[发明专利]一种风力发电机组紧急顺桨控制方法

说明书

一种风力发电机组紧急顺桨控制方法，在风力发电机组紧急停机后，采用变速率停机策略。紧急停机刚开始时快速顺桨，以减小正向的载荷，当桨距角达到限制角度或时间达到限制时间后须减小顺桨速度以减小负向极限载荷。所述方法包括以下步骤：(1)确定风力发电机组变速率停机分界点；(2)监测风力发电机组系统状态；(3)确定风力发电机组变桨执行系统模式；(4)风力发电机组按照变桨执行机构采用的变速率停机模式变桨。

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组紧急顺桨控制方法。

背景技术

兆瓦级风电机组在紧急停机时，通常会采取直接断开变频器、并迅速顺桨的停机逻辑，但此逻辑将导致叶片根部以及塔筒底部承受巨大的载荷冲击，在GL2010规范的DLC1.5、DLC1.6工况中叶根挥舞方向弯矩、塔底前后方向弯矩就经常出现极限载荷，叶片越长该问题尤为突出。

从能量传递角度分析，由制动盘-动量理论知，正常发电过程中制动盘吸收风能使尾流速度降低，制动盘承受气动推力，紧急停机过程中制动盘释放能量使风轮转速降低，同时风获得能量，使得尾流速度增加，制动盘承受相反的推力。

塔筒倾覆弯矩My、叶根挥舞弯矩My的冲击载荷大于设计极限时，传统的做法是调节紧急停机时的顺桨速度，以减小冲击载荷。但当紧急停机的顺桨速度变慢时，又会导致叶片、塔筒正方向载荷的增加，同时风轮转速也会大幅上升带来其他隐性问题。

从气动特性角度分析，由原理可知，风轮的气动参数的C_p、C_T、C_f主要与桨距角、叶尖速比有关。紧急停机过程中，由于变频器断开机组负载迅速减小，风轮转速快速上升，导致叶尖速比增加，同时快速顺桨，导致桨距角增加过快，这使得推力系数C_f快速减小为零并继续下降接近甚至超过正向的C_f最大值，从而机组承受到很大的反向推力。

由此可知紧急停机后，由于发电机负载迅速降低为0、桨距角的过快增加导致冲击载荷过大。传统的做法是调节紧急停机时的顺桨速度，来减小冲击载荷。但当紧急停机的顺桨速度变慢时，又会导致叶片、塔筒正方向载荷的增加，同时风轮转速也会大幅上升带来其他隐性问题。因此简单调节紧急停机中顺桨速度的办法，只能起到平衡正向载荷和负向载荷的作用，同时减小顺桨速度会带来更高极限风轮转速，并没有从根本上解决问题。

《中国机电工程学报》文章“基于功率变化和模糊控制的风力发电机组变速变桨距控制”采用功率实时反馈，将功率偏差和功率偏差的变化率作为模糊控制算法的输入，输出变桨速度指令；《电力电子技术》文章“兆瓦级风电机组电动变桨距控制系统的研究与实现”对功率偏差信号的大小进行了限制，降低了风电机组输出功率的波动，功率发生变化是变桨距、机构能够快速响应，但在额定风速下，风机输出功率小于额定功率时，采用变速率变桨控制增加了算法的复杂性；中国发明专利201410640389.6“一种直驱型永磁风力发电机组变速率变桨系统及变桨方法”将风速纳入控制系统，对桨距角进行了限制，使不同风况下变桨执行机构都能够快速做出响应。以上所有方法都是在描述风力发电机组正常运行状态下的变桨控制，对于停机后如何有效降低叶根和塔底载荷没有涉及。

中国发明专利201310194005.8“在单个桨叶卡桨工况下的风力发电机停机方法”中介绍的变桨方法在单个桨叶卡桨工况下能有效降低载荷，但对于紧急停机时塔底和叶根极限载荷的形成及降低没有分析，所述方法仅适用于卡桨工况，不具通用性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种风力发电机组紧急顺桨变速率停机控制方法，以实现风电机组在紧急停机后通过变速率停机来解决冲击载荷过大的问题，从而降低风电机组的极限载荷，进而提高机组的安全性和经济性。

为实现上述发明目的，本发明风力发电机组紧急顺桨控制方法在风力发电机组紧急停机后，采用变速率停机策略。紧急停机刚开始时快速顺桨，以减小正向的载荷，当桨距角达到限制角度或时间达到限制时间后减小顺桨速度以减小负向极限载荷。