CN109268213A - 一种风力发电机组载荷在线监测及主动降载控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组载荷在线监测及主动降载控制方法，包括步骤：1)将北斗定位系统安装在机组上，采集机组机舱前后方向的位移、速度及加速度信息，输出到机组主控系统，由主控系统计算塔架前后方向的推力F_x，2)根据计算的推力F_x大小，对机组所受载荷大小进行评估，并进行主动降载控制。本发明中所用的载荷监测方案易用且利于维护，能实时在线对机组的运行载荷进行监测，并且可根据监测到的机组运行载荷进行有效的降载控制，防止机组长时间运行在高载荷下，从而提高机组运行的安全性和可靠性。

Description

一种风力发电机组载荷在线监测及主动降载控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组载荷监测和降载的技术领域，尤其是指一种风力发电机组载荷在线监测及主动降载控制方法。

背景技术

由于清洁能源属于环境友好型的可再生能源，近些年国家对其发展大力扶持，其在能源行业中的消费占比逐年提高，发展势头强劲。风力发电作为清洁能源的一种，其装机容量也一直保持在稳步增长状态。随着风资源的深度挖掘，尤其是海上资源的大力开发利用，机组的单机容量不断增加，叶轮直径也越来越长。在风火同价的发展趋势下，降低整机的成本势在必行，为确保机组在设计寿命期限内能一直稳定、可靠和高效的运行，在降本的同时需保证机组的质量，因此对机组进行降载的需求也越来越迫切。在新机型的设计之初，为验证设计的产品是否满足设计要求，会对各工况下机组各部件的疲劳载荷和极限载荷进行计算，确认无问题后，新机型将进入样机研发、装备、投产等流程中。而目前机组在现场运行阶段除了自身的安全保护外，缺少对其运行载荷的实时监测，不能对某些极端工况进行载荷评估和有效的降载保护，存在长时间高载荷下运行的可能，对机组整体的寿命造成影响。

因此，为了提高机组的可靠性和稳定性，对机组进行有效的载荷监测并进行降载控制是很有必要的。目前的载荷监测大都是通过载荷应变片的方式进行的，应变片能有效测得需测部件的载荷大小，但对机组的整体载荷不能进行评估，若要对整体载荷进行有效测量评估，则需要大量应变片，但应变片属于易耗品，且安装需要耗费较大的人力和物力，增加了机组的运维成本，对于需要长期实时在线方式监测机组整体载荷的情况下，此方法不可取。同样，可以采用较为可靠的光纤光栅应变片传感设备进行载荷监控，但成本较为昂贵，不适用批量。而采用卫星定位定向与惯性导航系统的方式可以测得被测物体的位移和移动角度，技术成熟，且装置安装步骤相对简单，在初次安装调试后，即能保持长久运行监测，减少大量的人力和物力，节约了运维成本。因此该方式可以用于风力发电机组中，对机组的塔顶位移、速度和加速度等信息进行精确测量，从而对机组的整体运行载荷进行监测，进而对机组进行降载控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种易操作且实用的风力发电机组载荷在线监测及主动降载控制方法，根据监测结果进行主控降载控制，防止机组在高载荷下长时间运行，提高机组运行的稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机组载荷在线监测及主动降载控制方法，包括以下步骤：

1)采集数据及处理

将北斗定位系统安装在机组上，利用该北斗定位系统采集机组机舱前后方向的位移、速度及加速度信息，然后输出到机组主控系统，由主控系统计算塔架前后方向的推力F_x，其中计算公式如下式：

式中，M、D、K分别为机组塔筒的质量、阻尼和刚度系数；x分别为机舱前后方向的加速度、速度和位移值；

2)载荷评估和降载控制

根据计算的推力F_x大小，对机组所受载荷大小进行评估，并进行主动降载控制，具体的降载控制策略如下：

当F_x≥F_A并维持t₁时间后，机组主控系统进行报警，记录下当前功率设定值为P_{set_old}，亦为第一次循环时功率设定值，功率设定值P_set将在P_{set_old}基础上减去功率衰减值ΔP并保持t₂时间，直至F_x＜F_A后功率设定值P_set恢复到P_{set_old}，否则重复该步骤，重复期间P_{set_old}保持不变；当F_x≥F_B时，机组主控系统发出停机指令，其中F_A为机组塔顶推力预设报警值、F_B为机组塔顶所受推力预设故障停机值，另F_B＞F_A＞0。

所述北斗定位系统是由一个基站和一个测站组成，其中，所述基站安装在电磁干扰小的地方，距离测站距离不大于10KM，为测站提供同步和差分信号，用以消除卫星钟差，从而提高北斗定位系统的定位精度，所述测站由两个定位天线和数据采集模块组成，能够实时精确测量机组的位移、速度和加速度信息，所述定位天线安装在机舱顶部，所述采集模块放在机舱控制柜内；所述基站和测站通过光纤连接到机组主控系统。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明中所用的载荷监测方案易用且利于维护，能实时在线对机组的运行载荷进行监测，并且可根据监测到的机组运行载荷进行有效的降载控制，防止机组长时间运行在高载荷下，从而提高机组运行的安全性和可靠性。

附图说明

图1为北斗定位系统的结构框图。

图2为北斗定位系统的安装示意图。

图3为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所提供的风力发电机组载荷在线监测及主动降载控制方法，包括以下步骤：

1)采集数据及处理

将北斗定位系统安装在机组上，利用该北斗定位系统采集机组机舱前后方向的位移、速度及加速度等信息，然后输出到机组主控系统(PLC)，由主控系统计算塔架前后方向的推力F_x，其中计算公式如下式：

式中，M、D、K分别为机组塔筒的质量、阻尼和刚度系数；x分别为机舱前后方向的加速度、速度和位移值；

如图1和图2所示，所述北斗定位系统是由一个基站和一个测站组成，基站安装在电磁干扰小的地方，距离测站距离不大于10KM，为测站提供同步和差分信号，用以消除卫星钟差，从而提高北斗定位系统的定位精度；测站由两个定位天线和数据采集模块组成，可以实时精确测量机组的位移、速度和加速度等信息，定位天线安装在机舱顶部，采集模块放在机舱控制柜内部；基站和测站通过光纤连接到机组主控系统。

2)载荷评估和降载控制

根据计算的推力F_x大小，对机组所受载荷大小进行评估，并进行主动降载控制，如图3所示，具体的降载控制策略如下：

当F_x≥F_A并维持t₁时间后，机组主控系统进行报警，记录下当前功率设定值为P_{set_old}，亦为第一次循环时功率设定值，功率设定值P_set将在P_{set_old}基础上减去功率衰减值ΔP并保持t₂时间，直至F_x＜F_A后功率设定值P_set恢复到P_{set_old}，否则重复该步骤，重复期间P_{set_old}保持不变；当F_x≥F_B时，机组主控系统发出停机指令，其中F_A为机组塔顶推力预设报警值、F_B为机组塔顶所受推力预设故障停机值，另F_B＞F_A＞0。

以上所述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，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种风力发电机组载荷在线监测及主动降载控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集数据及处理

将北斗定位系统安装在机组上，利用该北斗定位系统采集机组机舱前后方向的位移、速度及加速度信息，然后输出到机组主控系统，由主控系统计算塔架前后方向的推力F_x，其中计算公式如下式：

式中，M、D、K分别为机组塔筒的质量、阻尼和刚度系数；x分别为机舱前后方向的加速度、速度和位移值；

2)载荷评估和降载控制

根据计算的推力F_x大小，对机组所受载荷大小进行评估，并进行主动降载控制，具体的降载控制策略如下：

当F_x≥F_A并维持t₁时间后，机组主控系统进行报警，记录下当前功率设定值为P_{set_old}，亦为第一次循环时功率设定值，功率设定值P_set将在P_{set_old}基础上减去功率衰减值ΔP并保持t₂时间，直至F_x＜F_A后功率设定值P_set恢复到P_{set_old}，否则重复该步骤，重复期间P_{set_old}保持不变；当F_x≥F_B时，机组主控系统发出停机指令，其中F_A为机组塔顶推力预设报警值、F_B为机组塔顶所受推力预设故障停机值，另F_B＞F_A＞0。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组载荷在线监测及主动降载控制方法，其特征在于：所述北斗定位系统是由一个基站和一个测站组成，其中，所述基站安装在电磁干扰小的地方，距离测站距离不大于10KM，为测站提供同步和差分信号，用以消除卫星钟差，从而提高北斗定位系统的定位精度，所述测站由两个定位天线和数据采集模块组成，能够实时精确测量机组的位移、速度和加速度信息，所述定位天线安装在机舱顶部，所述采集模块放在机舱控制柜内；所述基站和测站通过光纤连接到机组主控系统。