[发明专利]风力发电机偏航控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及风力发电机的偏航控制方法及系统。

背景技术

随着人类环保意识和对清洁能源需求的提高，风能作为一种可再生能源已受到广泛重视。近年来，各国对风能的开发与利用不断加强，风电技术蓬勃发展。由于风向和风速总是在不断变化，因此，为了提高风能的利用率，就需要确保风力发电机机舱始终正面迎风，为此人们在风力发电机中增设了偏航系统，其可根据风向的变化不断调整风力发电机机舱方向，以保证其始终正面迎风，从而最大程度地利用风能。

风力发电机的偏航系统起着跟踪风向的作用，一般都是通过偏航电机驱动偏航减速器的齿轮来调整方向，以使机舱正面迎风。偏航电机的转速越快，则方向调整得越快，因而对风向的跟踪也就越迅速；反之，偏航电机的转速越慢，则方向调整得越慢，因而不能适应风向快速且大幅度的变化。为此，现有的偏航电机都以某一较高的特定频率运转，这使在偏航过程中，偏航系统会产生振动，对偏航轴承和整机造成损害。当风速较低时，这种振动所造成的损害尚可以限定在较小的范围内，但是当风速较大且电机运转速度又很快时，这种损害就会比较严重。

此外，随着风电技术的发展，在风力发电机机组容量不断增加的同时，风力发电机叶片的尺寸也呈现出不断增大的趋势。特别是随着近年来国内3兆瓦级以上风力发电机的出现，叶片直径已经达到100米以上。如果在这种风力发电机中采用传统的偏航系统，由于其采用恒定的较高频率运转，当风速较大时偏航过程中产生的振动会被放大并作用在数十米长的风力发电机的叶片上，严重影响风力发电机叶片的寿命。

发明内容

本发明的目的在于解决目前风力发电机中存在的上述缺陷，提供一种偏航控制方法及系统，其可有效降低风力发电机，特别是大型风力发电机偏航过程中产生的冲击和振动，从而减小对偏航减速器、偏航轴承和叶片的损害。

为此，本发明提供了一种风力发电机偏航控制方法，其包括下述步骤：1)监测风力发电机的偏航控制信号，所述偏航控制信号为风力发电机所述环境的风速或风力发电机的输出功率；2)根据所述偏航控制信号的预定阈值，判断所述偏航控制信号所处状态区间；3)根据所述偏航控制信号所处状态区间，设定偏航电机工作电源的频率，以使偏航电机的转速与风速相适应。

其中，在所述步骤3)中还包括下述过程：根据所述偏航控制信号所处状态区间生成频率控制信号，并根据所述频率控制信号设定偏航电机工作电源的频率。

此外，本发明还提供了一种风力发电机偏航控制系统，其包括：

监测单元，用于监测风力发电机偏航控制信号，所述偏航控制信号为所处环境的风速或者偏航电机的输出功率；控制单元，用于接收所述监测单元传送的实时监测数据，并根据所述偏航控制信号的预定阈值，判断所述偏航控制信号所处状态区间，根据所述偏航控制信号所处状态区间生成频率控制信号，并将其发送至变频单元；变频单元，用于根据所述频率控制信号设定偏航电机工作电源的频率，以使偏航电机的转速与风速相适应。

其中，所述监测单元为风速仪或功率检测仪，所述变频单元为通用的变频器。

其中，所述偏航控制信号的状态区间至少为2个。

优选地，所述偏航控制信号的状态区间为2个，其中，

当所述偏航控制信号为风速时，风速的两个状态区间为：高频风速区间，该区间的风速小于第一设定风速；以及低频风速区间，该区间的风速大于第一设定风速；

当所述偏航控制信号为输出功率时，输出功率的两个状态区间为：高频功率区间，该区间的输出功率低于第一设定功率，以及低频功率区间，该区间的功率高于第一设定功率。

优选地，所述偏航控制信号的状态区间为3个，其中

当所述偏航控制信号为风速时，风速的三个状态区间为：高频风速区间，该区间的风速小于第一设定风速；中频风速区间，该区间的风速高于第一设定风速低于第二设定风速；低频风速区间，该区间的风速大于第二设定风速，其中，第一设定风速小于第二设定风速；

当所述偏航控制信号为输出功率时，输出功率的三个状态区间为：高频功率区间，该区间的输出功率低于第一设定功率，中频功率区间，该区间的功率大于第一设定功率小于第二设定功率；低频功率区间，该区间的功率高于第二设定功率，其中，第一设定功率小于第二设定功率。

采用本发明提供的风力发电机偏航控制方法及系统具有如下有益效果：