一种风力发电机组偏航启动控制方法及系统与流程

1.本发明涉及风电机组偏航控制的技术领域，尤其是指一种风力发电机组偏航启动控制方法及系统。


背景技术：

2.目前风电机组偏航驱动系统，使用变频器驱动电机偏航，相比传统的直接启动，软起动电机偏航，具有启动力矩大，启动电流冲击小等优点。但在恶劣风况和恶劣传动条件下，变频器稳定性不及传统的直接启动方法，存在启动失败，易故障，不能偏航对风等问题。


技术实现要素：

3.本发明目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种风力发电机组偏航启动控制方法及系统，通过快速转矩跟踪和电机状态判断方法，使用变频器和电机正常启动；通过机械弹跳消除使电机在偏航前保持静止，消除抱闸应力；通过齿隙消除使全部小齿轮贴紧大齿轮，保证每个电机启动负载均衡；通过降压启动保持整个偏航系统阻尼稳定，减小机组振动和摩擦损失；整体优化了启动时机械工况，并使用变频启动方法，较大提升了风力发电机组在各种恶劣工况下的偏航能力。
4.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机组偏航启动控制方法，包括：
5.s1、对风力发电机组的偏航电机速度追踪，得到当前偏航电机的机械转速；
6.s2、根据当前偏航电机的机械转速与设定转速的偏差，判断偏航电机的启动状态；
7.s3、若判断偏航电机启动即偏航开始时，将变频器设置运行在开环矢量控制模式，使偏航电机和偏航小齿轮减速，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳；
8.s4、在消除偏航小齿轮的机械弹跳后，变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈，完成齿隙消除；
9.s5、在完成齿隙消除后，主控制器降低偏航液压制动压力，根据液压压力值动态调节电动转矩，直至液压降到预设的目标值时，使电动转矩恢复到预设的正常限定值。
10.进一步，在步骤s1中，具体执行以下操作：
11.通过三相电机电压和三相电机电流实时测量，并使用观测器，得到当前偏航电机的机械转速。
12.进一步，所述观测器为fft观测器或滑模观测器。
13.进一步，在步骤s3中，具体执行以下操作：
14.偏航开始时，将变频器运行在开环矢量控制模式，提供速度和制动转矩使偏航电机和偏航小齿轮减速到静止，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳。
15.进一步，所述速度的范围为0-5hz，所述制动转矩的范围为50％-300％额定转矩。
16.进一步，在步骤s4中，包括以下步骤：
17.s401、在消除偏航小齿轮的机械弹跳后，变频器输出给定转速、电动转矩和制动转
矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈；
18.s402、当变频器的反馈力矩达到给定力矩，使变频器的实际速度小于5hz，则判断齿隙消除完成；若当前消隙时间超过预设的消隙时间，则判断退出齿隙消除。
19.进一步，所述给定转速的范围为0-额定转速，所述电动转矩的范围为0-30％额定转矩，所述制动转矩限制的范围为50％-300％额定转矩。
20.本发明所提供的一种风力发电机组偏航启动控制系统，包括：
21.偏航电机速度追踪模块，用于对风力发电机组的偏航电机速度追踪，得到当前偏航电机的机械转速；
22.电机状态判断模块，用于根据当前偏航电机的机械转速与设定转速的偏差，判断偏航电机的电动状态和发电状态；
23.机械弹跳消除模块，用于将变频器设置运行在开环矢量控制模式，使偏航电机和偏航小齿轮减速，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳；
24.齿隙消除模块，用于使变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈，完成齿隙消除；
25.降压启动模块，用于使主控器降低偏航液压制动压力，根据液压压力值动态调节电动转矩，直至液压降到预设的目标值时，使电动转矩恢复到预设的正常限定值。
26.进一步，所述机械弹跳消除模块，具体执行以下操作：
27.偏航开始时，将变频器运行在开环矢量控制模式，提供速度和制动转矩使偏航电机和偏航小齿轮减速到静止，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳。
28.进一步，所述齿隙消除模块，具体执行以下操作：
29.在消除偏航小齿轮的机械弹跳后，变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈；
30.当变频器的反馈力矩达到给定力矩，使变频器的实际速度小于5hz，则判断齿隙消除完成；若当前消隙时间超过预设的消隙时间，则判断退出齿隙消除。
31.本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
32.本发明能够消除偏航电机抱闸应力，每个电机启动负载均衡，增强偏航变频器启动能力，较大提升偏航成功率；偏航启动和运行时机组振动减小，偏航机械应力减小，减小摩擦损失；同时使偏航电机输出转矩可控。
附图说明
33.图1为风电机组偏航启动控制方法的流程框图。
34.图2为风电机组偏航启动的时序图。
35.图3为风电机组偏航系统的结构框图。
36.图4为风电机组偏航启动控制系统的结构框图。
具体实施方式
37.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
38.参见图1所示，为本实施例所提供的风力发电机组偏航启动控制方法，包括：
39.s1、对风力发电机组的偏航电机速度追踪，得到当前偏航电机的机械转速；其中，
通过三相电机电压和三相电机电流实时测量，并使用观测器，得到当前偏航电机的机械转速，所述观测器为fft观测器或滑模观测器；
40.s2、根据当前偏航电机的机械转速与设定转速的偏差，判断偏航电机的启动状态；
41.s3、若判断偏航电机启动即偏航开始时，将变频器设置运行在开环矢量控制模式，使偏航电机和偏航小齿轮减速，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳；其中，偏航开始时，将变频器运行在开环矢量控制模式，提供速度和制动转矩使偏航电机和偏航小齿轮减速到静止，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳；所述速度的范围为0-5hz，所述制动转矩的范围为50％-300％额定转矩；
42.s4、在消除偏航小齿轮的机械弹跳后，变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈，完成齿隙消除，包括以下步骤：
43.s401、在消除偏航小齿轮的机械弹跳后，变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈；所述给定转速的范围为0-额定转速，所述电动转矩的范围为0-30％额定转矩，所述制动转矩限制的范围为50％-300％额定转矩；
44.s402、当变频器的反馈力矩达到给定力矩，使变频器的实际速度小于5hz，则判断齿隙消除完成；若当前消隙时间超过预设的消隙时间，则判断退出齿隙消除；
45.s5、在完成齿隙消除后，主控制器降低偏航液压制动压力，根据液压压力值动态调节电动转矩，直至液压降到预设的目标值时，使电动转矩恢复到预设的正常限定值。
46.参见图2所示，应用了上述风电机组偏航启动控制方法的风电机组偏航启动时序图，由此可知，齿隙消除使偏航液压制动压力减少后稳定在预设值，保持整个偏航系统阻尼稳定，减小风电机组的振动和摩擦损失。
47.参见图3所示，风电机组偏航系统包括机舱电源、主控制器、变频器、偏航电机、减速机、偏航齿圈、电机抱闸、液压刹车和编码器，所述主控制器能够控制变频器的输出，所述电机抱闸能够锁定偏航电机，所述液压刹车能够使偏航齿圈锁定。
48.参见图4所示，下面为本实施例所提供的风力发电机组偏航启动控制系统，包括：
49.偏航电机速度追踪模块，用于对风力发电机组的偏航电机速度追踪，得到当前偏航电机的机械转速；
50.电机状态判断模块，用于根据当前偏航电机的机械转速与设定转速的偏差，判断偏航电机的电动状态和发电状态；
51.机械弹跳消除模块，用于将变频器设置运行在开环矢量控制模式，使偏航电机和偏航小齿轮减速，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳，具体执行以下操作：
52.偏航开始时，将变频器运行在开环矢量控制模式，提供速度和制动转矩使偏航电机和偏航小齿轮减速到静止，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳。
53.齿隙消除模块，用于使变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈，完成齿隙消除，具体执行以下操作：
54.在消除偏航小齿轮的机械弹跳后，变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈；
55.当变频器的反馈力矩达到给定力矩，使变频器的实际速度小于5hz，则判断齿隙消除完成；若当前消隙时间超过预设的消隙时间，则判断退出齿隙消除。
56.降压启动模块，用于使主控器降低偏航液压制动压力，根据液压压力值动态调节
电动转矩，直至液压降到预设的目标值时，使电动转矩恢复到预设的正常限定值。
57.以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种风力发电机组偏航启动控制方法，其特征在于，包括：s1、对风力发电机组的偏航电机速度追踪，得到当前偏航电机的机械转速；s2、根据当前偏航电机的机械转速与设定转速的偏差，判断偏航电机的启动状态；s3、若判断偏航电机启动即偏航开始时，将变频器设置运行在开环矢量控制模式，使偏航电机和偏航小齿轮减速，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳；s4、在消除偏航小齿轮的机械弹跳后，变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈，完成齿隙消除；s5、在完成齿隙消除后，主控制器降低偏航液压制动压力，根据液压压力值动态调节电动转矩，直至液压降到预设的目标值时，使电动转矩恢复到预设的正常限定值。2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组偏航启动控制方法，其特征在于，在步骤s1中，具体执行以下操作：通过三相电机电压和三相电机电流实时测量，并使用观测器，得到当前偏航电机的机械转速。3.根据权利要求2所述的一种风力发电机组偏航启动控制方法，其特征在于：所述观测器为fft观测器或滑模观测器。4.根据权利要求1所述的一种风力发电机组偏航启动控制方法，其特征在于，在步骤s3中，具体执行以下操作：偏航开始时，将变频器运行在开环矢量控制模式，提供速度和制动转矩使偏航电机和偏航小齿轮减速到静止，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳。5.根据权利要求4所述的一种风力发电机组偏航启动控制方法，其特征在于：所述速度的范围为0-5hz，所述制动转矩的范围为50％-300％额定转矩。6.根据权利要求1所述的一种风力发电机组偏航启动控制方法，其特征在于，在步骤s4中，包括以下步骤：s401、在消除偏航小齿轮的机械弹跳后，变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈；s402、当变频器的反馈力矩达到给定力矩，使变频器的实际速度小于5hz，则判断齿隙消除完成；若当前消隙时间超过预设的消隙时间，则判断退出齿隙消除。7.根据权利要求6所述的一种风力发电机组偏航启动控制方法，其特征在于：所述给定转速的范围为0-额定转速，所述电动转矩的范围为0-30％额定转矩，所述制动转矩限制的范围为50％-300％额定转矩。8.一种风力发电机组偏航启动控制系统，其特征在于，包括：偏航电机速度追踪模块，用于对风力发电机组的偏航电机速度追踪，得到当前偏航电机的机械转速；电机状态判断模块，用于根据当前偏航电机的机械转速与设定转速的偏差，判断偏航电机的电动状态和发电状态；机械弹跳消除模块，用于将变频器设置运行在开环矢量控制模式，使偏航电机和偏航小齿轮减速，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳；齿隙消除模块，用于使变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈，完成齿隙消除；
降压启动模块，用于使主控器降低偏航液压制动压力，根据液压压力值动态调节电动转矩，直至液压降到预设的目标值时，使电动转矩恢复到预设的正常限定值。9.根据权利要求8所述的一种风力发电机组偏航启动控制系统，其特征在于，所述机械弹跳消除模块，具体执行以下操作：偏航开始时，将变频器运行在开环矢量控制模式，提供速度和制动转矩使偏航电机和偏航小齿轮减速到静止，从而消除偏航小齿轮的机械弹跳。10.根据权利要求8所述的一种风力发电机组偏航启动控制系统，其特征在于，所述齿隙消除模块，具体执行以下操作：在消除偏航小齿轮的机械弹跳后，变频器输出给定转速、电动转矩和制动转矩限制到偏航电机中，控制偏航电机贴近偏航齿圈；当变频器的反馈力矩达到给定力矩，使变频器的实际速度小于5hz，则判断齿隙消除完成；若当前消隙时间超过预设的消隙时间，则判断退出齿隙消除。

技术总结
本发明公开了一种风力发电机组偏航启动控制方法及系统，该方法包括以下步骤：S1、偏航电机速度追踪；S2、偏航电机启动状态判断；S3、机械弹跳消除；S4、齿隙消除；S5、降压启动；通过快速转矩跟踪和电机状态判断方法，使用变频器和电机正常启动；通过机械弹跳消除使电机在偏航前保持静止，消除抱闸应力；通过齿隙消除使全部小齿轮贴紧大齿轮，保证每个电机启动负载均衡；通过降压启动保持整个偏航系统阻尼稳定，减小机组振动和摩擦损失；本发明整体优化了偏航启动时机械工况，并使用变频启动方法，较大提升了风力发电机组在各种恶劣工况下的偏航能力。偏航能力。偏航能力。


技术研发人员：洪晶 魏凯 陈刚毅 陈明达
受保护的技术使用者：明阳智慧能源集团股份公司
技术研发日：2021.11.08
技术公布日：2022/3/7