一种风力发电机组待机时变桨系统抑制塔筒振动控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组待机时变桨系统抑制塔筒振动控制方法。

背景技术

当风吹过塔筒时，风绕塔筒的流动可近似看作圆柱体绕流问题。由于黏性的存在，随着雷诺数的增加，塔筒表面的流动将从层流变成湍流，并在塔筒背风面产生交替脱落的旋涡，继而在塔筒上产生横风向的周期性脉动压力。在周期性脉动压力的作用下，塔筒会发生横风向的振动。当风速增大到一定程度时，漩涡脱落频率将不再随风速发生变化，而是等于塔筒的一阶固有频率，这种现象即为涡激振动的“锁定”特性，相应的风速称为临界风速。当涡激振动发生“锁定”时，塔筒将发生共振，使得塔筒产生大幅值的振动。而今风电机组塔筒越做越高，柔塔、长叶片出现涡激振动的频率越来越高。涡激振动一般处理方法是在塔筒上安装扰流条，但成本较高，安装风险较大。另一方面可使用对风偏航控制策略，但偏航系统出现故障时，无法达到抗涡激振动的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种风力发电机组待机时变桨系统抑制塔筒振动控制方法，在机组正常供电和突然掉电的情况下均可以使变桨系统进入抗涡激模式，实现了涡激振动下变桨系统在保证自身安全的基础上配合整机完成抗涡激振动策略响应，降低机组在涡激振动时的风险，提高机组可靠性。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种风力发电机组待机时变桨系统抑制塔筒振动控制方法，包括如下步骤：

在风力发电机组待机时，获取当前机组的风速、风向以及振动加速值；

主控系统基于获取的风速、风向以及振动加速值判断当前机组的涡激振动工况；

主控系统在确认桨叶位置大于86度时，给变桨系统下发进入抗涡激状态指令；

变桨系统在接收到主控系统下发的进入抗涡激状态指令后，变桨系统从正常待机状态切换到紧急停机状态，并从当前停机 位置开出桨至目标位置后变桨电机刹车投入；

当遇到电网突然掉电时，桨叶从当前位置收桨到限位开关位置，若此时收到主控系统下发的进入抗涡激状态指令，桨叶从当前位置向抗涡激位置移动；

当风速＞15m/s或机舱前后振动加速度值＜0.2m/s

变桨系统在收到主控系统下发的退出抗涡激指令后，所有桨叶均离开抗涡激停机桨距角位置。

进一步，所述主控系统基于获取的风速、风向以及振动加速值判断当前机组的涡激振动工况，还包括：

机组停机且未处于维护状态且变桨非手动状态时，当风速小于15m/s，且风向大于70°，且机舱前后振动加速度值大于0.6m/s2，认为机组处于涡激振动工况状态；

当主控系统检测到电网供电异常或供电消失时，机组自动进入抗涡激模式。

进一步，当从当前停机位置开出桨至目标位置后变桨电机刹车投入时，将安全位置已到达标志位传送给主控系统。

进一步，所述主控系统在发出退出抗涡激指令后，还包括如下步骤：

变桨复位驱动器并发送旁路信号；

对应轴EFC激活，离开抗涡激停机位之后复位本轴抗涡激位置到达状态位。

进一步，变桨系统在进入抗涡激模式时，需要主控系统发出的进入抗涡激状态指令由0-1持续200毫秒；变桨系统在退出抗涡激模式时需要主控系统发出的退出抗涡激指令由1-0持续200毫秒。

进一步，当变桨系统在向抗涡激位置运行过程中，编码器发生故障无法检测到叶片实际位置时，变桨系统自动退出抗涡激状态，并向限位开关位置收桨；若在桨叶到达抗涡激位置后，变桨系统发生故障，则不退出抗涡激状态。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果：本发明提供一种风力发电机组待机时变桨系统抑制塔筒振动控制方法，包括如下步骤：在风力发电机组待机时，获取当前机组的风速、风向以及振动加速值；主控系统基于获取的风速、风向以及振动加速值判断当前机组的涡激振动工况；主控系统在确认桨叶位置大于86度时，给变桨系统下发进入抗涡激状态指令；变桨系统在接收到主控系统下发的进入抗涡激状态指令后，变桨系统从正常待机状态切换到紧急停机状态，并从当前停机 位置开出桨至目标位置后变桨电机刹车投入；当遇到电网突然掉电时，桨叶从当前位置收桨到限位开关位置，若此时收到主控系统下发的进入抗涡激状态指令，桨叶从当前位置向抗涡激位置移动；当风速＞15m/s或机舱前后振动加速度值＜0.2m/s

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的风力发电机组待机时变桨系统抑制塔筒振动控制方法流程图；

图2为本发明的变桨系统进入抗涡激振动控制流程图；

图3为本发明的变桨系统退出抗涡激振动控制流程图。

实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1~3所示，本发明提供一种风力发电机组待机时变桨系统抑制塔筒振动控制方法，包括如下步骤：

在风力发电机组待机时，获取当前机组的风速、风向以及振动加速值；风力发电机组在正常运行并网时，不会出现涡激振动情况；

主控系统基于获取的风速、风向以及振动加速值判断当前机组的涡激振动工况；

具体的，机组停机且未处于维护状态且变桨非手动状态时，当风速小于15m/s，且风向大于70°，且机舱前后振动加速度值大于0.6m/s2，认为机组处于涡激振动工况状态；

主控系统检测到电网供电异常时（三相电压均小于额定电压10%）供电消失时，机组自动进入抗涡激模式。变桨系统在进入抗涡激模式时，需要主控系统发出的进入抗涡激状态指令由0-1持续200毫秒。

主控系统在确认桨叶位置大于86度时，给变桨系统下发进入抗涡激状态指令。

变桨系统在接收到主控系统下发的进入抗涡激状态指令后，变桨系统从正常待机状态切换到紧急停机状态，并按照变桨程序内既定速度从当前停机位置开出桨至目标位置后变桨电机刹车投入，同时将安全位置已到达的标志位传送给主控系统。变桨系统向抗涡激位置运行过程中，如果发生编码器(E1)故障（无法检测到叶片实际位置），变桨系统会自动退出抗涡激状态机，向限位开关位置收桨。桨叶到达抗涡激位置后，变桨系统发生任何故障等均不退出该模式，仅在收到取消抗涡激命令位后才退出抗涡激模式。

当遇到电网突然掉电时，桨叶动作依靠变桨系统后备电源提供能量，桨叶从当前位置收桨到限位开关位置，若此时收到主控系统下发的进入抗涡激状态指令，桨叶从当前位置向抗涡激位置移动；

电网掉电后，在后备电源电压小于等于额定电压10%时，变桨驱动器不再输出，变桨电机刹车；变桨电机为失电刹车，即刹车回路有24V供电松刹，没有24V供电刹车，待电网恢复正常后桨叶回到停机位置90°位置。当后备电源报出电压低警告时，变桨系统驱动器停止输出，桨叶在当前位置抱闸刹车。

当风速＞15m/s或机舱前后振动加速度值＜0.2m/s2持续10min 时，主控系统发出退出抗涡激指令；变桨系统在退出抗涡激模式时需要主控系统发出的退出抗涡激指令由1-0持续200毫秒；

然后，变桨复位驱动器并发送旁路信号；

对应轴EFC激活，离开抗涡激停机位之后复位本轴抗涡激位置到达状态位；

所有桨叶均离开抗涡激停机桨距角位置，抗涡激功能退出。

本申请中的方法，在变桨系统控制中增加抗涡激振动模式，对该工况进行重新定义，重新设计变桨系统控制的逻辑，保证在涡激振动时，变桨系统能够听从主控系统指令停机在指定位置，在涡激振动后能够正常退出涡激振动模式进入待机模式。 在机组正常供电和突然掉电的情况下均可以使变桨系统进入抗涡激模式，实现了涡激振动下变桨系统在保证自身安全的基础上配合整机完成抗涡激振动策略响应，降低机组在涡激振动时的风险，提高机组可靠性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。