[發明專利]解決風電機組背風發電故障的系統及方法

在審

• 申請號: 202010896165.7
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111878312A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 王桐;張悅超;熊國專;夏暉;張海濤;張金強;焦健
• 申請（專利權）人: 龍源（北京）風電工程技術有限公司;龍源電力集團股份有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D17/00
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所(普通合伙) 11303
• 代理人: 黨小林

本發明提供了一種解決風電機組背風發電故障的系統及方法。該系統包括：超聲波測風儀，設置在風機機艙頂部，用來測量機艙頂部實時的風速風向信號；專用PLC，連接至超聲波測風儀，獲取由超聲波測風儀測量的風速風向信號，及風力機的槳葉角度和葉輪轉速值，通過內部的故障邏輯識別算法判斷機組是否處于背風發電狀態，以及引起機組背風發電故障的原因是否為超聲波測風儀發生故障或湍流，并執行相應的機組停機和復位指令。本發明提供的解決風電機組背風發電故障的系統及方法可以對機組處于背風發電狀態和原因進行識別，并進行機組預警，同時降低因機械式測風儀器性能不可靠導致的機組故障率較高的情況。

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，特別是涉及一種解決風電機組背風發電故障的系統及方法。

背景技術

早期的歌美颯G5X系列機組存在對風邏輯設計的缺陷，其主要表現為：

1)采用機械式風向標0度位置傳感器和90度位置傳感器輸出的高、低電平組成的2位格雷碼信號，通過判斷信號的狀態和計算信號的占空比，來判斷機組是否準確對風。然而當其中一個信號錯誤或持續不變時，機組認為風向出現了變化，啟動偏航進行對風。當偏航時間超過1000s以上(偏航系統偏航速度為0.4°/s，1000s可偏航約400°)信號仍異常時，機組報偏航超時故障。故，該機組無判斷風向標故障的代碼。

加之，由于機械式風向標長期暴露于惡劣的自然環境中使用，極易造成機械部件的卡澀和損壞，從而導致機組的發電性能降低。

2)現有的PLC控制器針對風速功率不匹配故障僅有風速小功率大這一個判斷條件，當機組在大風期間偏航的過程中，此刻風速大功率小，機組不會報故障，因此機組極易進入背風發電狀態。另外，該機組無法準確計算出與風向的偏差角度和方向，所以無法實現定向偏航控制，也無法實現對風偏差角度過大的報警功能。

以上不足，使得機組的風向標出現故障或受湍流影響時，機組易出現長時間偏航找風狀態，即運行于背風發電狀態，從而導致機組載荷受力不均發生倒塔事故。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種解決風電機組背風發電故障的系統及方法，可以對機組處于背風發電狀態和原因進行識別，并進行機組預警，同時降低因機械式測風儀器性能不可靠導致的機組故障率較高的情況。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種解決風電機組背風發電故障的系統，所述系統包括：超聲波測風儀，設置在風機機艙頂部，用來測量機艙頂部實時的風速風向信號；專用PLC，連接至超聲波測風儀，獲取由超聲波測風儀測量的風速風向信號，及風力機的槳葉角度和葉輪轉速值，通過內部的故障邏輯識別算法判斷機組是否處于背風發電狀態，以及引起機組背風發電故障的原因是否為超聲波測風儀發生故障或湍流，并執行相應的機組停機和復位指令。

在一些實施方式中，超聲波測風通過拓展功能電路將采集到的風速風向信號轉換為主控PLC可識別的模擬風速頻率信號、模擬0度位置傳感器信號和模擬90度位置傳感器信號，并將模擬風速頻率信號、模擬0度位置傳感器信號和模擬90度位置傳感器信號輸出至主控PLC。

在一些實施方式中，主控PLC用于判斷機組是否準確對風，并決定機組是否需要偏航找風。

在一些實施方式中，超聲波測風儀包括：四個超聲波測風儀探頭。

在一些實施方式中，四個超聲波測風儀探頭兩兩對置，對置的兩個超聲波測風儀探頭同一工作時刻，一個發生超聲波信號，另外一個接受信號。

在一些實施方式中，故障邏輯識別算法中的故障邏輯識別規則包括：超聲波測風儀風速風向輸出信號模式1條件下出現故障電流值，持續時間超過30s；或者超聲波測風儀風速風向輸出信號模式2條件下RS485通信線路握手信號丟失，持續時間超過30s。