一种风电机组联轴器打滑识别与保护方法、装置及风电机组与流程

本技术涉及风力发电机领域，具体为一种风电机组联轴器打滑识别与保护方法、装置及风电机组。

背景技术：

1、风电机组高速轴联轴器作为传动系统的重要部件，承担着传递扭矩、缓冲冲击的关键作用。联轴器的频繁打滑，会导致传动效率下降、甚至引起摩擦片烧蚀等问题，严重影响机组的安全稳定运行。

2、现有技术中，联轴器打滑保护方法主要分为两类：

3、一类是基于输入载荷（如叶片根部载荷、风轮气动力矩）识别打滑风险，这类识别方式需要在叶片、风轮等输入侧增设专用传感器，存在安装复杂、成本较高、维护难度大的问题，同时这类方式仅考虑到输入端（风轮侧）载荷，但输入端载荷变化较慢，无法反映高速轴侧快速的扭矩波动，导致识别准确性不高，难以及时捕捉瞬态打滑风险。

4、另一类是基于发电机转速和风轮转速的对比，在联轴器打滑，发电机转速和风轮转速出现明显转速差后，进行保护。然而，这类方式属于事后保护，此时打滑已经发生，摩擦片已经产生磨损，保护动作存在滞后性，无法实现打滑风险的提前识别与主动干预。

5、综上所述，现有技术中缺乏一种无需增设输入侧传感器、且能够在打滑发生前实现提前识别与分级保护的风电机组联轴器打滑识别与保护方案。

技术实现思路

1、本技术提供了一种风电机组联轴器打滑识别与保护方法、装置及风电机组，以实现在不增设输入侧传感器的前提下，就能在联轴器打滑发生前实现提前识别与分级保护。

2、本发明的技术方案为：

3、本技术提供了一种风电机组联轴器打滑识别与保护方法，包括：

4、获取风电机组的高速轴实时转速、变流器实时功率、变流器实时转矩和机舱温度；

5、根据所述高速轴实时转速、所述变流器实时功率、所述变流器实时转矩和所述机舱温度，分别确定风电机组的瞬时总负载力矩和动态临界打滑力矩；

6、根据所述瞬时总负载力矩和所述动态临界打滑力矩，判定联轴器打滑风险等级；

7、根据所述联轴器打滑风险等级，执行对应的联轴器保护动作。

8、优选地，根据所述高速轴实时转速、所述变流器实时功率、所述变流器实时转矩和所述机舱温度，分别确定风电机组的瞬时总负载力矩和动态临界打滑力矩的步骤包括：

9、根据所述高速轴实时转速和所述变流器实时功率，计算稳态负载力矩；

10、根据所述高速轴实时转速计算转速变化率，并根据所述转速变化率计算惯性冲击力矩；

11、根据所述稳态负载力矩和所述惯性冲击力矩，计算所述瞬时总负载力矩；

12、根据所述变流器实时转矩计算扭矩变化率，并根据所述扭矩变化率对摩擦系数进行动态修正，得到动态摩擦系数；

13、根据所述动态摩擦系数，结合所述机舱温度，计算所述动态临界打滑力矩。

14、优选地，据所述瞬时总负载力矩和所述动态临界打滑力矩，判定联轴器打滑风险等级的步骤包括：

15、计算所述瞬时总负载力矩与所述动态临界打滑力矩的比值，作为打滑风险系数；

16、将所述打滑风险系数与预设的风险阈值进行比较；

17、当所述打滑风险系数小于第一预设阈值时，判定联轴器处于安全状态；

18、当所述打滑风险系数大于或等于所述第一预设阈值且小于第二预设阈值时，判定联轴器处于打滑预警状态；

19、当所述打滑风险系数大于或等于所述第二预设阈值时，判定联轴器处于打滑故障状态；

20、其中，所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值，且所述第一预设阈值和所述第二预设阈值均为小于等于1的正数。

21、优选地，根据所述联轴器打滑风险等级，执行对应的联轴器保护动作的步骤包括：

22、当判定联轴器处于安全状态时，维持风电机组当前运行状态，不执行保护动作；

23、当判定联轴器处于打滑预警状态时，执行一级保护动作，所述一级保护动作包括：向风电机组主控系统发送降功率运行指令，控制机组以预设降功率速率降低输出功率至目标功率值，并持续监测所述打滑风险系数；若在预设时长内所述打滑风险系数下降至安全状态阈值以下，则解除预警并恢复功率；若在预设时长内所述打滑风险系数未下降至安全状态阈值以下，则维持降功率运行并继续监测；

24、当判定联轴器处于打滑故障状态时，执行二级保护动作，所述二级保护动作包括：向风电机组主控系统发送紧急停机指令，控制机组执行紧急停机程序，切断功率输出，并记录当前时刻的运行数据和打滑事件日志

25、优选地，当判定联轴器处于打滑预警状态且未执行紧急停机时，所述方法还包括：

26、将所述机舱温度与预设温度阈值进行比较；

27、当所述机舱温度大于第一预设温度阈值时，将所述动态临界打滑力矩中的温度修正系数按照预设步长下调；

28、当所述机舱温度大于第二预设温度阈值时，将所述温度修正系数进一步按照预设步长下调，其中所述第二预设温度阈值大于所述第一预设温度阈值；

29、采用更新后的所述温度修正系数重新计算所述动态临界打滑力矩，并将重新计算后的动态临界打滑力矩用于后续打滑风险等级的判定。

30、优选地，所述方法还包括：

31、记录打滑事件日志，所述打滑事件日志包括累计打滑次数和累计打滑持续时间；

32、根据所述打滑事件日志，对所述动态临界打滑力矩中的磨损老化修正系数进行更新：

33、其中，所述累计打滑次数每增加一次，将所述磨损老化修正系数按照预设步长下调一档；和/或所述累计打滑持续时间每增加预设时长，将所述磨损老化修正系数按照预设步长下调一档；

34、采用更新后的所述磨损老化修正系数重新计算所述动态临界打滑力矩，并将重新计算后的动态临界打滑力矩用于后续打滑风险等级的判定；

35、当所述累计打滑次数超过预设次数阈值，或所述累计打滑持续时间超过预设时长阈值时，输出联轴器检修提醒信息。

36、优选地，所根据所述高速轴实时转速n和所述变流器实时功率，计算稳态负载力矩的步骤包括：

37、对所述高速轴实时转速进行时间差分，计算转速变化率dn/dt；

38、获取高速轴侧总转动惯量j；

39、根据以下公式计算惯性冲击力矩tinertia：

40、

41、其中，ω为角速度，n为所述高速轴实时转速；

42、根据所述稳态负载力矩和所述惯性冲击力矩，计算所述瞬时总负载力矩的步骤包括：

43、根据以下公式计算瞬时总负载力矩tload：

44、

45、其中，tsteady为所述稳态负载力矩，tinertia为所述惯性冲击力矩；

46、根据所述变流器实时转矩计算扭矩变化率，并根据所述扭矩变化率对摩擦系数进行动态修正，得到动态摩擦系数的步骤包括：

47、对所述变流器实时转矩t进行时间差分，计算扭矩变化率dt/dt；

48、根据所述扭矩变化率dt/dt的绝对值对静摩擦系数μs进行动态衰减修正，得到动态摩擦系数μd：

49、

50、其中，μs为静摩擦系数，β为摩擦材料速率衰减系数；

51、根据所述动态摩擦系数，结合所述机舱温度，计算所述动态临界打滑力矩的步骤包括：

52、获取所述联轴器的固有结构参数，所述固有结构参数包括摩擦面数量z、摩擦片轴向总预紧力fn和摩擦面平均半径rm;

53、获取所述联轴器的修正系数，所述修正系数包括根据所述实时转速确定的转速离心修正系数kn、根据所述机舱温度确定的温度修正系数kt以及磨损老化修正系数kw；

54、根据所述动态摩擦系数μd、摩擦面数量z、摩擦片轴向总预紧力fn和摩擦面平均半径rm、转速离心修正系数kn温度修正系数kt以及磨损老化修正系数kw，计算动态临界打滑力矩tslip_dynamic：

55、。

56、优选地，所述转速离心修正系数kn根据以下公式确定：

57、

58、其中，k1为离心修正常数，取值范围在0.12-0.18之间；n为所述高速轴实时转速；ne为高速轴额定转速；

59、当所述机舱温度小于或等于第一温度阈值时，转速离心修正系数kt的值为1；

60、当所述机舱温度大于所述第一温度阈值且小于或等于第二温度阈值时，转速离心修正系数kt取第一修正值；

61、当所述机舱温度大于所述第二温度阈值时，转速离心修正系数kt取第二修正值；

62、其中，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值，所述第二修正值小于所述第一修正值。

63、本技术还提供了一种风电机组联轴器打滑识别与保护装置，包括：

64、获取模块，用于获取风电机组的高速轴实时转速、变流器实时功率、变流器实时转矩和机舱温度；

65、计算模块，用于根据所述高速轴实时转速、所述变流器实时功率、所述变流器实时转矩和所述机舱温度，分别确定风电机组的瞬时总负载力矩和动态临界打滑力矩；

66、风险等级划分模块，用于根据所述瞬时总负载力矩和所述动态临界打滑力矩，判定联轴器打滑风险等级；

67、保护模块，用于根据所述联轴器打滑风险等级，执行对应的联轴器保护动作。

68、本技术还提供了一种风电机组，包括上述的风电机组联轴器打滑识别与保护装置。

69、本发明的有益效果为：

70、利用风电机组现有输出的实时转速、变流器实时功率、变流器实时转矩和机舱温度，这些数据均可从风电机组已有的传感器和监控与数据采集系统中直接获取，无需在叶片或风轮等输入侧新增任何传感器硬件。基于现有输出信息进行打滑识别，从根本上避免了增设传感器所带来的硬件成本、安装施工成本以及后期维护成本，同时由于无需对现有风电机组进行硬件改造，现场部署难度低、实施周期短，更易于在存量机组上推广应用。

71、通过分别确定瞬时总负载力矩和动态临界打滑力矩，并在二者之间进行比较来判定打滑风险等级。具体而言，瞬时总负载力矩反映了当前作用于联轴器的实际载荷大小，动态临界打滑力矩反映了联轴器在当前状态下能够承载的最大力矩，通过将实际载荷与承载极限进行实时比较，可以在实际载荷逼近承载极限但尚未超过承载极限时提前识别出打滑风险。这一机制使得保护动作能够在打滑发生之前执行，从而避免打滑事件的实际发生，从根本上解决了事后保护方案存在的保护滞后问题。

72、实时转速、变流器实时功率和变流器实时转矩均采集于高速轴侧，其中变流器实时转矩直接反映了发电机侧的电磁转矩变化，该信号位于传动链的输出端，与联轴器直接相关，无需经过多级传动部件的传递衰减，能够更快速地反映联轴器所承受的载荷变化。基于输出端信号进行打滑风险识别，响应路径更短，能够更及时地捕捉到联轴器载荷的瞬态变化，提升了打滑风险识别的响应速度和准确性。