[发明专利]一种风电机组保护方法

说明书

本发明主要是为了解决强负向风剪切风况下，桨叶由于净空不足容易扫塔的问题，公开了一种风电机组保护方法，通过机载式激光测风雷达实时监测竖直风剪切，在强负向风剪切风况下，风电机组根据评估得到的竖直风剪切采取保护动作，具体步骤包括：通过雷达获取原始径向风速，根据原始径向风速获得光束面风速，根据光束面风速和光束面竖直高度获得实时竖直风剪切，将竖直风剪切与第一竖直风剪切阈值和第二竖直风剪切阈值对比，当竖直风剪切大于第二竖直风剪切阈值时，风电机组停止工作，避免由于桨叶净空不足造成扫塔事故，对风电机组起到保护作用。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组保护方法。

背景技术

随着煤炭、石油等能源的逐渐枯竭，人类越来越重视可再生能源的利用，风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到世界各国的重视。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合。风力发电是指利用风力发电机组把风的动能转换为电能。随着我国能源转型和风力发电技术的高速发展，低风速高湍流等复杂风场的开发正在快速进行，为了提高风场经济性，大量长桨叶机组被应用于此类风场。然而与普通风场相比，复杂风场更容易出现负向风剪切风况，具体特点是随着竖直高度的增加，风速呈现逐渐减小的趋势。较强的负向风剪切不仅显著增大风轮面的不平衡载荷，增加主轴和齿轮箱的等效疲劳载荷，而且更容易造成因净空不足桨叶扫塔的情况，严重危害整机安全。

发明内容

本发明主要是为了解决强负向风剪切风况下，桨叶由于净空不足容易扫塔的问题，提供了一种风电机组保护方法，通过机载式激光测风雷达实时监测竖直风剪切，在强负向风剪切风况下，风电机组根据评估得到的竖直风剪切采取保护动作，避免由于桨叶净空不足造成扫塔事故。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种风电机组保护方法，包括以下步骤：步骤S1)在风力发电机机舱顶上安装机载式激光测风雷达；步骤S2)设置竖直风剪切的监测周期、第一竖直风剪切阈值、第二竖直风剪切阈值和次数预设值，所述第一竖直风剪切阈值小于所述第二竖直风剪切阈值；步骤S3)通过机载式激光测风雷达获取原始径向风速；步骤S4)根据原始径向风速获得光束面风速；步骤S5)根据光束面风速和光束面竖直高度获得实时竖直风剪切；步骤S6)在一个竖直风剪切的监测周期内，判断步骤S5获得的竖直风剪切是否小于第一竖直风剪切阈值，若是，返回步骤S3；若否，执行步骤S7；步骤S7)在所述竖直风剪切的监测周期内，判断步骤S5获得的竖直风剪切是否小于第二竖直风剪切阈值，若是，执行步骤S8；若否，风电机组执行停机指令；步骤S8)在所述竖直风剪切的监测周期内，判断步骤S5获得的竖直风剪切满足大于第一竖直风剪切阈值且小于第二竖直风剪切阈值的次数是否大于次数预设值，若否，返回步骤S3；若是，执行步骤S9；步骤S9)在原有最优桨距角的基础上实时叠加补偿预设值，直至在下一个监测周期内步骤S5获得的竖直风剪切始终小于第一竖直风剪切阈值，然后返回执行步骤S3。首先在风力发电机机舱顶上安装机载式激光测风雷达；然后在风电机组的监测系统内设置竖直风剪切监测周期、第一竖直风剪切阈值、第二竖直风剪切阈值和次数预设值，所述第一竖直风剪切阈值小于所述第二竖直风剪切阈值；机载式激光测风雷达包括但不限于机载式连续波激光测风雷达、机载式脉冲波激光测风雷达，雷达交替发射四条光束，然后获得各光束在某一测量距离上的实时原始径向风速，测量距离包括但不限于一个或多个，四条光束包括第一光束、第二光束、第三光束和第四光束，第一光束与第二光束组成上光束面，第三光束与第四光束组成下光束面，原始径向风速包括第一光束测得的第一径向风速、第二光束测得的第二径向风速、第三光束测得的第三径向风速，以及第四光束测得的第四径向风速；接着根据实时原始径向风速获得实时光束面风速，即根据第一径向风速和第二径向风速获得上光束面风速，根据第三径向风速和第四径向风速获得下光束面风速；再根据实时光束面风速和光束面竖直高度获得实时竖直风剪切，即根据上光束面风速、下光束面风速、上光束面竖直高度、下光束面竖直高度获得实时竖直风剪切；最后，在某一个监测周期内，将获得的实时竖直风剪切的绝对值与第一竖直风剪切阈值和第二竖直风剪切阈值对比，若实时竖直风剪切的绝对值小于第一竖直风剪切阈值，则风电机组照常工作，不执行额外控制指令，且重新评估实时竖直风剪切；若实时竖直风剪切的绝对值大于第一竖直风剪切阈值且小于第二竖直风剪切阈值，则判断在此监测周期内，实时竖直风剪切绝对值满足大于第一竖直风剪切阈值且小于第二竖直风剪切阈值的次数是否大于次数预设值，若否，则风电机组照常工作，不执行额外控制指令，且重新评估实时竖直风剪切；若是，则风电机组在原有最优桨距角的基础上实时叠加补偿预设值，直至在下一个监测周期内，获得的实时竖直风剪切绝对值始终小于第一竖直风剪切阈值，然后停止叠加，风电机组重新评估实时竖直风剪切；若实时竖直风剪切绝对值大于第二竖直风剪切阈值，则风电机组停止工作。本发明通过机载式激光测风雷达实时监测竖直风剪切，在强负向风剪切风况下，风电机组根据评估得到的竖直风剪切采取保护动作，避免由于桨叶净空不足造成扫塔事故，起到一定的保护作用，延长了风电机组的使用寿命。同时，本发明无需额外安装净空监测雷达，使用设备少，步骤简单，实时性高。