一種偏航控制方法與偏航控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種偏航控制方法與偏航控制系統(tǒng),控制方法包括:監(jiān)測(cè)風(fēng)速與風(fēng)向,計(jì)算產(chǎn)生風(fēng)向偏差值;將偏航角度劃分為至少兩個(gè)不同的狀態(tài)區(qū)間,將該風(fēng)向偏差值與偏航角度進(jìn)行比較,以確定該風(fēng)向偏差值所處的狀態(tài)區(qū)間,在不同狀態(tài)區(qū)間,執(zhí)行不同的控制策略,從而使風(fēng)機(jī)能夠減少解纜頻率,及時(shí)獲取風(fēng)能,從而提高了風(fēng)能利用效率,提升了發(fā)電量,優(yōu)化偏航控制方法使風(fēng)機(jī)及時(shí)捕獲風(fēng)能以提高風(fēng)機(jī)發(fā)電效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種偏航控制方法與偏航控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種偏航控制方法與偏航控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的不斷提升,我國(guó)風(fēng)電技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。伴隨著風(fēng)電行業(yè)內(nèi)日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng),不僅風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單位千瓦的成本持續(xù)走低,同時(shí)風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)水平也在不斷提高。例如風(fēng)電機(jī)組為了盡可能的利用風(fēng)能而同時(shí)不影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的前提下,通過(guò)感知并預(yù)測(cè)將要吹到風(fēng)輪的風(fēng)速變化,提前偏航,從而提高發(fā)電效率,降低機(jī)組的受力沖擊。
[0003]目前的偏航控制系統(tǒng),一般包括測(cè)風(fēng)裝置、主控制器、偏航驅(qū)動(dòng)器、偏航電機(jī)以及機(jī)艙位置控制設(shè)備。主控制器通過(guò)CAN通訊與偏航驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行連接,偏航驅(qū)動(dòng)器通過(guò)獲取機(jī)艙位置控制設(shè)備的極限保護(hù)信號(hào)、偏航電機(jī)的剎車(chē)信號(hào)以及電機(jī)繞組溫度信息等進(jìn)而控制偏航電機(jī)的啟/停;該偏航控制系統(tǒng),由于偏航驅(qū)動(dòng)器價(jià)格昂貴,因而整體成本較高。另外由于主控制器與偏航驅(qū)動(dòng)器通過(guò)CAN通訊連接,也增加了系統(tǒng)的故障點(diǎn)。而且,隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)提高風(fēng)能捕獲能力、提升風(fēng)機(jī)發(fā)電效率以及減少機(jī)組受力沖擊等方面越來(lái)越得到重視。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種偏航控制方法和控制系統(tǒng),用以?xún)?yōu)化偏航控制方法使風(fēng)機(jī)及時(shí)捕獲風(fēng)能以提聞風(fēng)機(jī)發(fā)電效率,并且進(jìn)一步解決目如系統(tǒng)所存在成本較聞的缺點(diǎn)的問(wèn)題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的方案包括:
[0006]一種偏航控制方法,步驟如下:
[0007]I)監(jiān)測(cè)風(fēng)速與風(fēng)向,計(jì)算產(chǎn)生風(fēng)向偏差值;
[0008]2)將偏航角度劃分為至少兩個(gè)不同的狀態(tài)區(qū)間,將該風(fēng)向偏差值與偏航
[0009]角度進(jìn)行比較,以確定該風(fēng)向偏差值所處的狀態(tài)區(qū)間,在不同狀態(tài)區(qū)間,
[0010]執(zhí)行不同的控制策略。
[0011]以設(shè)定的偏航角度值A(chǔ)l、A2、A3、A4、A5、A6對(duì)應(yīng)劃分出六個(gè)狀態(tài)區(qū)間S1、S2、S3、S4、S5、S6。
[0012]風(fēng)向偏差值<偏航角度Al時(shí),該偏差值處于SI區(qū)間,當(dāng)Al <風(fēng)向偏差值<A2時(shí),該偏差值處于S2區(qū)間,當(dāng)A2 <風(fēng)向偏差值< A3時(shí),該偏差值處于S3區(qū)間,當(dāng)A3 <風(fēng)向偏差值< A4時(shí),該偏差值處于S4區(qū)間,當(dāng)A4 <風(fēng)向偏差值< A5時(shí),該偏差值處于S5區(qū)間,當(dāng)A5 <風(fēng)向偏差值< A6時(shí),該偏差值處于S6區(qū)間。
[0013]在第I區(qū)間內(nèi),風(fēng)機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下不進(jìn)行任何偏航;在第2區(qū)間內(nèi),風(fēng)機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下,需依據(jù)偏航歷史情況來(lái)決定是否偏航在第3區(qū)間內(nèi),在自動(dòng)運(yùn)行模式下,風(fēng)機(jī)立即偏航;在第4、5和6區(qū)間內(nèi),若風(fēng)機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下,則風(fēng)機(jī)首先停止運(yùn)行,然后再偏航。
[0014]所述風(fēng)向偏差值獲取方式為:通過(guò)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)獲取風(fēng)速、風(fēng)向的瞬時(shí)值,并對(duì)該風(fēng)速瞬時(shí)值進(jìn)行一分鐘的滑動(dòng)均值濾波,然后對(duì)該均值濾波值進(jìn)行補(bǔ)償;對(duì)風(fēng)向瞬時(shí)值進(jìn)行一階濾波后,再進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償;并且對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向進(jìn)行不同時(shí)間周期的一階濾波處理。
[0015]偏航控制系統(tǒng),包括:測(cè)風(fēng)系統(tǒng),用于實(shí)時(shí)獲取風(fēng)速和風(fēng)向,并根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速的大小來(lái)計(jì)算風(fēng)向偏差值以調(diào)整偏航的目標(biāo)值;控制系統(tǒng),可根據(jù)當(dāng)前風(fēng)機(jī)偏航的目標(biāo)值和機(jī)艙的實(shí)際位置以及安全信號(hào)來(lái)控制偏航軟啟動(dòng)器啟/停偏航電機(jī);偏航軟啟動(dòng)器,用于執(zhí)行所述偏航控制方法,驅(qū)動(dòng)控制偏航電機(jī);偏航電機(jī),偏航系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu);機(jī)艙位置控制器,用于檢測(cè)當(dāng)前機(jī)艙的實(shí)際位置以及保護(hù)風(fēng)機(jī)功率電纜。
[0016]測(cè)風(fēng)系統(tǒng)位于風(fēng)機(jī)機(jī)艙尾部,其冗余配置。
[0017]控制系統(tǒng)為PLC控制器,用于控制接觸器,使偏航軟起動(dòng)器啟動(dòng)/停止偏航電機(jī)。
[0018]本發(fā)明的控制方法提供了一種新的思路,將偏航角度劃分為至少兩個(gè)不同的狀態(tài)區(qū)間,將該風(fēng)向偏差值與偏航角度進(jìn)行比較,以確定該風(fēng)向偏差值所處的狀態(tài)區(qū)間,在不同狀態(tài)區(qū)間,執(zhí)行不同的控制策略,使風(fēng)機(jī)能夠減少解纜頻率,及時(shí)獲取風(fēng)能,從而提高了風(fēng)能利用效率,提升了發(fā)電量,優(yōu)化偏航控制方法使風(fēng)機(jī)及時(shí)捕獲風(fēng)能以提高風(fēng)機(jī)發(fā)電效率。
[0019]另外,本發(fā)明采用偏航軟啟動(dòng)器,控制器通過(guò)相應(yīng)的控制方法控制接觸器,使偏航軟起動(dòng)器啟動(dòng)/停止偏航電機(jī),降低了偏航系統(tǒng)的成本。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航控制系統(tǒng)示意圖;
[0021]圖2是風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航控制方法狀態(tài)分區(qū)示意圖;
[0022]圖3是狀態(tài)區(qū)間的具體閾值示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0024]控制系統(tǒng)實(shí)施例
[0025]如圖1所示:風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航控制系統(tǒng)經(jīng)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)獲取風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)后,通過(guò)RS485通訊傳輸給PLC主控制器。PLC控制器依據(jù)風(fēng)速的大小對(duì)風(fēng)向分配相應(yīng)的權(quán)重系數(shù),然后與位置控制設(shè)備編碼器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行偏差計(jì)算,該偏差值即為偏航的目標(biāo)值,然后依據(jù)該目標(biāo)值啟動(dòng)軟啟動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)偏航電機(jī)使風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)。
[0026]具體的,控制器通過(guò)相應(yīng)的控制方法控制接觸器,使其偏航軟起動(dòng)器啟動(dòng)/停止偏航電機(jī)。位置控制設(shè)備具有扭纜極限保護(hù)功能,一旦該極限保護(hù)被激活,則偏航系統(tǒng)斷開(kāi)安全鏈,并將該安全鏈信號(hào)反饋到PLC控制器,PLC控制器封鎖所有軟件啟動(dòng)偏航的命令,此時(shí)通過(guò)PLC控制器軟件輸出已無(wú)法實(shí)現(xiàn)偏航。
[0027]手動(dòng)偏航功能在風(fēng)機(jī)急停按鈕未激活的情況下,可以順時(shí)針或逆時(shí)針偏航。但偏航扭纜極限保護(hù)激活時(shí),需互鎖觸發(fā)該極限保護(hù)開(kāi)關(guān)的偏航方向,只能往解纜方向進(jìn)行手動(dòng)偏航,以確保風(fēng)機(jī)功率電纜不被扭斷。在手動(dòng)偏航時(shí),通過(guò)接觸器而不是PLC軟件的方式控制軟啟動(dòng)器啟動(dòng)/停止偏航電機(jī)。
[0028]此外,PLC控制器對(duì)偏航潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行管理。
[0029]控制方法實(shí)施例
[0030]偏航控制方法的基本方案為:
[0031]I)監(jiān)測(cè)風(fēng)速與風(fēng)向,計(jì)算產(chǎn)生風(fēng)向偏差值;
[0032]2)將偏航角度劃分為至少兩個(gè)不同的狀態(tài)區(qū)間,將該風(fēng)向偏差值與偏航角度進(jìn)行比較,以確定該風(fēng)向偏差值所處的狀態(tài)區(qū)間,在不同狀態(tài)區(qū)間,執(zhí)行不同的控制策略。
[0033]通過(guò)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)獲取風(fēng)速、風(fēng)向的瞬時(shí)值,并對(duì)該風(fēng)速瞬時(shí)值進(jìn)行I分鐘的滑動(dòng)均值濾波,然后對(duì)該均值濾波值進(jìn)行補(bǔ)償;對(duì)風(fēng)向瞬時(shí)值進(jìn)行一階濾波后,再進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償。另外還需對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向進(jìn)行不同時(shí)間周期的一階濾波處理。
[0034]具體的,圖2給出了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航控制方法狀態(tài)分區(qū)示意圖。將風(fēng)機(jī)偏航角度分為六個(gè)不同的區(qū)間,在每個(gè)區(qū)間內(nèi)風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)做出不同的響應(yīng)。在第I區(qū)間內(nèi),風(fēng)機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下不進(jìn)行任何偏航;在第2區(qū)間內(nèi),風(fēng)機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下,需依據(jù)偏航歷史情況來(lái)決定是否偏航。例如,當(dāng)偏航角度處于該區(qū)間,若風(fēng)機(jī)上次偏航剛結(jié)束,則本次不進(jìn)行偏航;在第3區(qū)間內(nèi),在自動(dòng)運(yùn)行模式下,風(fēng)機(jī)立即偏航;在第4、5和6區(qū)間內(nèi),若風(fēng)機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下,則風(fēng)機(jī)首先停止運(yùn)行,然后再偏航。
[0035]其中,5和6區(qū)間,當(dāng)偏航角度處于該區(qū)間時(shí),控制器監(jiān)測(cè)到風(fēng)機(jī)功率電纜已旋轉(zhuǎn)超過(guò)半圈(180° )以上時(shí),為了減少風(fēng)機(jī)解纜頻率,有可能采取不是最短偏航距離的方向進(jìn)行偏航。
[0036]具體來(lái)說(shuō),當(dāng)考慮風(fēng)速大小對(duì)風(fēng)向數(shù)據(jù)的影響進(jìn)而對(duì)風(fēng)向補(bǔ)償處理后,該風(fēng)向偏差值<偏航角度Al時(shí),該偏差值處于SI區(qū)間,在該區(qū)間內(nèi),風(fēng)機(jī)無(wú)需進(jìn)行偏航;當(dāng)八1 <風(fēng)向偏差值< A2時(shí),該偏差值處于S2區(qū)間,在該區(qū)間內(nèi),風(fēng)機(jī)是否偏航取決于在一段時(shí)間內(nèi)是否已有偏航動(dòng)作。若在該段持續(xù)時(shí)間內(nèi),風(fēng)機(jī)沒(méi)有偏航動(dòng)作,則風(fēng)機(jī)立即啟動(dòng)偏航,否則風(fēng)機(jī)延時(shí)偏航;當(dāng)A2 <風(fēng)向偏差值< A3時(shí),該偏差值處于S3區(qū)間,在該區(qū)間內(nèi)風(fēng)機(jī)立即啟動(dòng)偏航;當(dāng)A3 <風(fēng)向偏差值< A4時(shí),該偏差值處于S4區(qū)間,在該區(qū)間內(nèi),若風(fēng)機(jī)在發(fā)電運(yùn)行狀態(tài),需停止發(fā)電,然后進(jìn)行偏航;當(dāng)A4〈風(fēng)向偏差值< A5時(shí),該偏差值處于S5區(qū)間,在該區(qū)間內(nèi),風(fēng)機(jī)若處于發(fā)電狀態(tài),則停止發(fā)電;當(dāng)機(jī)艙位置控制設(shè)備反饋的風(fēng)機(jī)功率電纜已扭纜多于半圈(180° )時(shí),風(fēng)機(jī)需往更多扭纜的反風(fēng)向進(jìn)行偏航,以減少觸發(fā)扭纜保護(hù)的頻率;當(dāng)A5 <風(fēng)向偏差值< A6時(shí),該偏差值處于S6區(qū)間,在該區(qū)間內(nèi),風(fēng)機(jī)偏航執(zhí)行過(guò)程與S5區(qū)間類(lèi)似,且當(dāng)風(fēng)機(jī)將觸發(fā)軟件設(shè)置的偏航扭纜保護(hù)時(shí),風(fēng)機(jī)偏航將向反方向進(jìn)行解纜約2/3圈,然后再依據(jù)相應(yīng)控制方法進(jìn)行偏航。
[0037]1、2、3、4、5、6區(qū)間分別對(duì)應(yīng)圖2中S1、S2、S3、S4、S5、S6。風(fēng)向偏差值<偏航角度Al時(shí),該偏差值處于SI區(qū)間,當(dāng)Al <風(fēng)向偏差值< A2時(shí),該偏差值處于S2區(qū)間,當(dāng)A2<風(fēng)向偏差值< A3時(shí),該偏差值處于S3區(qū)間,當(dāng)A3 <風(fēng)向偏差值< A4時(shí),該偏差值處于S4區(qū)間,當(dāng)A4 <風(fēng)向偏差值< A5時(shí),該偏差值處于S5區(qū)間,當(dāng)A5 <風(fēng)向偏差值< A6時(shí),該偏差值處于S6區(qū)間。如圖3給出了具體的區(qū)間劃分取值。
[0038]另外,若風(fēng)機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中,觸發(fā)了扭纜極限告警,風(fēng)機(jī)需向反方向進(jìn)行偏航解纜約2/3圈,然后再根據(jù)上述控制方法進(jìn)行偏航。
[0039]上述4142、4344、45、八6需根據(jù)具體的風(fēng)機(jī)類(lèi)型以及風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境來(lái)確定合適的設(shè)定值。
[0040]本風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航控制系統(tǒng)及控制方法,采用軟啟動(dòng)器替代偏航驅(qū)動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要部件,簡(jiǎn)化了偏航系統(tǒng)的調(diào)試工作,降低了成本;手動(dòng)操作偏航使能開(kāi)關(guān)以及左右偏航按鈕控制繼電器動(dòng)作進(jìn)而啟動(dòng)軟啟動(dòng)器的手動(dòng)偏航設(shè)計(jì)方案,提高了風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的安全性;本偏航系統(tǒng)的控制方法在于,減少風(fēng)機(jī)解纜頻率,及時(shí)獲取風(fēng)能,提高風(fēng)能利用效率和發(fā)電量。
[0041]以上給出了具體的實(shí)施方式,但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案,對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言,根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo),設(shè)計(jì)出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種偏航控制方法,其特征在于,步驟如下: 1)監(jiān)測(cè)風(fēng)速與風(fēng)向,計(jì)算產(chǎn)生風(fēng)向偏差值; 2)將偏航角度劃分為至少兩個(gè)不同的狀態(tài)區(qū)間,將該風(fēng)向偏差值與偏航角度進(jìn)行比較,以確定該風(fēng)向偏差值所處的狀態(tài)區(qū)間,在不同狀態(tài)區(qū)間,執(zhí)行不同的控制策略。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏航控制方法,其特征在于,以設(shè)定的偏航角度值A(chǔ)1、A2、A3、A4、A5、A6對(duì)應(yīng)劃分出六個(gè)狀態(tài)區(qū)間S1、S2、S3、S4、S5、S6。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏航控制方法,其特征在于,風(fēng)向偏差值<偏航角度Al時(shí),該偏差值處于SI區(qū)間,當(dāng)Al <風(fēng)向偏差值< A2時(shí),該偏差值處于S2區(qū)間,當(dāng)A2 <風(fēng)向偏差值<八3時(shí),該偏差值處于S3區(qū)間,當(dāng)A3 <風(fēng)向偏差值< A4時(shí),該偏差值處于S4區(qū)間,當(dāng)A4 <風(fēng)向偏差值< A5時(shí),該偏差值處于S5區(qū)間,當(dāng)A5 <風(fēng)向偏差值< A6時(shí),該偏差值處于S6區(qū)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏航控制方法,其特征在于,在第I區(qū)間內(nèi),風(fēng)機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下不進(jìn)行任何偏航;在第2區(qū)間內(nèi),風(fēng)機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下,需依據(jù)偏航歷史情況來(lái)決定是否偏航在第3區(qū)間內(nèi),在自動(dòng)運(yùn)行模式下,風(fēng)機(jī)立即偏航;在第4、5和6區(qū)間內(nèi),若風(fēng)機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下,則風(fēng)機(jī)首先停止運(yùn)行,然后再偏航。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏航控制方法,其特征在于,所述風(fēng)向偏差值獲取方式為:通過(guò)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)獲取風(fēng)速、風(fēng)向的瞬時(shí)值,并對(duì)該風(fēng)速瞬時(shí)值進(jìn)行一分鐘的滑動(dòng)均值濾波,然后對(duì)該均值濾波值進(jìn)行補(bǔ)償;對(duì)風(fēng)向瞬時(shí)值進(jìn)行一階濾波后,再進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償;并且對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向進(jìn)行不同時(shí)間周期的一階濾波處理。
6.采用如權(quán)利要求1所述偏航控制方法的偏航控制系統(tǒng),其特征在于,包括: 測(cè)風(fēng)系統(tǒng),用于實(shí)時(shí)獲取風(fēng)速和風(fēng)向,并根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速的大小來(lái)計(jì)算風(fēng)向偏差值以調(diào)整偏航的目標(biāo)值; 控制系統(tǒng),可根據(jù)當(dāng)前風(fēng)機(jī)偏航的目標(biāo)值和機(jī)艙的實(shí)際位置以及安全信號(hào)來(lái)控制偏航軟啟動(dòng)器啟/停偏航電機(jī); 偏航軟啟動(dòng)器,用于執(zhí)行所述偏航控制方法,驅(qū)動(dòng)控制偏航電機(jī); 偏航電機(jī),偏航系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu); 機(jī)艙位置控制器,用于檢測(cè)當(dāng)前機(jī)艙的實(shí)際位置以及保護(hù)風(fēng)機(jī)功率電纜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的偏航控制系統(tǒng),其特征在于,測(cè)風(fēng)系統(tǒng)位于風(fēng)機(jī)機(jī)艙尾部,其冗余配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的偏航控制系統(tǒng),其特征在于,控制系統(tǒng)為PLC控制器,用于控制接觸器,使偏航軟起動(dòng)器啟動(dòng)/停止偏航電機(jī)。
【文檔編號(hào)】F03D7/00GK104314754SQ201410413331
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】武愈振, 高亞春, 盧仁寶, 袁金庫(kù), 謝金娟, 王建偉, 王朝東, 李松博, 張朋朋, 石磊, 楊海峰, 劉志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 許繼集團(tuán)有限公司, 許昌許繼風(fēng)電科技有限公司