风电机组防超速方法及其系统及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及风力发电机组技术领域，特别涉及一种风电机组防超速方法及其系统及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着风力发电技术的发展，风力发电机同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展起到重要作用。目前，针对风轮的超速保护，风电机组已具备软硬件保护功能，即：当软件系统检测到风电机组的风轮转速和发电机转速超过超速保护设定值时，立即执行故障停机；同时硬件系统通过检测风轮和发电机转速，当超过保护阈值之后，立即断开安全链，启动紧急停机流程。
3.然而，现有的超速保护功能安全性仍然不高，无法避免超速飞车的风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种风电机组防超速方法及其系统及计算机可读存储介质，避免机组发生风轮超速的危险，进一步提高风电机组的安全性。
5.为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
6.一种风电机组防超速方法，包括：
7.s1，判断机组是否存在叶片卡桨和/或停机超时故障，如果是，则执行s2；
8.s2，执行偏航侧风功能，按照最短偏航路径进行偏航侧风。
9.进一步的，所述叶片卡桨故障的判断方法如下：
10.机组触发故障停机之后，实时监测每一叶片的运行状态，同时计算风轮的角加速度；
11.若任一叶片的桨距角的变化速率小于停机速度的下限值，且风轮的角加速度大于零，则判定存在叶片卡桨故障。
12.进一步的，所述停机超时故障的判断方法如下：
13.根据机组的停机级别设置对应的停机超时时间，在设定的所述停机超时时间内，若风轮转速或发电机转速未降到安全转速以下，则判定存在停机超时故障。
14.进一步的，所述按照最短偏航路径进行偏航侧风，包括：
15.判断当前的扭缆位置增加或减小偏航角度后是否超过偏航扭缆的最大值；
16.如果有一者超出，则向着解缆的方向进行偏航侧风；
17.如果均不超出，则根据当前风向的正负条件选择偏航侧风的方向，保证偏航路径最短。
18.进一步的，若无法得到当前的风向数据，且当前的扭缆位置增加或减小偏航角度后均不超过偏航扭缆的最大值，则选择系统默认的偏航侧风方向。
19.进一步的，在执行偏航侧风的过程中，若风轮转速小于安全值且叶片已达到停机位置，则停止偏航侧风，否则，偏航侧风至设定的初始值。
20.进一步的，所述风电机组防超速方法还包括：
21.s3，在偏航侧风到设定的初始值之后，根据机组的状态，选择继续保持偏航侧风状态或取消偏航侧风状态。
22.进一步的，在安全链断开的紧急情况下，所述偏航侧风功能能够正常执行。
23.一种风电机组防超速系统，包括一个或多个处理器，用于实现如上文任一项所述的风电机组防超速方法。
24.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现如上文任一项所述的风电机组防超速方法。
25.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
26.本发明在机组存在叶片卡桨和/或停机超时故障的情况下，执行偏航侧风功能，并按照最短偏航路径进行偏航侧风，保证了在停机故障发生的第一时间内，启动偏航侧风功能，以最快速度降低风轮和风电机组转速，保证机组的安全性。并且，本发明在不增加硬件成本的情况下，增加了一套风电机组超速保护屏障，能够在紧急时刻保证机组安全。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
28.图1为本发明一实施例提供的风电机组防超速方法的流程图；
29.图2为本发明一实施例提供的风电机组防超速系统的示意性框图。
具体实施方式
30.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
31.本发明的核心思想在于针对风轮超速保护，提出一种基于偏航侧风的风电机组超速保护策略和方法。偏航系统作为风电机组的主要组成部分，其主要功能为偏航对风，使机组能够根据风向的变化进行跟随，保证机组最大可能的正对来流风向，保证机组的功率和发电量。但由于风轮失控，引起的超速、倒塔事件时有发生。为了在可能发生风轮超速失控的情况下，最大可能的保证机组的安全，本发明设计了偏航侧风功能，使机组与风向成侧风角度，风轮吸收不到能量，进而避免机组发生风轮超速的危险，保证机组的安全。
32.优选的，在本发明中，偏航侧风功能要保证在紧急情况下，如机组振动过大、风轮超速等安全链断开的紧急情况下，仍然可以正常执行偏航侧风功能，保证机组安全。
33.如图1所示，本发明实施例提供的一种风电机组防超速方法包括如下步骤：
34.步骤s1，判断机组是否存在叶片卡桨和/或停机超时故障。
35.其中，叶片卡桨故障的判断方法为：机组触发故障停机之后，实时监测每一叶片的运行状态，如单个或多个叶片的桨距角的变化速率小于停机速度的下限值，判断叶片存在卡桨可能；同时计算风轮的角加速度，角加速度数值为启动偏航侧风的条件之一；如果任一叶片的桨距角的变化速率小于停机速度的下限值，且风轮的角加速度大于零，则判定存在叶片卡桨故障。在叶片卡桨的情况下，机组超速的状况会进一步加剧，因此需要启动偏航侧风功能，降低风轮和风电机组转速，保证机组的安全性。
36.停机超时故障的判断方法为：根据机组的停机级别，设置不同的停机超时时间，在设定的停机超时时间内，如果风轮转速或发电机转速未降到安全转速以下，则判定存在停机超时故障。若机组停机超时，意味着机组超速的风险增大，因此需要执行偏航侧风功能。
37.以上叶片卡桨故障与停机超时故障为并列条件，任意一个条件激活，就需要执行偏航侧风。
38.由此可见，对于偏航侧风的激活条件，本发明以叶片状态、风轮转速、停机时间为激活条件，充分考虑停机时间与风轮转速之间的关系，同时结合机组的控制特性，制定了合理的偏航侧风激活条件，保证在故障发生的第一时间内，启动偏航侧风功能，尽快降低风轮和风电机组转速，保证机组的安全性。
39.步骤s2，执行偏航侧风功能，按照最短偏航路径进行偏航侧风。
40.从机组安全考虑，当判断出机组发生叶片卡桨或停机超时故障时，主控激活偏航侧风故障码，执行偏航侧风功能，并根据偏航侧风激活时刻的纽缆位置、实时风向、风速仪状态等，选择偏航动作最短的路径进行偏航侧风，以进一步加快降低风轮和风电机组转速，保证机组的安全性。
41.具体的，所述按照最短偏航路径进行偏航侧风，包括：判断当前的扭缆位置增加或减小偏航角度后是否超过偏航扭缆的最大值；如果有一者超出，则向着解缆的方向进行偏航侧风；如果不超出，则根据当前风向的正负条件选择偏航侧风的方向，保证偏航路径最短。
42.举例而言，偏航侧风程序预先设定了一个初始值a，即偏航侧风后机舱与风向所成的角度，例如a为90
°
，当偏航侧风后机舱与风向所成的角度为90
°
时，最大程度地减少了叶片的扫掠面积，因此可以最大程度的降低风轮和风电机组转速。当然也可以设定初始值a为其它数值。以a为90
°
为例，若机舱当前正对风向，即风向为0
°
，此时，向左侧偏航或右侧偏航90
°
均可(两个方向上偏航的路径是相同的，都是90
°
)，此时可根据当前的扭缆位置判断增加或减小偏航角度90
°
时是否会超出偏航扭缆的最大值，如果会超出，则向解缆的方向偏航，如果不超出，则按照默认的方向(从风电机组俯视方向观察的顺时针方向)偏航；若机舱当前与风向的夹角为20
°
，即风向为20
°
(习惯将左侧来风的风向为正，右侧来风的风向为负)，若要侧风90
°
，则可以向左偏航110
°
或者向右偏航70
°
，此时，首先根据当前的扭缆位置判断增加偏航角度70
°
或减小偏航角度110
°
时是否会超出偏航扭缆的最大值，如果增加偏航角度70
°
后超出了偏航扭缆的最大值，则向着减小偏航角度110
°
的方向偏航，即向着解缆的方向偏航，如果二者均不超出偏航扭缆的最大值，即理论上可以向着减小偏航角度110
°
的方向偏航，也可以向着增加偏航角度70
°
的方向偏航，本发明优选向着增加偏航角度70
°
的方向偏航，此时偏航路径最短，可以尽快降低风轮转速。
43.进一步的，若发生风速计故障而无法得到当前的风向数据，且当前的扭缆位置增加或减小偏航角度后均不超过偏航扭缆的最大值，则选择系统默认的偏航侧风方向，例如系统默认的偏航侧风为顺时针方向偏航(从风电机组俯视方向观察)。
44.由此可见，在偏航侧风功能的执行过程中，本发明考虑了偏航扭缆位置、实时风向、风速仪状态等方面的影响因素，保证机组按照最小偏航角度完成偏航侧风，以最快时间降低风轮转速。
45.进一步的，在执行偏航侧风的过程中，持续监测风轮转速及叶片位置，若风轮转速小于安全值且叶片已达到停机位置，表示超速风险已解除，因此可以停止偏航侧风，否则，则需要继续偏航侧风至设定的初始值。
46.进一步的，在偏航侧风到设定的初始值之后，还可以根据机组的状态，选择继续保持偏航侧风状态或取消偏航侧风状态，例如，当偏航到位后，风轮转速仍未降到安全值以下，或者叶片没有达到停机位置，即机组超速的风险还没有解除，则需要继续保持偏航侧风状态，等待风轮转速降低到安全值以下以及叶片达到停机位置，如果判定机组没有超速风险后，可以取消偏航侧风状态。
47.综上所述，本发明实施例提供的风电机组防超速方法，在机组存在叶片卡桨和/或停机超时故障的情况下，执行偏航侧风功能，并按照最短偏航路径进行偏航侧风，保证了在停机故障发生的第一时间内，启动偏航侧风功能，以最快速度降低风轮和风电机组转速，保证机组的安全性。并且，本发明在不增加硬件成本的情况下，增加了一套风电机组超速保护屏障，能够在紧急时刻保证机组安全。
48.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种风电机组防超速系统。图2揭示了本发明一个实施例的风电机组防超速系统的示意性框图。如图2所示，风电机组防超速系统可以包括一个或多个处理器201，用于实现上面任一实施例所述的风电机组防超速方法。在一些实施例中，风电机组防超速系统可以包括计算机可读存储介质202，计算机可读存储介质202可以存储有可被处理器201调用的程序，可以包括非易失性存储介质。在一些实施例中，风电机组防超速系统可以包括内存203和接口204。在一些实施例中，本发明实施例的风电机组防超速系统还可以根据实际应用包括其他硬件。
49.本发明实施例的风电机组防超速系统具有与上文所述的风电机组防超速方法相类似的有益效果，故，在此不再赘述。
50.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上面任一实施例所述的风电机组防超速方法。
51.本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有程序代码的存储介质上实施的计算机程序产品的形式。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机可读存储介质的例子包括但不限于：相变存储器/阻变存储器/磁存储器/铁电存储器(pram/rram/mram/feram)等新型存储器、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
52.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。