風力發電機自動偏航與變槳的控制方法、控制器及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種風力發電機自動偏航與變槳的控制方法、控制器及系統。其中，控制方法，包括預設使得偏航與變槳控制器工作的最小風速為啟動風速，通過比較當前風速與啟動風速來判斷偏航與變槳控制器是否啟動；當偏航與變槳控制器啟動后，實時檢測當前風速是否小于預設最大風速，若是，則同時控制風力發電機的機頭和葉片轉動來追蹤風向；否則，同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成90度夾角，使葉片停止轉動；在追蹤風向的過程中，實時獲取發電機電壓，若當前發電機電壓高于預設電壓閾值，則同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成一定夾角，減小葉片的有效受力面積，以穩定發電機電壓。

【技術實現步驟摘要】
風力發電機自動偏航與變槳的控制方法、控制器及系統
本專利技術屬于風力發電領域，尤其涉及一種風力發電機自動偏航與變槳的控制方法、控制器及系統。
技術介紹
風力發電機是將風能轉換為機械功，機械功帶動轉子旋轉，最終輸出交流電的電力設備。風力發電機偏航與變槳系統的作用在于當風速矢量的方向變化時，能夠快速平穩地對準風向，以便風輪獲得最大的風能。目前風力發電機以及風力發電機控制系統存在以下問題：(1)現有的中小型風力發電系統，屬于定槳葉片，不具備自動變槳系統，因此，并不能同時控制風力發電機偏航和變槳，僅僅通過偏航來控制機頭轉向，進而調整葉片的迎風面，降低了風力能利用率。(2)傳統的帶尾舵風力發電機，無法在風速超出額定范圍情況下調整對風角度，當遇到大風時，容易造成風力發電機超轉速、過壓、過流，從而導致發電機燒毀。目前，在風力發電機葉片轉速過快，電壓過高的時候，并沒有對其進行相應的控制。(3)現有的風力發電機控制系統，遇到大風時，由于偏航速度較慢，在偏航的過程中，負載(離網系統中的蓄電池，并網系統中的逆變器)會損壞；現有的風力發電機偏航系統也沒有設置最小啟動風速,導致微風不足以發電的時候，風力發電機頻繁的找風向，消耗過多電能。(4)現有的風力發電機控制系統，從地面到機頭線纜多，風速儀信號線，風向儀信號線，偏航電機控制線，接近開關控制線、風力發電機線、控制剎車信號線等等，線纜多，很容易纏繞在一起。一方面，傳統風力發電機無自動解纜功能，容易造成電纜扭斷或失靈。另一方面，現有的風力發電機偏航控制系統，斷電后，丟失風力發電機朝向位置及線纜的纏繞情況，造成電纜扭斷的事故發生。(5)現有的風力發電機控制系統，沒有設置穩定夾角，風向儀工作時，會有一個小角度的擺動，風向儀擺動，風力發電機偏航系統就會跟著轉動，消耗過多電能。(一般設置在20度以內,避免頻繁找風向)(6)現有風力發電機使用蝸輪蝸桿進行偏航動作，當承受大風葉扭矩時，容易斷齒或卡死，造成偏航失靈故障，而且蝸輪蝸桿有較大的反轉間隙，在風向不穩定時容易產生葉片抖動，造成緊固件疲勞，影響其壽命。(7)現有的風力發電機控制器，不具有遠程數據遠程傳輸功能，及物聯網存儲歷史數據和查詢功能，不具有遠程修改控制器技術參數及風力發電機制動功能。
技術實現思路
為了解決現有技術的不足，本專利技術的第一目的是提供一種風力發電機自動偏航與變槳的控制方法，其設置最小啟動風速，避免微風不足以使風力發電機發電的時候，風力發電機頻繁的找風向，消耗過多電能；實時檢測當前風速與預設最大風速的比較值，并同時控制風力發電機的機頭和葉片轉動來追蹤風向，從而提高葉片的風能利用率。本專利技術的一種風力發電機自動偏航與變槳的控制方法，包括：預設使得偏航與變槳控制器工作的最小風速為啟動風速，通過比較當前風速與啟動風速來判斷偏航與變槳控制器是否啟動；當偏航與變槳控制器啟動后，實時檢測當前風速是否小于預設最大風速，若是，則同時控制風力發電機的機頭和葉片轉動來追蹤風向；否則，同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成90度夾角，使葉片停止轉動；在追蹤風向的過程中，實時獲取發電機電壓，若當前發電機電壓高于預設電壓閾值，則同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成一定夾角，減小葉片的有效受力面積，以穩定發電機電壓。進一步的，該方法還包括：當偏航與變槳控制器啟動后，實時檢測發電機電纜扭轉的圈數，若當前發電機電纜扭轉的圈數達到預設圈數，則優先自動解纜，使得電纜平順。當發電機電纜扭轉的圈數達到預設圈數時，風力發電機進入解纜狀態，此時風向儀不起作用，當解纜到0圈后，風向儀恢復工作，避免了電纜扭斷的事故的發生。當發電機電纜扭轉的圈數達到預設圈數時，手動模式不起作用。進一步的，該方法還包括：當風向在預設穩定夾角范圍內變動時，控制風力發電機的機頭和葉片固定不動，進而使得葉片的迎風面與風向不變。本專利技術設置穩定夾角，一般設置在20度以內，這樣能夠避免風力發電機偏航與變槳系統頻繁的轉動，做無用功，消耗過多電能。本專利技術的第二目的是提供一種風力發電機自動偏航與變槳控制器。本專利技術的一種風力發電機自動偏航與變槳控制器，包括：啟動模塊，其被配置為：預設使得偏航與變槳控制器工作的最小風速為啟動風速，通過比較當前風速與啟動風速來判斷偏航與變槳控制器是否啟動；風向追蹤模塊，其被配置為：當偏航與變槳控制器啟動后，且當前風速小于預設最大風速時，同時控制風力發電機的機頭和葉片轉動來追蹤風向；葉片轉動停止模塊，其被配置為：當偏航與變槳控制器啟動后，且當前風速大于或等于預設最大風速時，同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成90度夾角，使葉片停止轉動；穩壓模塊，其被配置為：實時獲取發電機電壓，若當前發電機電壓高于預設電壓閾值，則同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成一定夾角，減小葉片的有效受力面積，以穩定發電機電壓。進一步的，所述風力發電機自動偏航與變槳控制器還包括：自動解纜模塊，其被配置為：當偏航與變槳控制器啟動后，實時檢測發電機電纜扭轉的圈數，若當前發電機電纜扭轉的圈數達到預設圈數，則優先自動解纜，使得電纜平順。當發電機電纜扭轉的圈數達到預設圈數時，風力發電機進入解纜狀態，此時風向儀不起作用，當解纜到0圈后，風向儀恢復工作，避免了電纜扭斷的事故的發生。當發電機電纜扭轉的圈數達到預設圈數時，手動模式不起作用。進一步的，所述風力發電機自動偏航與變槳控制器還包括：穩定夾角模塊，其被配置為：當風向在預設穩定夾角范圍內變動時，控制風力發電機的機頭和葉片固定不動，進而使得葉片的迎風面與風向不變。本專利技術設置穩定夾角，一般設置在20度以內，這樣能夠避免風力發電機偏航與變槳系統頻繁的轉動，做無用功，消耗過多電能。進一步的，所述風力發電機自動偏航與變槳控制器還包括：通訊模塊，其被配置為：采用MODBUS通訊協議與外界設備通訊，實現數據遠程傳輸。本專利技術的風力發電機自動偏航與變槳控制器，采用MODBUS通訊協議，實現數據遠程傳輸功能，可通過GPRS、WiFi、以太網連接物聯網，實現存儲歷史數據和查詢功能，以及遠程控制功能。本專利技術的第三目的是提供一種風力發電機自動偏航與變槳控制系統。本專利技術的一種風力發電機自動偏航與變槳控制系統，包括上述所述的風力發電機自動偏航與變槳控制器。進一步的，所述風力發電機自動偏航與變槳控制系統還包括主控制器，所述主控制器與風力發電機自動偏航與變槳控制器相連，所述風力發電機自動偏航與變槳控制器與編碼器相連，所述編碼器用于定位檢測風力發電機的方向以及發電機電纜扭轉的圈數。本專利技術采用編碼器作為機組方向定位檢測，系統突然斷電時，在主控制器內部存儲斷電時風力發電機的朝向和線纜的纏繞圈數。當再次來電時，繼續記錄線纜的纏繞圈數，達到預設圈數時，風力發電機進入解纜狀態，此時風向儀不起作用；解纜到0圈后，風向儀恢復工作；這樣解決了現有的風力發電機偏航與變槳控制系統，斷電后，丟失風力發電機朝向位置及線纜的纏繞情況，造成電纜扭斷的事故發生。進一步的，所述風力發電機自動偏航與變槳控制系統還包括回轉支承，所述回轉支承用于支撐風力發電機以完成偏航動作。進一步的，所述主控制器通過無線通信模塊和風力發電機自動偏航與變槳控制器相互通信。進一步的，所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種風力發電機自動偏航與變槳的控制方法，其特征在于，包括：預設使得偏航與變槳控制器工作的最小風速為啟動風速，通過比較當前風速與啟動風速來判斷偏航與變槳控制器是否啟動；當偏航與變槳控制器啟動后，實時檢測當前風速是否小于預設最大風速，若是，則同時控制風力發電機的機頭和葉片轉動來追蹤風向；否則，同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成90度夾角，使葉片停止轉動；在追蹤風向的過程中，實時獲取發電機電壓，若當前發電機電壓高于預設電壓閾值，則同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成一定夾角，減小葉片的有效受力面積，以穩定發電機電壓。

【技術特征摘要】
1.一種風力發電機自動偏航與變槳的控制方法，其特征在于，包括：預設使得偏航與變槳控制器工作的最小風速為啟動風速，通過比較當前風速與啟動風速來判斷偏航與變槳控制器是否啟動；當偏航與變槳控制器啟動后，實時檢測當前風速是否小于預設最大風速，若是，則同時控制風力發電機的機頭和葉片轉動來追蹤風向；否則，同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成90度夾角，使葉片停止轉動；在追蹤風向的過程中，實時獲取發電機電壓，若當前發電機電壓高于預設電壓閾值，則同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成一定夾角，減小葉片的有效受力面積，以穩定發電機電壓。2.如權利要求1所述的一種風力發電機自動偏航與變槳的控制方法，其特征在于，該方法還包括：當偏航與變槳控制器啟動后，實時檢測發電機電纜扭轉的圈數，若當前發電機電纜扭轉的圈數達到預設圈數，則優先自動解纜，使得電纜平順。3.如權利要求1所述的一種風力發電機自動偏航與變槳的控制方法，其特征在于，該方法還包括：當風向在預設穩定夾角范圍內變動時，控制風力發電機的機頭和葉片固定不動，進而使得葉片的迎風面與風向不變。4.一種風力發電機自動偏航與變槳控制器，其特征在于，包括：啟動模塊，其被配置為：預設使得偏航與變槳控制器工作的最小風速為啟動風速，通過比較當前風速與啟動風速來判斷偏航與變槳控制器是否啟動；風向追蹤模塊，其被配置為：當偏航與變槳控制器啟動后，且當前風速小于預設最大風速時，同時控制風力發電機的機頭和葉片轉動來追蹤風向；葉片轉動停止模塊，其被配置為：當偏航與變槳控制器啟動后，且當前風速大于或等于預設最大風速時，同時調整風力發電機的機頭和葉片，使得葉片的迎風面與風向成90度夾角，使葉片停止轉動；穩壓模塊，其被配置為：實時獲取發電機電壓，若當前發電機電壓高于預設電壓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：荊林峰，張呈杰，
申請(專利權)人：濟南德明電源設備有限公司，
類型：發明
國別省市：山東,37