[发明专利]风力发电机组的叶片卡桨检测方法和装置

说明书

提供一种风力发电机组的叶片卡桨检测方法和装置，所述叶片卡桨检测方法包括：确定风力发电机组的叶片角度差值；确定风力发电机组的叶轮转速值；基于所确定的叶片角度差值和叶轮转速值以及预设的用于表征叶片卡桨时的叶片角度差值、叶轮转速值与风力发电机组的机舱振动加速度值之间的对应关系，确定风力发电机组的机舱振动加速度拟合值；基于所确定的机舱振动加速度拟合值以及实测的机舱振动加速度值，确定风力发电机组是否发生卡桨。采用上述风力发电机组的叶片卡桨检测方法和装置，能够对风力发电机组的卡桨状况进行准确识别，并有助于剖析风力发电机组的振动原因。

技术领域

本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组的叶片卡桨检测方法和装置。

背景技术

风力发电机组的载荷是风、空气动力学、波浪、结构动力学、传动系统、控制系统等复杂作用的结果，随着风力发电机组的容量、塔架高度、叶片长度的不断增大，风力发电机组受到的载荷冲击也随之增大，这给风力发电机组的安全性和塔筒强度及生产成本带来新的巨大挑战，因此风力发电机组的载荷控制显得越来越重要。风力发电机组载荷过大，会使风力发电机组长期工作于偏劳状态，降低风力发电机组的使用寿命，甚至危害风力发电机组的安全。

系统之所以会产生振动是因为它本身具有质量和弹性，阻尼则使振动受到抑制，质量可储存动能，弹性可储存势能，阻尼则消耗能量。当外界对系统做功时，系统的质量就吸收动能，使质量获得速度，弹簧获得变形能具有了使质量回到原来位置的能力。这种能量的不断转换就导致系统的振动，因此，质量、弹性和阻尼是振动系统的三要素。

对于风力发电机组来说，振动带来的是不良后果。由于振动，风力发电机组和塔架会受到反复作用的动载荷，会降低风力发电机组的使用寿命，甚至导致灾难性的破坏性事故。目前，兆瓦级风力发电机组在紧急停机时，通常会采取直接断开变频器并迅速收桨的停机方式，但此停机方式会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、塔筒前后方向弯矩经常出现极限载荷。

风力发电机组的载荷是多种复杂作用的结果，例如在如下工况下都会引起风力发电机组振动。

(1)风速突变。在正常风况下，风速变化值比较缓慢，或者风速波动周期较长，因此发电机转速上升或者下降也相对缓慢，通过转速—桨角的PID运算，可以实现自动调桨并稳定发电机转速的目的。然而在阵风风况下，由于风速在较短的时间内突然增大的较多，之后又突然下降，经常会导致调桨不及时。风速骤变会引起发电机转速的骤变，根据F＝ma(F为力的大小，m为物体的质量，a为加速度值)，因为速度变化快，导致加速度值a较大，所以F也会较大，由此会引起风力发电机组振动。

(2)叶片受力不平衡。风力发电机组主要通过调节叶片的桨距角来改变迎风面所受风力的大小，因此，如果三个叶片的桨距角不一致，会导致风力发电机组的叶轮在转动过程中产生偏振，从而引起风力发电机组振动。

(3)触发限位开关后变桨电机突然停止运行。限位开关是变桨系统顺桨时的硬件保护开关，一般安装于91度桨距角的位置，触发限位开关后，驱动器会断电而停止输出，导致变桨电机的转速会突然变为0，根据F＝ma，因为速度变化快，导致加速度值a较大，所以F也会较大，由此会引起风力发电机组振动。

(4)偏航速度过快或者偏航制动器松闸不良导致的振动。

(5)电磁转矩控制导致的振动。为了实现最大功率输出，发电机转速上升后，相应的转矩值也需要对应地增加，以使风力发电机组输出的功率值增加。对风力发电机组而言，风能为W1，风力发电机组发电运行时风能使发电机产生的旋转作用为W2，发电机的电磁扭矩为W3，根据能量守恒原理，并网后发电机的能量守恒公式为W1＝W2+W3，即，如果电机扭矩控制不稳定，也会引起转速的不稳定，从而引起风力发电机组振动。