風力發(fā)電機組低溫空載運行加熱控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及風力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于風力發(fā)電機組在低溫空載運行條件下的加熱控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的風資源基本都集中在北部地區(qū)(東北、華北、西北)，風資源季節(jié)性分布也很不平衡，基本都集中在秋季、冬季和春季。秋冬季節(jié)氣溫寒冷，齒輪箱長時間停機后齒輪箱油溫很低，潤滑油的粘稠性變大，重新啟動風機時難以達到啟動條件。同時，常規(guī)啟動風機易造成潤滑系統(tǒng)部件損壞，造成機組啟動困難或?qū)е鹿收稀Ｄ壳?，現(xiàn)有技術(shù)中的低溫啟動系統(tǒng)和方法都不能兼顧低溫啟動過程中油泵電機的安全性，同時保證低溫安全啟動所耗的時間最少。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，與本發(fā)明申請較為相近的主要有以下技術(shù)方案:
現(xiàn)有技術(shù)I為由國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司于2013年04月11日申請，并于2013年07月10日公開，公開號為CN103195652A的中國發(fā)明專利申請《一種風力發(fā)電機組低溫啟動控制方法》。該發(fā)明公開了一種風力發(fā)電機組低溫啟動控制方法，當風速達到切入風速后，機組由于齒輪箱油溫低或發(fā)電機繞組溫度低而不滿足啟動條件時，機組從待機模式進入冷啟動模式，齒輪箱加熱器及發(fā)電機加熱器開啟，同時風機槳葉打開一定角度，使風輪以某一速度空轉(zhuǎn)(不發(fā)電)，利用機組的旋轉(zhuǎn)攪動齒輪箱的潤滑油和潤滑脂，加快潤滑油、潤滑脂的升溫，還可利用潤滑油泵加快潤滑油的循環(huán)，加快潤滑油加熱，冷啟動模式可以根據(jù)機組及外部條件自動進入運行模式、停機模式或待機模式。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)2為由陳景新于2011年12月發(fā)表在《能源工程》2011年第6期36至39頁的論文《風電主齒箱系統(tǒng)低溫待機方案的研究》。該論文對風機齒輪箱系統(tǒng)待機時齒輪箱的加熱及散熱過程進行了計算，對循環(huán)周期內(nèi)各時段潤滑油的溫度進行推算，并對風機待機下齒輪箱的加熱及電動泵的啟動作了一定的分析，提出了在風機待機時更改電動泵的啟動周期來維持電動泵的正常工作。
[0005]但是無論是現(xiàn)有技術(shù)1，還是現(xiàn)有技術(shù)2都未充分考慮風機齒輪箱潤滑油在低溫粘稠時如何實現(xiàn)電動泵啟動準確控制的技術(shù)問題，不合理的啟動電動泵會造成泵的損壞。電動泵電機在過載時會產(chǎn)生較大電流，而在正常情況下電動泵是否過載的原因主要包括:潤滑油的粘稠度及油路冷卻結(jié)構(gòu)情況。根據(jù)粘稠度的定義(液體內(nèi)部運動所受到的阻力)可以分析出，潤滑油溫高低、潤滑油類型都對粘稠度的大小有直接影響，油路冷卻結(jié)構(gòu)對潤滑油在運動過程中受到阻力也有直接影響。現(xiàn)有技術(shù)I中只提到了齒輪箱油溫達到o°c時，啟動潤滑油泵，不能準確判斷0°c啟動電動泵是否會過載，以及能否在o°c以下安全啟動電機，從而縮短啟動時間。同時，現(xiàn)有技術(shù)在風機進入低溫啟動前未考慮風機能否安全進入該狀態(tài)?，F(xiàn)有技術(shù)I中提到了風機低溫時啟動變槳，使風機空轉(zhuǎn)，但此時如果風機還存在啟動故障，空轉(zhuǎn)可能使風機導致嚴重問題，如在空轉(zhuǎn)時變槳電池故障，若發(fā)生風機斷電，風機會存在不能停機的風險.而對于現(xiàn)有技術(shù)2，同樣利用油溫來控制電動泵的運行，其只考慮了風機待機時(即不斷電時)風機電動泵的控制，也同樣存在與現(xiàn)有技術(shù)I的技術(shù)問題。
[0006]因此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上技術(shù)問題，需要對高寒地區(qū)齒輪箱潤滑系統(tǒng)低溫啟動控制系統(tǒng)及控制方法進行改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種風力發(fā)電機組低溫空載運行加熱控制系統(tǒng)及方法，確保風機低溫啟動過程的安全運行，保證風機齒輪箱潤滑電動泵不受損壞，加快風機在低溫情況下的啟動過程，降低工作人員的勞動強度，提高風機發(fā)電量。
[0008]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種風力發(fā)電機組低溫空載運行加熱控制系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)方案，風力發(fā)電機組低溫空載運行加熱控制系統(tǒng)，包括:控制系統(tǒng)、電動泵和加熱系統(tǒng)。當齒輪箱的油溫低于一定值，齒輪箱潤滑系統(tǒng)進入低溫啟動狀態(tài)后，所述控制系統(tǒng)控制槳葉變槳至一定角度，維持齒輪箱空載旋轉(zhuǎn)以攪拌潤滑油，并使得齒輪箱的油溫均勻升高，直到齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在設(shè)定值時，所述控制系統(tǒng)開啟所述加熱系統(tǒng)對所述齒輪箱進行加熱。當齒輪箱的油溫達到最低啟機油溫后，所述控制系統(tǒng)預(yù)啟動所述電動泵至低速狀態(tài)，并對所述電動泵的負載電流進行監(jiān)測，當所述電動泵的負載電流不能滿足齒輪箱潤滑系統(tǒng)的啟動條件時，風電機組繼續(xù)空載旋轉(zhuǎn)并保持對齒輪箱進行加熱，此后所述控制系統(tǒng)每隔一定時間預(yù)啟動一次所述電動泵。當所述電動泵的負載電流滿足齒輪箱潤滑系統(tǒng)的啟動條件時，所述電動泵停止工作，齒輪箱潤滑系統(tǒng)退出低溫啟動狀態(tài)并正常啟動，風電機組正常運行。
[0009]優(yōu)選的，所述風電機組正常運行時，當條件滿足齒輪箱的油壓達到一定值，需要啟動電動泵至高速狀態(tài)時，所述控制系統(tǒng)對所述電動泵的負載電流進行監(jiān)測，當負載電流小于過載電流時，所述電動泵正常啟動至高速狀態(tài)，否則電動泵持續(xù)運行在低速狀態(tài)直到滿足聞速狀態(tài)的運彳丁條件。
[0010]優(yōu)選的，當所述齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在不低于300rpm的設(shè)定值時，所述控制系統(tǒng)開啟所述加熱系統(tǒng)對所述齒輪箱的潤滑油和所述電動泵的進油口進行加熱，并對所述加熱系統(tǒng)的加熱時間進行定時；如果設(shè)定的加熱時間到達，所述風電機組仍然處于齒輪箱的油溫過低故障中，則風電機組低溫啟動失效。
[0011]優(yōu)選的，當所述齒輪箱的油溫到達-5°c，且加熱系統(tǒng)的加熱時間在設(shè)定的時間范圍內(nèi)，所述控制系統(tǒng)在設(shè)定的時間內(nèi)預(yù)啟動所述電動泵至低速狀態(tài)，對所述電動泵的負載電流進行監(jiān)測，并在此后每隔8?12分鐘預(yù)啟動一次所述電動泵。
[0012]優(yōu)選的，當風電機組停機后，所述風電機組在自檢狀態(tài)下對風機狀態(tài)、故障信息，以及齒輪箱的油溫進行判斷，當風電機組除了齒輪箱的油溫低于一定閾值外，滿足正常啟機的其他條件時，所述風電機組進入齒輪箱潤滑系統(tǒng)低溫啟動狀態(tài)，所述控制系統(tǒng)通過PID變槳閉環(huán)控制使所述齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在設(shè)定值。所述齒輪箱進一步包括機械泵，齒輪箱工作帶動機械泵運行，所述機械泵輔助所述齒輪箱攪拌潤滑油；如果所述風電機組在齒輪箱潤滑系統(tǒng)低溫啟動過程中發(fā)生故障，則風電機組進入故障停機狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明還另外具體提供了一種風力發(fā)電機組低溫空載運行加熱控制方法的技術(shù)實現(xiàn)方案，風力發(fā)電機組低溫空載運行加熱控制方法，包括以下步驟:
SlOl:當齒輪箱的油溫低于一定值，齒輪箱潤滑系統(tǒng)進入低溫啟動狀態(tài)后，風電機組的槳葉變槳至一定角度，維持齒輪箱空載旋轉(zhuǎn)以攪拌潤滑油，并使得齒輪箱的油溫均勻升聞;
S102:當所述齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在設(shè)定值時，加熱系統(tǒng)對所述齒輪箱進行加執(zhí).S103:當齒輪箱的油溫達到最低啟機油溫后，預(yù)啟動電動泵至低速狀態(tài)，并對所述電動泵的負載電流進行監(jiān)測，當所述電動泵的負載電流不能滿足齒輪箱潤滑系統(tǒng)的啟動條件時，風電機組繼續(xù)空載旋轉(zhuǎn)并保持對齒輪箱進行加熱，此后所述電動泵每隔一定時間預(yù)啟動一次；
S104:當所述電動泵的負載電流滿足齒輪箱潤滑系統(tǒng)的啟動條件時，所述電動泵停止工作，齒輪箱潤滑系統(tǒng)退出低溫啟動狀態(tài)并正常啟動，風電機組正常運行。
[0014]優(yōu)選的，所述控制方法還包括步驟S105，該步驟進一步包括以下過程:
在所述風電機組正常運行時，當條件滿足齒輪箱的油壓達到一定值，需要啟動電動泵于高速狀態(tài)時，對所述電動泵的負載電流進行監(jiān)測，當負載電流小于過載電流時，所述電動泵正常啟動至高速狀態(tài)，否則電動泵持續(xù)運行在低速狀態(tài)直到滿足高速狀態(tài)的運行條件。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟S102進一步包括以下過程:
通過PID變槳閉環(huán)控制使所述齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在設(shè)定值，同時機械泵輔助所述齒輪箱攪拌潤滑油。當所述齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在不低于300rpm的設(shè)定值時，所述加熱系統(tǒng)對所述齒輪箱的潤滑油和所述電動泵的進油口進行加熱，并對所述加熱系統(tǒng)的加熱時間進行定時。如果定時的加熱時間到達，所述風電機組仍然處于齒輪箱的油溫過低故障中，則風電機組低溫啟動失效。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟S103進一步包括以下過程:
當所述齒輪箱的油溫到達_5°C，且加熱系統(tǒng)的加熱時間在設(shè)定的時間范圍內(nèi)，所述電動泵在設(shè)定的時間內(nèi)預(yù)啟動至低速