一種風力發電機組變槳自保護系統及方法
2023-07-18 02:43:41
一種風力發電機組變槳自保護系統及方法
【專利摘要】一種風力發電機組變槳自保護系統及方法包括：帶破冰邏輯的主控PLC、帶破冰預測算法的變槳變頻器、變流器、帶動葉片轉動的電機；所述的帶破冰邏輯的主控PLC與帶破冰預測算法的變槳變頻器的輸入端連接，帶破冰預測算法的變槳變頻器的輸出端與帶動葉片轉動的電機連接，所述的變流器與帶破冰預測算法的變槳變頻器連接。根據葉片結冰預測算法，當葉片結冰厚度達到了自動除冰的範圍，或者自動除冰周期時間到來時，系統進入主動除冰步驟；應用此種系統及方法提高了風力發電機組的載荷和出力，延長了葉片使用壽命。
【專利說明】—種風力發電機組變槳自保護系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自保護系統，尤其涉及一種風力發電機組變槳自保護系統及方法。
【背景技術】
[0002]隨著二氧化碳排放、酸雨、能源短缺等問題的日益加劇，風能作為一種乾淨的可再生能源，不存在常規能源無法避免的環境汙染問題，其已被世界各國所普遍關注與優先發展。我國具有廣闊的草原和漫長的海岸線，風能資源儲備非常豐富。然而豐富的風資源基本分布在冰天雪地的北方以及溼氣非常大的沿海地帶，環境極其惡劣，風力發電風機組在攝氏零度以及零度以下低溫條件下運行時，如果遇到潮溼空氣、雨水、鹽霧、冰雪，特別是遇到過冷卻水滴時，就會發生凍冰現象。風力發電風機組葉片覆冰後，會產生以下的危害:
[0003](I)葉片覆冰後就會產生較大的冰載，影響葉片的壽命，而且加載在每片葉片上的冰載不盡相同，使得機組的不平衡載荷增大，若繼續運行，對機組產生非常大的危害，若停機，長年處於低溫地區的機組利用率大大降低；
[0004](2)葉片覆冰後，由於葉片每個截面覆冰厚度不一，使得葉片原有的翼型改變，大大影響風電機組的載荷和出力，使得風機的發電效率大打折扣；
[0005](3)葉片表面覆冰後，隨著溫度升高，冰塊就會脫落，會對機組和現場人員造成很大的安全隱患。
[0006]目前風電行業使用最多的方法就是利用人工擊碎覆冰，採用人工除冰，具有周期長、受環境影響大、費用高等缺點。
【發明內容】
[0007]為了解決人工除冰周期長、費用高等缺點，本發明提供了一種風力發電機組變槳自保護系統及方法，利用機械方法把冰破碎，然後利用離心力、振動把冰除去。
[0008]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0009]一種風力發電機組變槳自保護系統:包括:帶破冰邏輯的主控PLC、帶破冰預測算法的變槳變頻器、變流器、帶動葉片轉動的電機；所述的帶破冰邏輯的主控PLC與帶破冰預測算法的變槳變頻器的輸入端連接，帶破冰預測算法的變槳變頻器的輸出端與帶動葉片轉動的電機連接，所述的變流器與帶破冰預測算法的變槳變頻器連接。
[0010]一種風力發電機組變槳自保護方法，是在上述的系統中實施，所述的方法具體為:
[0011]當發現葉片結冰厚度達到了需自動除冰的範圍，或者自動除冰周期時間到來時，系統進入主動除冰步驟；
[0012]所述的主動除冰步驟包括:
[0013](I)風機中的變流器檢測風機是否處於發電運行狀態，如果此時風機處於低風停機狀態，則通過帶破冰預測算法的變槳變頻器使帶動葉片轉動的電機加速至允許的空轉轉速；
[0014](2)若風機中的變流器檢測風機處於工作狀態，則通過帶破冰預測算法的變槳變頻器控制帶動葉片轉動的電機進入緊急順槳狀態，帶破冰邏輯的主控PLC通過控制帶破冰預測算法的變槳變頻器來記錄順槳過程中機艙的振動值；
[0015](3)順槳完成後，若記錄的振動值小於規定的臨界值，則認為此次順槳除冰無效，重複(I) (2)過程，如果重複三次後仍小於規定的臨界值，則觸發警告，直接進入主動撞塊環節;
[0016]所述的主動撞塊環節具體包括:
[0017]帶破冰邏輯的主控PLC通過控制帶破冰預測算法的變槳變頻器將帶動葉片轉動的電機切換至速度控制模式，以遞增速度變槳；
[0018]當葉片移動角度大於6度後，帶破冰邏輯的主控PLC通過控制帶破冰預測算法的變槳變頻器控制帶動葉片轉動的電機以0.3deg/s速度撞擊撞塊，當葉片轉速小於
0.05deg/s且轉矩大於50Nm持續3s時，認為葉片已經到達撞塊停止位置，停止變槳；
[0019](4)清除相關數據和解除警告，結束除冰。
[0020]所述的發現葉片結冰厚度達到了需自動除冰的範圍，或者自動除冰周期時間到來，是根據本領域普通技術人員公知方式獲知的，但根據【具體實施方式】中所述的變槳安全性的預測算法可達到更好的預測效果。
[0021]本發明的有益效果在於:一種風力發電機組變槳自保護系統及方法，風機進行緊急順槳時葉輪轉速會急速降低，使葉片上的結冰在慣性下脫落，此外，由於緊急順槳使風機載荷突變，機組產生振動，也有利於葉片除冰；應用此種系統及方法提高了風力發電機組的載荷和出力，延長了葉片使用壽命，保證了機組和現場人員造的安全；本發明還具有除冰周期短，費用低等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]本發明共有附圖5幅。
[0023]圖1為本發明的控制邏輯圖；
[0024]圖2為一種風力發電機組變槳自保護系統圖；
[0025]圖3為【具體實施方式】中的BP三層神經網絡拓撲圖；
[0026]圖4為【具體實施方式】中的BP三層神經網絡工作流程圖；
[0027]圖5為【具體實施方式】中變槳自保護系統控制邏輯圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合本實施例對本發明進一步說明，一種風力發電機組變槳自保護系統及方法:
[0029]一種風力發電機組變槳自保護系統:包括:帶破冰邏輯的主控PLC、帶破冰預測算法的變槳變頻器、變流器、帶動葉片轉動的電機；所述的帶破冰邏輯的主控PLC與帶破冰預測算法的變槳變頻器的輸入端連接，帶破冰預測算法的變槳變頻器的輸出端與帶動葉片轉動的電機連接，所述的變流器與帶破冰預測算法的變槳變頻器連接。
[0030]一種風力發電機組變槳自保護方法，是在上述的系統中實施，所述的方法具體為:
[0031]根據變槳安全性的預測算法，當發現葉片結冰厚度達到了需自動除冰的範圍，或者自動除冰周期時間到來時，系統進入主動除冰步驟；
[0032]所述的主動除冰步驟包括:
[0033](I)風機中的變流器檢測風機是否處於發電運行狀態，如果此時風機處於低風停機狀態，則通過帶破冰預測算法的變槳變頻器使帶動葉片轉動的電機加速至允許的空轉轉速；
[0034](2)若風機中的變流器檢測風機處於工作狀態，則通過帶破冰預測算法的變槳變頻器控制帶動葉片轉動的電機進入緊急順槳狀態，帶破冰邏輯的主控PLC通過控制帶破冰預測算法的變槳變頻器來記錄順槳過程中機艙的振動值；
[0035](3)順槳完成後，若記錄的振動值小於規定的臨界值，則認為此次順槳除冰無效，重複(I) (2)過程，如果重複三次後仍小於規定的臨界值，則觸發警告，直接進入主動撞塊環節;
[0036]所述的主動撞塊環節具體包括:
[0037]帶破冰邏輯的主控PLC通過控制帶破冰預測算法的變槳變頻器將帶動葉片轉動的電機切換至速度控制模式，以遞增速度變槳；
[0038]當葉片移動角度大於6度後，帶破冰邏輯的主控PLC通過控制帶破冰預測算法的變槳變頻器控制帶動葉片轉動的電機以0.3deg/s速度撞擊撞塊，當葉片轉速小於
0.05deg/s且轉矩大於50Nm持續3s時，認為葉片已經到達撞塊停止位置，停止變槳；
[0039](4)清除相關數據和解除警告，結束除冰。
[0040]所述的變槳安全性的預測算法，採用BP三層神經網絡對葉片附冰的可能性進行預測，所述的BP三層神經網絡包括輸入層、隱層和輸出層；輸入層包括8個輸入節點，分別為:風速X1、空氣溫度x2、空氣溼度x3、變槳角度x4、葉輪轉速x5、葉片的空間位置x6、風機振動數值x7、葉片材質係數x8 ;隱層包括有3個節點zl-z3 ;輸出層包括I個輸出節點:結冰速度V ;輸入節點，隱層節點和輸出節點的函數關係如下:
[0041]
【權利要求】
1.一種風力發電機組變槳自保護系統:其特徵在於包括:帶破冰邏輯的主控PLC、帶破冰預測算法的變槳變頻器、變流器、帶動葉片轉動的電機；所述的帶破冰邏輯的主控PLC與帶破冰預測算法的變槳變頻器的輸入端連接，帶破冰預測算法的變槳變頻器的輸出端與帶動葉片轉動的電機連接，所述的變流器與帶破冰預測算法的變槳變頻器連接。
2.一種風力發電機組變槳自保護方法，其特徵在於:是在權I所述系統中實施，所述的方法具體為: 當發現葉片結冰厚度達到了需自動除冰的範圍，或者自動除冰周期時間到來時，系統進入主動除冰步驟； 所述的主動除冰步驟包括: (1)風機中的變流器檢測風機是否處於發電運行狀態，如果此時風機處於低風停機狀態，則通過帶破冰預測算法的變槳變頻器使帶動葉片轉動的電機加速至允許的空轉轉速； (2)若風機中的變流器檢測風機處於工作狀態，則通過帶破冰預測算法的變槳變頻器控制帶動葉片轉動的電機進入緊急順槳狀態，帶破冰邏輯的主控PLC通過控制帶破冰預測算法的變槳變頻器來記錄順槳過程中機艙的振動值； (3)順槳完成後，若記錄的振動值小於規定的臨界值，則認為此次順槳除冰無效，重複(I)(2)過程，如果重複三次後仍小於規定的臨界值，則觸發警告，直接進入主動撞塊環節； 所述的主動撞塊環節具體包括: 帶破冰邏輯的主控PLC通過控制帶破冰預測算法的變槳變頻器將帶動葉片轉動的電機切換至速度控制模式，以遞增速度變槳； 當葉片移動角度大於6度後，帶破冰邏輯的主控PLC通過控制帶破冰預測算法的變槳變頻器控制帶動葉片轉動的電機以0.3deg/s速度撞擊撞塊，當葉片轉速小於0.05deg/s且轉矩大於50Nm持續3s時，認為葉片已經到達撞塊停止位置，停止變槳； (4)清除相關數據和解除警告，結束除冰。
【文檔編號】F03D7/00GK103590972SQ201310602378
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月23日 優先權日:2013年11月23日
【發明者】馬靖聰, 嚴嵐, 矯斌, 張紅軍 申請人:大連尚能科技發展有限公司