[发明专利]风力发电机组抗台风控制方法及其硬件平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组的控制方法及其硬件平台。

背景技术

随着陆地风场资源的开发殆尽，兆瓦级风力发电机组开始安装于沿海和海上，这些地区是台风频发区域。在台风来临时，高压电网输电会出现故障或人为断电情况，从而导致风机停止在原来状态无法偏航动作，使机组承受巨大的外力，对机组的机械结构强度是个极大的考验。同时由于台风的运行轨迹不规则，风速和风向会实时变化，所以需要风力发电机根据当前风速和风向实时跟踪风向。

一部分风电机组在台风到来之前人为停机，并为机组做相应的抗台风维护，带来了大量的人力维护成本；一部分风电机组则是以风电场为单位，设计大容量的后备电源，例如大容量高价格的铅酸电池组、柴油发电机等。当电网断电的时候，采用后备电源供电，保证风力发电机实时跟踪风向的变化，保证风力发电机在安全的偏航位置。但由于整个风力发电场所有风力发电机同时偏航的用电量非常高，造成建设的投资成本过高，同时后备电源的维护成本也非常高，导致投资失效或回报率低等不良情况。

发明内容

本发明的目的是克服现有抗台风方案的缺点，提出一种风力发电机组抗台风的控制方法及其硬件平台。

本发明的抗台风控制方法根据风速和电网情况来定义控制系统一种新的工作模式：台风模式；在台风模式期间，通过控制UPS与直流蓄电池之间的连接关系，控制风力发电机组处于被动偏航状态，即在台风期间，风力发电机组根据风的吹动力和吹动方向自由偏转，这期间控制器只通过所述的风速仪和风向标来采集风的信号，对机组的偏航并不进行控制，风力发电机组在台风期间偏航，继续工作，直到所述的直流蓄电池组的电压达到电池的保护值后，UPS和直流蓄电池组在控制系统的控制下才停止供电。当台风过去，电网重新供电，控制系统重新得电开机，风力发电机组重新开机运行。

应用本发明控制方法的硬件平台包括在原有风力发电机组控制系统内增加的UPS供电电源、直流蓄电池组和控制接触器。在设计UPS和直流蓄电池组容量时，以单台机组为单元设置台风期间的后备电源容量，同时考虑台风的快速移动特性，限定单台机组在台风期间后备电源的运行时间，将台风期间单台机组后备电源的设计容量设计为能够满足台风期间偏航能够继续工作n小时，这样既保证机组的安全，又可以降低设计成本。n可以根据风力发电机组的需要设定，建议在2-6小时之间。

所述的硬件平台包括八个组成部分：PLC控制单元，UPS供电电源，直流蓄电池组，偏航控制系统，控制继电器，控制接触器，风速仪和风向标；其中UPS供电电源、直流蓄电池组和控制接触器是新增部件硬件。所述的PLC控制单元、风速仪、风向标和偏航控制系统均并联连接到24V电源上；控制继电器和控制接触器并联后，共同作为PLC控制单元的输出；UPS供电电源的输入侧接入到230V电源上，UPS供电电源的输出连接到控制接触器主触点的触点1和触点3，控制接触器主触点的触点2和4连接直流蓄电池组。以上八个部分之间以硬接线的方式相连。

所述的UPS供电电源与直流蓄电池组共同实现对风力发电机组的供电。PLC控制单元和控制继电器共同实现对UPS供电电源和直流蓄电池组的启停控制。控制接触器用来连接UPS供电电源与直流蓄电池组，在风电机组正常工作时，控制接触器吸合，当台风模式结束时，该控制接触器断开。风速仪完成风速信号的采集，风向标完成风向信号的采集。偏航控制系统执行风力发电机组机舱的旋转的控制信号。风速仪将采集的风速信号发送给PLC控制单元，PLC控制单元根据这个风速信号和电网情况来判断台风模式的启动和停止；风向标将采集到的风向信号发送给PLC控制单元，PLC控制单元根据该风向信号判断偏航模式及偏航角度，并由偏航控制系统执行相应的动作。

本发明的抗台风控制方法的工作原理如下：所述的风力发电机组控制系统上电后，风速仪实时检测风速，当风速信号大于v米/秒，且此时电网因故障停电或者人为停电，PLC控制单元启动台风模式，此时PLC控制单元发出指令给控制继电器，控制继电器保持让PLC控制单元、偏航控制系统、风速仪、风向标继续得电工作，其他执行机构，包括电磁阀、传感器，失电停止工作，启动台风模式的同时PLC控制单元启动内部定时器，定时n个小时，在这n小时范围内，偏航控制系统松闸，机组可以在风力的吹动作用下保持被动自由偏航。n个小时以后，PLC控制单元发出台风模式停止指令，控制接触器断开UPS供电电源和直流蓄电池组之间的连接，此后风力发电机组由于断电停止偏航动作，直到风力发电机组再次得到电网的供电。

本发明具有以下特征：