[發明專利]風力發電機組抗臺風控制方法及其硬件平臺

有效

• 申請號: 201310659483.1
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103644074A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 馮成;李海東;張雷;谷海濤;仲德雙;王洪斌;馬磊;武鑫;趙棟利;許洪華
• 申請（專利權）人: 北京科諾偉業科技股份有限公司;保定科諾偉業控制設備有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種風力發電機組的控制方法及其硬件平臺。

背景技術

隨著陸地風場資源的開發殆盡，兆瓦級風力發電機組開始安裝于沿海和海上，這些地區是臺風頻發區域。在臺風來臨時，高壓電網輸電會出現故障或人為斷電情況，從而導致風機停止在原來狀態無法偏航動作，使機組承受巨大的外力，對機組的機械結構強度是個極大的考驗。同時由于臺風的運行軌跡不規則，風速和風向會實時變化，所以需要風力發電機根據當前風速和風向實時跟蹤風向。

一部分風電機組在臺風到來之前人為停機，并為機組做相應的抗臺風維護，帶來了大量的人力維護成本；一部分風電機組則是以風電場為單位，設計大容量的后備電源，例如大容量高價格的鉛酸電池組、柴油發電機等。當電網斷電的時候，采用后備電源供電，保證風力發電機實時跟蹤風向的變化，保證風力發電機在安全的偏航位置。但由于整個風力發電場所有風力發電機同時偏航的用電量非常高，造成建設的投資成本過高，同時后備電源的維護成本也非常高，導致投資失效或回報率低等不良情況。

發明內容

本發明的目的是克服現有抗臺風方案的缺點，提出一種風力發電機組抗臺風的控制方法及其硬件平臺。

本發明的抗臺風控制方法根據風速和電網情況來定義控制系統一種新的工作模式：臺風模式；在臺風模式期間，通過控制UPS與直流蓄電池之間的連接關系，控制風力發電機組處于被動偏航狀態，即在臺風期間，風力發電機組根據風的吹動力和吹動方向自由偏轉，這期間控制器只通過所述的風速儀和風向標來采集風的信號，對機組的偏航并不進行控制，風力發電機組在臺風期間偏航，繼續工作，直到所述的直流蓄電池組的電壓達到電池的保護值后，UPS和直流蓄電池組在控制系統的控制下才停止供電。當臺風過去，電網重新供電，控制系統重新得電開機，風力發電機組重新開機運行。

應用本發明控制方法的硬件平臺包括在原有風力發電機組控制系統內增加的UPS供電電源、直流蓄電池組和控制接觸器。在設計UPS和直流蓄電池組容量時，以單臺機組為單元設置臺風期間的后備電源容量，同時考慮臺風的快速移動特性，限定單臺機組在臺風期間后備電源的運行時間，將臺風期間單臺機組后備電源的設計容量設計為能夠滿足臺風期間偏航能夠繼續工作n小時，這樣既保證機組的安全，又可以降低設計成本。n可以根據風力發電機組的需要設定，建議在2-6小時之間。

所述的硬件平臺包括八個組成部分：PLC控制單元，UPS供電電源，直流蓄電池組，偏航控制系統，控制繼電器，控制接觸器，風速儀和風向標；其中UPS供電電源、直流蓄電池組和控制接觸器是新增部件硬件。所述的PLC控制單元、風速儀、風向標和偏航控制系統均并聯連接到24V電源上；控制繼電器和控制接觸器并聯后，共同作為PLC控制單元的輸出；UPS供電電源的輸入側接入到230V電源上，UPS供電電源的輸出連接到控制接觸器主觸點的觸點1和觸點3，控制接觸器主觸點的觸點2和4連接直流蓄電池組。以上八個部分之間以硬接線的方式相連。

所述的UPS供電電源與直流蓄電池組共同實現對風力發電機組的供電。PLC控制單元和控制繼電器共同實現對UPS供電電源和直流蓄電池組的啟停控制。控制接觸器用來連接UPS供電電源與直流蓄電池組，在風電機組正常工作時，控制接觸器吸合，當臺風模式結束時，該控制接觸器斷開。風速儀完成風速信號的采集，風向標完成風向信號的采集。偏航控制系統執行風力發電機組機艙的旋轉的控制信號。風速儀將采集的風速信號發送給PLC控制單元，PLC控制單元根據這個風速信號和電網情況來判斷臺風模式的啟動和停止；風向標將采集到的風向信號發送給PLC控制單元，PLC控制單元根據該風向信號判斷偏航模式及偏航角度，并由偏航控制系統執行相應的動作。

本發明的抗臺風控制方法的工作原理如下：所述的風力發電機組控制系統上電后，風速儀實時檢測風速，當風速信號大于v米/秒，且此時電網因故障停電或者人為停電，PLC控制單元啟動臺風模式，此時PLC控制單元發出指令給控制繼電器，控制繼電器保持讓PLC控制單元、偏航控制系統、風速儀、風向標繼續得電工作，其他執行機構，包括電磁閥、傳感器，失電停止工作，啟動臺風模式的同時PLC控制單元啟動內部定時器，定時n個小時，在這n小時范圍內，偏航控制系統松閘，機組可以在風力的吹動作用下保持被動自由偏航。n個小時以后，PLC控制單元發出臺風模式停止指令，控制接觸器斷開UPS供電電源和直流蓄電池組之間的連接，此后風力發電機組由于斷電停止偏航動作，直到風力發電機組再次得到電網的供電。

本發明具有以下特征：