風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的發(fā)展，可再生能源的關(guān)注和利用程度日益增加，其中，風(fēng)力發(fā)電是一種 已經(jīng)發(fā)展相對成熟的能源技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電要求有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，因此控制風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)日益受到關(guān)注。
[0003] 現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)缺少監(jiān)控裝置，無法隨時掌握設(shè)備運(yùn)行狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和控制方法，旨在解決現(xiàn)有的風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)缺少監(jiān)控裝置，無法隨時掌握設(shè)備運(yùn)行狀況的問題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)包括：
[0006] 風(fēng)速儀，通過測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)；
[0007] 仲裁器，與風(fēng)速儀連接，從風(fēng)速儀接收風(fēng)速數(shù)據(jù)，基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測，并 基于風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模式控制 器或應(yīng)急模式控制器；
[0008] 正常模式控制器，與仲裁器連接，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功 率進(jìn)彳T控制；
[0009] 應(yīng)急模式控制器，與仲裁器連接，首先將葉輪轉(zhuǎn)速限制到安全范圍之內(nèi)，隨后控制 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率達(dá)到最大值；
[0010] 監(jiān)控裝置，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連接，用于實(shí)時監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)，為工作 人員提供保養(yǎng)依據(jù)；
[0011] 監(jiān)控裝置耦接于電腦系統(tǒng)，包括：
[0012] 第一電路，具有主通訊接口和第一從屬通訊接口，第一電路經(jīng)由主通訊接口接收 多個溫度信號，并根據(jù)每一個溫度信號分別控制對應(yīng)的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，以及接收每一個風(fēng)扇 的轉(zhuǎn)速信號，第一電路經(jīng)由第一從屬通訊接口耦接于電腦系統(tǒng)，并且從電腦系統(tǒng)接收至少 一系統(tǒng)狀態(tài)信號；及第二電路，其具有第二從屬通訊接口，第二電路經(jīng)由第二從屬通訊接口 耦接于第一電路的主通訊接口，第二電路從第一電路接收一功能選擇信號、溫度信號、轉(zhuǎn)速 信號及至少系統(tǒng)狀態(tài)信號，并且依據(jù)功能選擇信號，顯示每一個溫度信號和每一個轉(zhuǎn)速信 號所對應(yīng)的數(shù)值及系統(tǒng)狀態(tài)信號所對應(yīng)的狀態(tài)燈號；其中第一電路包括功能選擇開關(guān)及第 一處理器，第一處理器耦接于主通訊接口和第一從屬通訊接口，功能選擇開關(guān)耦接于第一 處理器，第一處理器從功能選擇開關(guān)接收功能選擇信號，并將功能選擇信號轉(zhuǎn)送至第二電 路；其中主通訊接口、第一從屬通訊接口及第二從屬通訊接口為具有兩支腳位的內(nèi)部整合 電路序列總線。
[0013] 進(jìn)一步，風(fēng)速儀安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙的正上方，仲裁器、正常模式控制器和 應(yīng)急模式控制器安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙中。
[0014] 進(jìn)一步，仲裁器包括用于對從風(fēng)速儀接收的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的低通濾波單元。
[0015] 進(jìn)一步，仲裁器從風(fēng)速數(shù)據(jù)中選取一個時間段的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊列Vn-k、…、Vn-1、 Vn，從風(fēng)速數(shù)據(jù)隊列中選取最大值Vmax、最小值Vmin并記錄對應(yīng)的時刻I和J，計算
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)包括： 風(fēng)速儀，通過測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)； 仲裁器，與風(fēng)速儀連接，從風(fēng)速儀接收風(fēng)速數(shù)據(jù)，基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測，并基于 風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模式控制器或 應(yīng)急模式控制器； 正常模式控制器，與仲裁器連接，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率進(jìn) 行控制； 應(yīng)急模式控制器，與仲裁器連接，首先將葉輪轉(zhuǎn)速限制到安全范圍之內(nèi)，隨后控制風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組的輸出功率達(dá)到最大值； 監(jiān)控裝置，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連接，用于實(shí)時監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)，為工作人員 提供保養(yǎng)依據(jù)； 監(jiān)控裝置耦接于電腦系統(tǒng)，包括： 第一電路，具有主通訊接口和第一從屬通訊接口，第一電路經(jīng)由主通訊接口接收多個 溫度信號，并根據(jù)每一個溫度信號分別控制對應(yīng)的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，以及接收每一個風(fēng)扇的轉(zhuǎn) 速信號，第一電路經(jīng)由第一從屬通訊接口耦接于電腦系統(tǒng)，并且從電腦系統(tǒng)接收至少一系 統(tǒng)狀態(tài)信號；及第二電路，其具有第二從屬通訊接口，第二電路經(jīng)由第二從屬通訊接口耦接 于第一電路的主通訊接口，第二電路從第一電路接收一功能選擇信號、溫度信號、轉(zhuǎn)速信號 及至少系統(tǒng)狀態(tài)信號，并且依據(jù)功能選擇信號，顯示每一個溫度信號和每一個轉(zhuǎn)速信號所 對應(yīng)的數(shù)值及系統(tǒng)狀態(tài)信號所對應(yīng)的狀態(tài)燈號；其中第一電路包括功能選擇開關(guān)及第一處 理器，第一處理器耦接于主通訊接口和第一從屬通訊接口，功能選擇開關(guān)耦接于第一處理 器，第一處理器從功能選擇開關(guān)接收功能選擇信號，并將功能選擇信號轉(zhuǎn)送至第二電路；其 中主通訊接口、第一從屬通訊接口及第二從屬通訊接口為具有兩支腳位的內(nèi)部整合電路序 列總線。
2. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，風(fēng)速儀安裝在風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組的機(jī)艙的正上方，仲裁器、正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 機(jī)艙中。
3. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，仲裁器包括用于對從風(fēng) 速儀接收的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的低通濾波單元。
4. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，仲裁器從風(fēng)速數(shù)據(jù)中選 取一個時間段的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊列Vn-k、…、Vn-l、Vn，從風(fēng)速數(shù)據(jù)隊列中選取最大值Vmax、最 小值Vmin并記錄對應(yīng)的時刻I和J，計算
，如果|m| > = |f|且|I-j| >p，則 將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為真，否則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為假，其中，n和k為正整數(shù)，n大于等于3且大于k，f和p為預(yù)先設(shè)置的閾值； Vmax和Vmin不唯一，則仲裁器記錄|I-j|最小的I和J; 仲裁器采用先進(jìn)先出滾動策略來實(shí)時更新風(fēng)速數(shù)據(jù)隊列，并基于更新的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊列 重新確定風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志的真假； 當(dāng)風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為真時，仲裁器計算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出 功率的變化率，如果計算的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率中的至少一個大于預(yù) 定閾值，則仲裁器切斷正常模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入應(yīng)急模式控制器來 對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制； 仲裁器還接收正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器的反饋信號； 當(dāng)風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為假時，仲裁器將正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器的反饋信號 與它們各自的設(shè)定的控制輸入進(jìn)行比較，如果正常模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸 入之間的差值以及應(yīng)急模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值均處于允許 范圍之內(nèi)時，則仲裁器切斷應(yīng)急模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入正常模式控制 器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。
5. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法包括以下步驟： (a) 通過測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)； (b) 基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測； (c) 基于風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模 式控制器或應(yīng)急模式控制器。
6. 如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，步驟（b)包括：從風(fēng)速 數(shù)據(jù)中選取一個時間段的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊列Vn-k、…、Vn-1、Vn，從風(fēng)速數(shù)據(jù)隊列中選取最大 值Vmax、最小值Vmin并記錄對應(yīng)的時刻I和J，計算
如果|m|>= |f|且 I-JI>P，則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為真，否則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為假，其中，n和k為正整數(shù)，n大于等于3且大于k，f和p為預(yù)先設(shè)置的閾值。
7. 如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，步驟（b)還包括：如果 Vmax和Vmin不唯一，則仲裁器記錄|I-j|最小的I和J。
8. 如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，步驟（b)還包括：采用先 進(jìn)先出滾動策略來實(shí)時更新風(fēng)速數(shù)據(jù)隊列，并基于更新的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊列重新確定風(fēng)速突變 預(yù)警標(biāo)志的真假。
9. 如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，步驟（c)包括：當(dāng)風(fēng)速突 變預(yù)警標(biāo)志為真時，計算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率； 如果計算的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率中的至少一個大于預(yù)定閾值，則 切斷正常模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入應(yīng)急模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn) 行控制。
10. 如權(quán)利要求9所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，還包括以下步驟： (d) 當(dāng)在投入應(yīng)急模式控制器之后風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志變?yōu)榧贂r，將正常模式控制器和 應(yīng)急模式控制器的反饋信號與它們各自的設(shè)定的控制輸入進(jìn)行比較； (e) 如果正常模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值以及應(yīng)急模式控制 器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值均處于允許范圍之內(nèi)時，則切斷應(yīng)急模式控制 器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入正常模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。
【專利摘要】本發(fā)明公開了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和控制方法，包括：風(fēng)速儀，通過測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)；仲裁器，從風(fēng)速儀接收風(fēng)速數(shù)據(jù)，基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測，并基于風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模式控制器或應(yīng)急模式控制器；正常模式控制器，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率進(jìn)行控制；應(yīng)急模式控制器，首先將葉輪轉(zhuǎn)速限制到安全范圍之內(nèi)，隨后控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率達(dá)到最大值；監(jiān)控裝置，用于實(shí)時監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)，為工作人員提供保養(yǎng)依據(jù)。本發(fā)明有利于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組更好的工作，提高發(fā)電效率，同時彌補(bǔ)了沒有監(jiān)控裝置的空白。
【IPC分類】F03D7-00
【公開號】CN104775985
【申請?zhí)枴緾N201510158240
【發(fā)明人】任小勇, 馮黎成, 方占萍, 程明杰
【申請人】酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月2日