1.本发明涉及风力发电机转动监测保护技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组转速监测及保护方法。
背景技术：2.对于风力发电机组，风轮转速是最重要的状态量之一，机组的并网控制、桨角控制、超速保护等，都是基于测量到的转速来实现的。尤其机组的超速保护，直接涉及到机组的安全。
3.对于直驱风力发电机组，一般配置两套测速系统，一套为基于安装在风轮中心轴上的滑环编码器的直接测速系统，一套为基于变流器通过永磁发电机定子侧电磁特性的计算测速系统。虽然发电机并网以后，变流器计算出的转速很精确，但未并网前低转速时，变流器计算出的转速误差却很大，所以，现行主流的控制用转速使用方式是：并网前使用编码器直接测量的转速，并网后使用变流器计算的转速，也可二选一使用。
4.并网后，若变流器计算转速出现问题，则说明变流器采集的涉网变量出现了问题，这将导致变流器使用这些变量进行并网控制出现问题，最终必然导致变流器报错，机组保护停机。但在并网前，若此时转速测量出现明显偏差或者某些原因导致未检测到转速，例如滑环编码器损坏或者断线，由于主控系统检测到的转速＝0rpm或者偏低，则主控系统会继续控制变桨系统开桨来提升转速，直到真实转速已经超速，但机组的超速保护因为接受不到真实转速而无法保护，最终导致飞车事故发生。
技术实现要素：5.本发明所要解决的技术问题是，提供一种风力发电机组转速监测及保护方法，能够保证机组在并网前无超速风险，并可及时发现转速采集系统存在的异常，确保机组运行的安全。
6.本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
7.一种风力发电机组转速监测及保护方法，具体包括以下步骤：
8.步骤a：获得机组并网前的最大容许转速ω
max
，保护动作转速ω
pro
，保护动作延时t
pro
；
9.步骤b：根据机组的参数，得到关系式θ＝g(v)，得到保护动作最小风速v
min
；
10.步骤c：采集风速v
act
，将其折算到标准空气密度下的风速v
sta
；
11.步骤d：求得在风速v
act
下对应的最小桨角θ
min
；设定启机时，限制变桨角度不小于最小桨角θ
min
；
12.步骤e：监测对比；
13.将标准空气密度下的风速v
sta
与保护动作最小风速v
min
进行比对；根据风速对比情况，将实际测量的转速ω
rot
与保护动作转速ω
pro
进行对比；根据转速对比情况，判断实际测量的转速ω
rot
是否存在异常，若有则触发保护停机。
14.在一些可能的实施方式中，所述步骤b中并网前的最大容许转速ω
max
时对应的桨角θ，具体计算方法为：
[0015][0016][0017][0018]
其中，ρ0为标准空气密度；
[0019]
s为风轮扫风面积；
[0020]
v为标准空气密度下的风速；
[0021]cp
为风能吸收系数；
[0022]
λ为叶尖速比；
[0023]
mω
max
为风能将机组空转拖动到ω
max
需要的功率；
[0024]
r为风轮扫风半径。
[0025]
在一些可能的实施方式中，所述步骤c的具体计算方法为：
[0026][0027]
其中，ρ为当前空气密度。
[0028]
在一些可能的实施方式中，所述并网前的最大容许转速ω
max
设置为机组的硬件超速转速的0.9-1.0倍。
[0029]
在一些可能的实施方式中，所述机组并网前的保护用转速ω
pro
设置为机组的并网转速的0.5-1.0倍。
[0030]
在一些可能的实施方式中，标准空气密度下的风速v
sta
使用30s均值，乘以安全系数来进行计算，安全系数取1.0-1.2之间。
[0031]
在一些可能的实施方式中，所述步骤e具体是指：
[0032]
若v
sta
＜v
min
，不触发保护停机；
[0033]
若v
sta
≥v
min
，但不同时满足实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，及延时超过保护动作延时t
pro
时，不触发保护停机；
[0034]
若v
sta
≥v
min
，且同时满足实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，及延时超过保护动作延时t
pro
时，触发保护停机。
[0035]
在一些可能的实施方式中，在所述步骤e中：
[0036]
当v
sta
＜v
min
时，执行步骤e1：
[0037]
若机组未并网，重复执行步骤b-步骤e，继续监测；
[0038]
否则，退出监测及保护；
[0039]
当v
sta
≥v
min
时，执行步骤e2：
[0040]
若实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，且持续时间超过保护动作延时t
pro
，触发保护停机；
[0041]
否则，继续执行步骤e1。
[0042]
在一些可能的实施方式中，步骤d中求得在风速v
act
下对应的最小桨角θ
min
，具体是指将风折算到标准空气密度下的风速v
sta
代入公式(3)中，计算转速为并网前的最大容许转速ω
max
时对应的最小桨角θ
min
时，求解得到多个值时，最小桨角θ
min
取最大值。
[0043]
在一些可能的实施方式中，在步骤b中，关系式θ＝g(v)求解得到唯一值时，其所对应的风速为保护动作最小风速v
min
。
[0044]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0045]
本发明能够保证机组在并网前无超速风险，并可及时发现转速采集系统存在的异常，确保机组的安全；
[0046]
本发明能确保机组风轮测速系统出现问题时，机组无超速风险，保证机组的安全，能提前发现问题触发保护停机；
[0047]
本发明相比现有技术实现比较方便，在主控制器内本方案即可实现，无需增加硬件成本。
附图说明
[0048]
图1为本发明的工作流程框图；
具体实施方式
[0049]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本技术所提及的
″
第一
″
、
″
第二
″
以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，
″
一个
″
或者
″
一
″
等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本技术实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0050]
下面对本发明进行详细说明。
[0051]
如图1所示：
[0052]
一种风力发电机组转速监测及保护方法，具体包括以下步骤：
[0053]
步骤a：获得机组并网前的最大容许转速ω
max
，保护动作转速ω
pro
，保护动作延时t
pro
；
[0054]
步骤b：根据机组的参数，得到关系式θ＝g(v)，得到保护动作最小风速v
min
；在步骤b中，关系式θ＝g(v)求解得到唯一值时，其所对应的风速为保护动作最小风速v
min
。
[0055]
所述步骤b中并网前的最大容许转速ω
max
时对应的桨角θ，是指通过风能将机组空转拖动到ω
max
需要的功率、叶尖速比、风速v
act
计算得到最小桨角θ，具体计算方法为：
[0056]
[0057][0058][0059]
其中，ρ0为标准空气密度；
[0060]
s为风轮扫风面积；
[0061]
v为标准空气密度下的风速；
[0062]cp
为风能吸收系数；
[0063]
λ为叶尖速比；
[0064]
mω
max
为风能将机组空转拖动到ω
max
需要的功率；
[0065]
r为风轮扫风半径。
[0066]
步骤c：采集风速v
act
，将其折算到标准空气密度下的风速v
sta
，其具体计算方法为：
[0067][0068]
其中，ρ为当前空气密度。
[0069]
步骤d：求得在风速v
act
下对应的最小桨角θ
min
；设定启机时，限制变桨角度不小于最小桨角θ
min
；
[0070]
在步骤d中求得在风速v
act
下对应的最小桨角θ
min
，具体是指将采集的风速v
act
折算到标准空气密度下的风速v
sta
代入公式(3)中，计算转速为并网前的最大容许转速ω
max
时对应的最小桨角θ
min
时，求解得到多个值时，最小桨角θ
min
取最大值。
[0071]
步骤e：监测对比：
[0072]
将标准空气密度下的风速v
sta
与保护动作最小风速v
min
进行比对；根据风速对比情况，将实际测量的转速ω
rot
与保护动作转速ω
pro
进行对比；根据转速对比情况，判断实际测量的转速ω
rot
是否存在异常，若有则触发保护停机。
[0073]
所述步骤e具体是指：
[0074]
若v
sta
＜v
min
，不触发保护停机；
[0075]
若v
sta
≥v
min
，但不同时满足实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，及延时超过保护动作延时t
pro
时，不触发保护停机；
[0076]
若v
sta
≥v
min
，且同时满足实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，及延时超过保护动作延时t
pro
时，触发保护停机。
[0077]
在所述步骤e中：
[0078]
当v
sta
＜v
min
时，执行步骤e1：
[0079]
若机组未并网，重复执行步骤b-步骤e，继续监测；
[0080]
否则，退出监测及保护；
[0081]
当v
sta
≥v
min
时，执行步骤e2：
[0082]
若实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，且持续时间超过保护动作延时t
pro
，触发保护停机；
[0083]
否则，继续执行步骤e1。
[0084]
即：在所述步骤e：当v
sta
＜v
min
时，执行步骤e1；
[0085]
步骤e1：若机组未并网，重复执行步骤b-步骤d，继续监测；
[0086]
否则：当机组已并网，退出监测及保护。
[0087]
在一些可能的实施方式中，在所述步骤e中，当v
sta
≥v
min
时，执行步骤e2；
[0088]
步骤e2：若实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，且持续时间超过保护动作延时t
pro
，触发保护停机；
[0089]
否则：
[0090]
当实际转速ω
rot
＞保护动作转速ω
pro
；
[0091]
或者实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，但延时没有超过保护动作延时t
pro
时；
[0092]
均继续执行步骤e1。
[0093]
如，实际参数设置如下：机组并网前的最大容许转速ω
max
＝10rpm，机组并网前的保护用转速ω
pro
＝3rpm，经过计算得出保护动作风速v
min
＝5m/s；
[0094]
当实际采集到的风速折算到标准空气密度下的v
sta
＝4m/s，此时无论桨角在任何位置，因为风的能量不够，无论如何风轮实际转速ω
rot
都不可能到10rpm，所以没有超速风险，不用对桨角进行限制(即，不存在最小桨角θ
min
，也不用限制桨角)，不用激活保护逻辑；
[0095]
当实际采集到的风速折算到标准空气密度下的v
sta
＝8m/s，由于对最小桨角θ
min
进行了限制，比如最小桨角θ
min
＝20
°
，主控不再让变桨桨角更小，等于限制了风能量，这个桨角对应的能量最多就是把风轮实际转速ω
rot
提高到机组并网前的最大容许转速10rpm，所以避免了超速风险。但是，实际转速ω
rot
持续超过了保护动作延时t
pro
，实际转速ω
rot
还到不了3m/s，说明转速采集有问题，触发保护停机。
[0096]
在一些可能的实施方式中，所述并网前的最大容许转速ω
max
设置为机组的硬件超速转速的0.9-1.0倍；
[0097]
在一些可能的实施方式中，所述机组并网前的保护用转速ω
pro
设置为机组的并网转速的0.5-1.0倍；
[0098]
在一些可能的实施方式中，标准空气密度下的风速v
sta
使用30s均值，乘以安全系数来进行上述计算，安全系数取1.0-1.2之间。之所以采用30s均值来进行计算，一方面是由于湍流对风速的影响，导致瞬时风速有较大的波动，另一方面是因为风轮有较大的转动惯量，瞬时风速并不能瞬时提升转速，因此，使用30s均值更能表征短期内风的能量，以此来进行计算更加合理；
[0099]
对于上述并网前的最大容许转速ω
max
、机组并网前的保护用转速ω
pro
、标准空气密度下的风速v
sta
的设置是为了防止保护过于灵敏导致误触发，造成监测不精准。
[0100]
通过使用本发明，能确保机组风轮测速系统出现问题时，机组无超速风险，保证机组的安全，能提前发现问题触发保护停机；采用本发明实现监测比较方便，在主控制器内增加本发明的方法即可实现，无需增加硬件成本。
[0101]
本技术的方法也可扩展到风力发电机组全部运行工况，但考虑到并网以后若变流器计算转速出现问题，则必然导致变流器报错，触发机组保护停机，因此本技术的方法可以不进行扩展。
[0102]
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
技术特征：1.一种风力发电机组转速监测及保护方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤a：获得机组并网前的最大容许转速ω
max
，保护动作转速ω
pro
，保护动作延时t
pro
；步骤b：根据机组的参数，得到关系式θ＝g(v)，得到保护动作最小风速v
min
；步骤c：采集风速v
act
，将其折算到标准空气密度下的风速v
sta
；步骤d：求得在风速v
act
下对应的最小桨角θ
min
；设定启机时，限制变桨角度不小于最小桨角θ
min
；步骤e：监测对比：将标准空气密度下的风速v
sta
与保护动作最小风速v
mtn
进行比对；根据风速对比情况，将实际测量的转速ω
rot
与保护动作转速ω
pro
进行对比；根据转速对比情况，判断实际测量的转速ω
rot
是否存在异常，若有则触发保护停机。2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组转速监测及保护方法，其特征在于，所述步骤b中并网前的最大容许转速ω
max
时对应的桨角θ，具体计算方法为：时对应的桨角θ，具体计算方法为：时对应的桨角θ，具体计算方法为：其中，ρ0为标准空气密度；s为风轮扫风面积；v为标准空气密度下的风速；c
p
为风能吸收系数；λ为叶尖速比；mω
max
为风能将机组空转拖动到ω
max
需要的功率；r为风轮扫风半径。3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组转速监测及保护方法，其特征在于，所述步骤c的具体计算方法为：其中，ρ为当前空气密度。4.根据权利要求1所述的一种风力发电机组转速监测及保护方法，其特征在于，所述并网前的最大容许转速ω
max
设置为机组的硬件超速转速的0.9-1.0倍。5.根据权利要求4所述的一种风力发电机组转速监测及保护方法，其特征在于，所述机组并网前的保护用转速ω
pro
设置为机组的并网转速的0.5-1.0倍。6.根据权利要求5所述的一种风力发电机组转速监测及保护方法，其特征在于，标准空气密度下的风速v
sta
使用30s均值，乘以安全系数来进行计算，安全系数取1.0-1.2之间。7.根据权利要求1-6任一项所述的一种风力发电机组转速监测及保护方法，其特征在于，所述步骤e具体是指：若v
sta
＜v
min
，不触发保护停机；
若v
sta
≥v
min
，但不同时满足实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，及延时超过保护动作延时t
pro
时，不触发保护停机；若v
sta
≥v
min
，且同时满足实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，及延时超过保护动作延时t
pro
时，触发保护停机。8.根据权利要求7所述的一种风力发电机组转速监测及保护方法，其特征在于，在所述步骤e中：当v
sta
＜v
min
时，执行步骤e1：若机组未并网，重复执行步骤b-步骤e，继续监测；否则，退出监测及保护；当v
sta
≥v
min
时，执行步骤e2：若实际转速ω
rot
＜保护动作转速ω
pro
，且持续时间超过保护动作延时t
pro
，触发保护停机；否则，继续执行步骤e1。9.根据权利要求2所述的一种风力发电机组转速监测及保护方法，其特征在于，步骤d中求得在风速v
act
下对应的最小桨角θ
min
，具体是指将标准空气密度下的风速v
sta
代入公式(3)中，计算转速为并网前的最大容许转速ω
max
时对应的最小桨角θ
min
时，求解得到多个值时，最小桨角θ
min
取最大值。10.根据权利要求2所述的一种风力发电机组转速监测及保护方法，其特征在于，在步骤b中，关系式θ＝g(v)求解得到唯一值时，其所对应的风速为保护动作最小风速v
min
。
技术总结本发明涉及风力发电机组转速监测技术领域，具体公开了一种风力发电机组转速监测及保护方法，具体包括以下步骤：获得机组并网前的最大容许转速ω
技术研发人员：邱国祥 杜明慧 何春 余业祥 王子琼 陶海亮 杨斌 刘美峰 张耀辉 任华彬
受保护的技术使用者：东方电气风电股份有限公司
技术研发日：2022.05.07
技术公布日：2022/7/5
