的主控制系统PLC进入停机过程；

步骤二：主控制系统PLC进入停机过程后，判断是否进入停机状态，若进入停机状态，则重新启动并返回步骤一，若未进入停机状态，则进入主控制系统安全模式，然后进入步骤三；

步骤三：启动变流器进入变流器安全模式，变流器安全模式是为了减少不必要的故障可能性，屏蔽非关键性硬件故障和软件故障，最大程度保证变流器配合主控制系统PLC能够正常工作，当风力发电机现行的转速大于启动转速时，变流器发电运行；当风力发电机的转速不大于启动转速时，变流器不运行；

步骤四：风力发电机的转速维持在额定转速以下后，进行人工强行锁定叶轮，并进行人工顺桨。

进一步地，所述步骤二中判断是否进入停机状态具体为：当进入停机过程20秒以内，风力发电机组三个桨叶均完全回到大于85°的顺桨状态或风力发电机的转速低于2rpm时，则风力发电机组从停机过程进入停机状态；当超过20秒，风力发电机组的三个桨叶中任意一个不能回到大于85°顺桨状态或风力发电机的转速不低于2rpm时，则主控制系统PLC进入安全模式，并上报中央监控系统，同时偏航机构进行偏航动作，使风力发电机组侧风90°偏航运行。

进一步地，所述步骤三中变流器安全模式是为了减少不必要的故障可能性，屏蔽非关键性硬件故障和软件故障，最大程度保证变流器配合主控制系统PLC能够正常工作，当风力发电机现行的转速大于启动转速时，变流器发电运行具体为：由主控制系统PLC控制给风力发电机施加负载扭矩T_e，变流器则根据公式T_e=1.5pψ_fI_q，得到变流器执行电流值I_q，其中p为电机极对数、ψ_f为电机永磁体磁链。

本发明具有的优点在于：