一种风电机组偏航控制方法及系统与流程

本发明属于风力发电，具体涉及一种风电机组偏航控制方法及系统。

背景技术：

1、偏航系统是风电机组关键组成部分，通过调整机舱对风实现风能高效捕获，直接影响机组发电效率与运行稳定性。风电机组长期在野外复杂环境运行，受阵风、湍流及温湿度交变载荷作用，服役年限增加后，偏航机械、电气与液压部件逐步老化劣化。偏航轴承、减速齿轮长期受冲击载荷，磨损增大、配合间隙超标、局部偏载，传动性能下降；电机、液压泵站及蓄能器老化，造成输出扭矩不足、建压及保压能力衰减。大风工况下易出现电机堵转、机舱滑移、齿轮断裂等故障，机组频繁停机限功率，运维成本大幅上升。偏航传动大件改造拆装困难、替换成本高，难以通过硬件维修弥补性能损耗。现有偏航控制采用固定时序与单一阈值，控制精度低、适配性差，故障识别滞后、误漏报警频发。因此，亟须设计一种新型的风电机组偏航控制与多级保护方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种风电机组偏航控制方法及系统，以在提高偏航控制精度的同时，监测偏航相关异常或故障，提前预警。

2、第一方面，本发明提供一种风电机组偏航控制方法，包括：

3、收到偏航需求指令时（即收到偏航启动指令时），输出偏航软启使能信号，闭合偏航接触器，打开偏航半压释放阀与偏航全压释放阀；然后在液压压力小于预设的第一压力时判断是否处于解缆模式，若是，则直接释放电磁刹车，若否，则先关闭偏航全压释放阀再释放电磁刹车；电磁刹车释放第一预设时长后，输出偏航软启线圈闭合信号，启动偏航。

4、偏航需求指令消失时（即收到偏航停止指令时），关闭偏航半压释放阀、偏航全压释放阀，并在满足条件1a或条件1b时，取消偏航软启使能信号和偏航软启线圈闭合信号（即停止输出偏航软启使能信号和偏航软启线圈闭合信号），在满足条件1c或条件1d时，断开偏航接触器，投入电磁刹车（偏航停止）。其中，条件1a为：液压压力大于或等于预设的第二压力，预设的第二压力小于预设的第一压力；条件1b为：偏航需求指令消失时长大于第二预设时长；条件1c为：液压压力大于或等于预设的第三压力，且偏航实际速度小于或等于预设的第一速度，预设的第三压力大于预设的第一压力；条件1d为：偏航需求指令消失时长大于第三预设时长，第三预设时长大于第二预设时长。

5、通过采用先输出偏航软启使能并闭合偏航接触器，待半压、全压释放阀动作且液压压力降至预设的第一压力后再释放电磁刹车，并延时闭合偏航软启线圈的分级启动策略，有效避免了偏航电机在带载启动瞬间因液压背压过高或刹车未完全释放而产生的电流过载和机械冲击，从而保护偏航驱动链，延长传动部件使用寿命，并确保偏航动作的平滑性。在常规偏航时通过提前关闭偏航全压释放阀来预建立背压，有效抑制刹车释放瞬间的重力矩冲击，又能在解缆模式下跳过该步骤，直接释放电磁刹车，显著提升了控制策略的灵活性与响应速度。通过将偏航停止指令后的控制拆分为取消软启信号与断开接触器并投入电磁刹车两个独立步骤，并分别设置不同的压力阈值和时间阈值，条件1a/1b利用较低的压力阈值或较短的时长，优先切断电机励磁，有效防止了电机在停止过程中因长时间堵转发热而损坏，条件1c/1d利用较高的压力阈值与极低的速度条件，确保在投入电磁刹车前，液压系统已建立足够制动力且机组已基本停止，从而避免了高速下急刹导致的刹车片剧烈磨损及传动链冲击，同时结合第三预设时长作为后备时间，保证了制动逻辑的可靠性。

6、可选地，所述偏航实际速度通过如下方式获得：

7、利用偏航电位计，获取当前程序控制周期的偏航角度采集值。

8、若，则使；若，则使；若，则使；其中，表示当前程序控制周期的偏航实际角度，表示上一程序控制周期的偏航实际角度，表示预设的单周期角度变化限值。通过单周期角度限幅处理（即限制单周期偏航角度变化量不超过），有效剔除了角度采集值的异常跳变，抑制了电压噪声、信号抖动带来的角度测量误差，确保了角度累积的连续性与稳定性。

9、以第四预设时长为固定时间窗口，基于各个程序控制周期的偏航实际角度，计算固定时间窗口内的偏航实际角度变化率，得到原始偏航速度（等于固定时间窗口内的偏航实际角度变化率）。避免了因控制周期波动或离散化误差导致的速度计算偏差，确保了原始偏航速度的可重复性和计量准确性。

10、对原始偏航速度进行滑动均值滤波，得到所述偏航实际速度；其中，滑动均值滤波的滑动窗口时长等于n个第四预设时长。采用n个第四预设时长的滑动均值滤波处理，能够平滑因齿侧间隙、齿轮啮合冲击或塔架低频振动在原始偏航速度上叠加的周期性脉动分量，消除突变干扰，获得稳定、可靠的偏航实际速度。

11、可选的，顺时针偏航过程中，通过使的方式更新，再判断是否，若是，则持续更新，若否，则累计反向偏移量，并在反向偏移量大于或等于时，锁定（即停止更新），然后当，且持续第五预设时长时，报顺时针偏航驱动力不足警告；其中，表示本次偏航角度最大值，表示预设的第一角度，表示预设的第二角度，。

12、通过实时追踪并更新偏航角度最大值，建立了准确的偏航目标基准参照系。当监测到（即偏航出现反向转动趋势）时，启动反向偏移量的累加计算，该累加机制能够精确量化偏航系统在持续指令下偏离正向最远位置的程度，有效区别于正常的微小角度波动，避免了将瞬时扰动误判为驱动力不足，提高了判断的准确性。当反向偏移累积达到时，立即锁定，冻结峰值基准，防止了后续因角度波动导致基准持续漂移，确保判定基准确认。低于锁定后的峰值达，且该状态持续第五预设时长，方能触发警告，有效滤除了风况突变、塔架摆动或齿轮回差引起的瞬时、随机性角度回退，仅当偏航系统因液压压力不足、机械卡滞或负载过大而确实丧失持续正向驱动能力时，才发出警告信息，显著降低了误报警率，提高了故障诊断的可靠性。

13、可选的，逆时针偏航过程中，通过使的方式更新，再判断是否，若是，则持续更新，若否，则累计反向偏移量，并在反向偏移量大于或等于时，锁定（即停止更新），然后当，且持续第五预设时长时，报逆时针偏航驱动力不足警告；其中，表示本次偏航角度最小值。

14、通过实时追踪并更新偏航角度最小值，建立了准确的偏航目标基准参照系。当监测到（即偏航出现反向转动趋势）时，启动反向偏移量的累加计算，该累加机制能够精确量化偏航系统在持续逆时针指令下偏离最小角度位置的程度，有效区别于正常的微小角度波动，避免了将瞬时扰动误判为驱动力不足，提高了判断的准确性。当反向偏移量累计达到时立即锁定，冻结谷值基准，防止后续因角度波动导致基准持续漂移，确保判定基准确认。高于锁定后的谷值达，且该状态持续第五预设时长，方能触发警告，有效滤除了风况突变、塔架摆动或齿轮回差引起的瞬时、随机性角度正向回弹，仅当偏航系统因液压压力不足、机械卡滞或负载过大而确实丧失持续逆时针驱动能力时，才发出警告信息，显著降低了误报警率，提高了故障诊断的可靠性。

15、可选的，报顺时针偏航驱动力不足警告后，立即停止本次偏航动作，等待第六预设时长后允许响应偏航需求指令；统计第七预设时长内顺时针偏航驱动力不足警告次数，若该警告次数（即第七预设时长内顺时针偏航驱动力不足警告次数）大于或等于第一预设次数，则报顺时针偏航驱动力不足故障，锁定偏航功能，执行风电机组停机保护。报逆时针偏航驱动力不足警告后，立即停止本次偏航动作，等待第六预设时长后允许响应偏航需求指令；统计第七预设时长内逆时针偏航驱动力不足警告次数，若该警告次数（即第七预设时长内逆时针偏航驱动力不足警告次数）大于或等于第一预设次数，则报逆时针偏航驱动力不足故障，锁定偏航功能，执行风电机组停机保护。其中，第七预设时长大于第六预设时长。在警告触发时立即停止本次偏航动作，有效防止了驱动力不足工况下的设备损伤，设置第六预设时长的等待恢复期，避免了警告后的频繁无效启动，通过第七预设时长内的警告次数统计与第一预设次数比较，实现了偶发性扰动与持续性故障的精准区分，在警告次数超限时报出不可复位故障并锁定偏航功能，执行风电机组停机保护，实现了严重故障的终极安全保护。

16、可选的，顺时针偏航且锁定（即停止更新本次偏航角度最大值）后，若，则恢复更新，清零单次计时，保留统计的顺时针偏航驱动力不足警告次数。逆时针偏航且锁定（即停止更新本次偏航角度最值）后，若，则恢复更新，清零单次计时，保留统计的逆时针偏航驱动力不足警告次数。通过监测角度突破锁定极值的动态条件，实现了偏航驱动能力恢复后的自适应追踪复位，在恢复更新时执行计时清零操作，确保了第五预设时长判定条件的时序独立性与严格性，在恢复更新时保留已统计的警告次数，实现了历史异常信息的有效累积与故障趋势的准确评估。

17、可选的，偏航需求指令消失，且关闭偏航半压释放阀、偏航全压释放阀后的第八预设时长内，若液压压力未达到预设的第四压力，则报蓄能器保压能力下降警告；偏航需求指令消失，且关闭偏航半压释放阀、偏航全压释放阀后的第九预设时长内，若液压压力未达到预设的第五压力，则报液压建压失败故障（对应蓄能器失效、液压站机械打压机构存在异常），执行风电机组停机保护。在第八预设时长内以第四压力为判据，实现了蓄能器保压能力的早期预警与健康状态监测，在第九预设时长内以第五压力为判据，实现了液压系统严重故障的准确识别与终极安全保护，通过第八预设时长与第九预设时长、第四压力与第五压力的差异化配置，构建了分层递进式故障诊断体系，警告机制与故障机制的协同配合，形成了液压系统状态监测的完整安全链，无需额外增设传感器，基于现有压力检测元件即可独立完成系统状态评估。

18、可选的，在偏航需求指令消失第十预设时长后，且无新的偏航需求指令，且未投入电磁刹车的情况下，若偏航实际速度大于预设的第二速度，则报偏航余速异常警告（即判定偏航系统停止指令失效、存在异常余速）。该设计能够精准识别偏航系统在接收到停止指令后未能有效制动的异常工况，即偏航电机虽已断电但液压刹车未能正常执行制动功能，导致机组仍以高于允许值的速度持续惯性转动。通过该双条件判定，有效避免了因制动系统卡滞、刹车片磨损过度或液压压力不足所引发的偏航余速超标隐患。

19、可选的，报偏航余速异常警告后，锁定偏航功能，等待第六预设时长后允许响应偏航需求指令；统计第七预设时长内偏航余速异常警告次数，若该警告次数（即第七预设时长内偏航余速异常警告次数）大于或等于第一预设次数，则报偏航余速超标故障，锁定偏航功能，执行风电机组停机保护。在偏航余速异常警告触发时立即锁定偏航功能，有效防止了制动失效工况下的危险持续偏转，设置第六预设时长的等待恢复期，为制动系统状态自恢复或人工干预提供了缓冲时间窗口，通过第七预设时长内的警告次数统计与第一预设次数阈值比较，实现了偶发性制动异常与持续性制动失效的精准区分，在警告次数超限时报出不可复位故障并执行停机保护，实现了严重制动失效的终极安全处置。

20、可选的，在风电机组完成偏航动作第十二预设时间后，已投入电磁刹车，且液压压力大于预设的第六压力的情况下，以第十一预设时长为监测周期，若当前监测周期的偏航实际角度与上一监测周期的偏航实际角度的差的绝对值大于预设的第三角度，则报机舱滑移故障（对应静止锁定状态下机舱发生非正常位移，偏航刹车锁止失效），执行风电机组停机保护。通过第十二预设时长的等待条件，确保了监测起始点处于偏航完成后的稳定制动阶段，通过电磁刹车已投入与液压压力大于预设的第六压力的双状态确认，精准锁定了制动系统应正常工作的监测场景，以第十一预设时长为固定的监测周期，实现了对机舱滑移状态的持续动态跟踪，通过预设的第三角度的绝对增量判定，有效区分了允许的正常微动与危险的非正常滑移，将机舱滑移直接定义为故障并联动停机保护，实现了重大安全隐患的强制安全处置，与前述偏航驱动力不足故障、液压系统建压失败故障、偏航余速超标故障等保护机制相互协同，构建了启动-运行-停止-静态锁定全生命周期的偏航安全防护体系。

21、第二方面，本发明提供一种风电机组偏航控制系统，包括控制器，所述控制器被配置为执行上述风电机组偏航控制方法。