風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低溫空載運(yùn)行加熱控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低溫空載運(yùn)行條件下的加熱控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的風(fēng)資源基本都集中在北部地區(qū)(東北、華北、西北)，風(fēng)資源季節(jié)性分布也很不平衡，基本都集中在秋季、冬季和春季。秋冬季節(jié)氣溫寒冷，齒輪箱長時(shí)間停機(jī)后齒輪箱油溫很低，潤滑油的粘稠性變大，重新啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)難以達(dá)到啟動(dòng)條件。同時(shí)，常規(guī)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)易造成潤滑系統(tǒng)部件損壞，造成機(jī)組啟動(dòng)困難或?qū)е鹿收稀Ｄ壳?，現(xiàn)有技術(shù)中的低溫啟動(dòng)系統(tǒng)和方法都不能兼顧低溫啟動(dòng)過程中油泵電機(jī)的安全性，同時(shí)保證低溫安全啟動(dòng)所耗的時(shí)間最少。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，與本發(fā)明申請較為相近的主要有以下技術(shù)方案:
現(xiàn)有技術(shù)I為由國電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司于2013年04月11日申請，并于2013年07月10日公開，公開號為CN103195652A的中國發(fā)明專利申請《一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低溫啟動(dòng)控制方法》。該發(fā)明公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低溫啟動(dòng)控制方法，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速后，機(jī)組由于齒輪箱油溫低或發(fā)電機(jī)繞組溫度低而不滿足啟動(dòng)條件時(shí)，機(jī)組從待機(jī)模式進(jìn)入冷啟動(dòng)模式，齒輪箱加熱器及發(fā)電機(jī)加熱器開啟，同時(shí)風(fēng)機(jī)槳葉打開一定角度，使風(fēng)輪以某一速度空轉(zhuǎn)(不發(fā)電)，利用機(jī)組的旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)齒輪箱的潤滑油和潤滑脂，加快潤滑油、潤滑脂的升溫，還可利用潤滑油泵加快潤滑油的循環(huán)，加快潤滑油加熱，冷啟動(dòng)模式可以根據(jù)機(jī)組及外部條件自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行模式、停機(jī)模式或待機(jī)模式。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)2為由陳景新于2011年12月發(fā)表在《能源工程》2011年第6期36至39頁的論文《風(fēng)電主齒箱系統(tǒng)低溫待機(jī)方案的研究》。該論文對風(fēng)機(jī)齒輪箱系統(tǒng)待機(jī)時(shí)齒輪箱的加熱及散熱過程進(jìn)行了計(jì)算，對循環(huán)周期內(nèi)各時(shí)段潤滑油的溫度進(jìn)行推算，并對風(fēng)機(jī)待機(jī)下齒輪箱的加熱及電動(dòng)泵的啟動(dòng)作了一定的分析，提出了在風(fēng)機(jī)待機(jī)時(shí)更改電動(dòng)泵的啟動(dòng)周期來維持電動(dòng)泵的正常工作。
[0005]但是無論是現(xiàn)有技術(shù)1，還是現(xiàn)有技術(shù)2都未充分考慮風(fēng)機(jī)齒輪箱潤滑油在低溫粘稠時(shí)如何實(shí)現(xiàn)電動(dòng)泵啟動(dòng)準(zhǔn)確控制的技術(shù)問題，不合理的啟動(dòng)電動(dòng)泵會造成泵的損壞。電動(dòng)泵電機(jī)在過載時(shí)會產(chǎn)生較大電流，而在正常情況下電動(dòng)泵是否過載的原因主要包括:潤滑油的粘稠度及油路冷卻結(jié)構(gòu)情況。根據(jù)粘稠度的定義(液體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)所受到的阻力)可以分析出，潤滑油溫高低、潤滑油類型都對粘稠度的大小有直接影響，油路冷卻結(jié)構(gòu)對潤滑油在運(yùn)動(dòng)過程中受到阻力也有直接影響?，F(xiàn)有技術(shù)I中只提到了齒輪箱油溫達(dá)到o°c時(shí)，啟動(dòng)潤滑油泵，不能準(zhǔn)確判斷0°c啟動(dòng)電動(dòng)泵是否會過載，以及能否在o°c以下安全啟動(dòng)電機(jī)，從而縮短啟動(dòng)時(shí)間。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)在風(fēng)機(jī)進(jìn)入低溫啟動(dòng)前未考慮風(fēng)機(jī)能否安全進(jìn)入該狀態(tài)?，F(xiàn)有技術(shù)I中提到了風(fēng)機(jī)低溫時(shí)啟動(dòng)變槳，使風(fēng)機(jī)空轉(zhuǎn)，但此時(shí)如果風(fēng)機(jī)還存在啟動(dòng)故障，空轉(zhuǎn)可能使風(fēng)機(jī)導(dǎo)致嚴(yán)重問題，如在空轉(zhuǎn)時(shí)變槳電池故障，若發(fā)生風(fēng)機(jī)斷電，風(fēng)機(jī)會存在不能停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn).而對于現(xiàn)有技術(shù)2，同樣利用油溫來控制電動(dòng)泵的運(yùn)行，其只考慮了風(fēng)機(jī)待機(jī)時(shí)(即不斷電時(shí))風(fēng)機(jī)電動(dòng)泵的控制，也同樣存在與現(xiàn)有技術(shù)I的技術(shù)問題。
[0006]因此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上技術(shù)問題，需要對高寒地區(qū)齒輪箱潤滑系統(tǒng)低溫啟動(dòng)控制系統(tǒng)及控制方法進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低溫空載運(yùn)行加熱控制系統(tǒng)及方法，確保風(fēng)機(jī)低溫啟動(dòng)過程的安全運(yùn)行，保證風(fēng)機(jī)齒輪箱潤滑電動(dòng)泵不受損壞，加快風(fēng)機(jī)在低溫情況下的啟動(dòng)過程，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高風(fēng)機(jī)發(fā)電量。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低溫空載運(yùn)行加熱控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低溫空載運(yùn)行加熱控制系統(tǒng)，包括:控制系統(tǒng)、電動(dòng)泵和加熱系統(tǒng)。當(dāng)齒輪箱的油溫低于一定值，齒輪箱潤滑系統(tǒng)進(jìn)入低溫啟動(dòng)狀態(tài)后，所述控制系統(tǒng)控制槳葉變槳至一定角度，維持齒輪箱空載旋轉(zhuǎn)以攪拌潤滑油，并使得齒輪箱的油溫均勻升高，直到齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在設(shè)定值時(shí)，所述控制系統(tǒng)開啟所述加熱系統(tǒng)對所述齒輪箱進(jìn)行加熱。當(dāng)齒輪箱的油溫達(dá)到最低啟機(jī)油溫后，所述控制系統(tǒng)預(yù)啟動(dòng)所述電動(dòng)泵至低速狀態(tài)，并對所述電動(dòng)泵的負(fù)載電流進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)所述電動(dòng)泵的負(fù)載電流不能滿足齒輪箱潤滑系統(tǒng)的啟動(dòng)條件時(shí)，風(fēng)電機(jī)組繼續(xù)空載旋轉(zhuǎn)并保持對齒輪箱進(jìn)行加熱，此后所述控制系統(tǒng)每隔一定時(shí)間預(yù)啟動(dòng)一次所述電動(dòng)泵。當(dāng)所述電動(dòng)泵的負(fù)載電流滿足齒輪箱潤滑系統(tǒng)的啟動(dòng)條件時(shí)，所述電動(dòng)泵停止工作，齒輪箱潤滑系統(tǒng)退出低溫啟動(dòng)狀態(tài)并正常啟動(dòng)，風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行。
[0009]優(yōu)選的，所述風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)條件滿足齒輪箱的油壓達(dá)到一定值，需要啟動(dòng)電動(dòng)泵至高速狀態(tài)時(shí)，所述控制系統(tǒng)對所述電動(dòng)泵的負(fù)載電流進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)負(fù)載電流小于過載電流時(shí)，所述電動(dòng)泵正常啟動(dòng)至高速狀態(tài)，否則電動(dòng)泵持續(xù)運(yùn)行在低速狀態(tài)直到滿足聞速狀態(tài)的運(yùn)彳丁條件。
[0010]優(yōu)選的，當(dāng)所述齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在不低于300rpm的設(shè)定值時(shí)，所述控制系統(tǒng)開啟所述加熱系統(tǒng)對所述齒輪箱的潤滑油和所述電動(dòng)泵的進(jìn)油口進(jìn)行加熱，并對所述加熱系統(tǒng)的加熱時(shí)間進(jìn)行定時(shí)；如果設(shè)定的加熱時(shí)間到達(dá)，所述風(fēng)電機(jī)組仍然處于齒輪箱的油溫過低故障中，則風(fēng)電機(jī)組低溫啟動(dòng)失效。
[0011]優(yōu)選的，當(dāng)所述齒輪箱的油溫到達(dá)-5°c，且加熱系統(tǒng)的加熱時(shí)間在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)，所述控制系統(tǒng)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)預(yù)啟動(dòng)所述電動(dòng)泵至低速狀態(tài)，對所述電動(dòng)泵的負(fù)載電流進(jìn)行監(jiān)測，并在此后每隔8?12分鐘預(yù)啟動(dòng)一次所述電動(dòng)泵。
[0012]優(yōu)選的，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組停機(jī)后，所述風(fēng)電機(jī)組在自檢狀態(tài)下對風(fēng)機(jī)狀態(tài)、故障信息，以及齒輪箱的油溫進(jìn)行判斷，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組除了齒輪箱的油溫低于一定閾值外，滿足正常啟機(jī)的其他條件時(shí)，所述風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入齒輪箱潤滑系統(tǒng)低溫啟動(dòng)狀態(tài)，所述控制系統(tǒng)通過PID變槳閉環(huán)控制使所述齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在設(shè)定值。所述齒輪箱進(jìn)一步包括機(jī)械泵，齒輪箱工作帶動(dòng)機(jī)械泵運(yùn)行，所述機(jī)械泵輔助所述齒輪箱攪拌潤滑油；如果所述風(fēng)電機(jī)組在齒輪箱潤滑系統(tǒng)低溫啟動(dòng)過程中發(fā)生故障，則風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入故障停機(jī)狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明還另外具體提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低溫空載運(yùn)行加熱控制方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低溫空載運(yùn)行加熱控制方法，包括以下步驟:
SlOl:當(dāng)齒輪箱的油溫低于一定值，齒輪箱潤滑系統(tǒng)進(jìn)入低溫啟動(dòng)狀態(tài)后，風(fēng)電機(jī)組的槳葉變槳至一定角度，維持齒輪箱空載旋轉(zhuǎn)以攪拌潤滑油，并使得齒輪箱的油溫均勻升聞;
S102:當(dāng)所述齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在設(shè)定值時(shí)，加熱系統(tǒng)對所述齒輪箱進(jìn)行加執(zhí).S103:當(dāng)齒輪箱的油溫達(dá)到最低啟機(jī)油溫后，預(yù)啟動(dòng)電動(dòng)泵至低速狀態(tài)，并對所述電動(dòng)泵的負(fù)載電流進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)所述電動(dòng)泵的負(fù)載電流不能滿足齒輪箱潤滑系統(tǒng)的啟動(dòng)條件時(shí)，風(fēng)電機(jī)組繼續(xù)空載旋轉(zhuǎn)并保持對齒輪箱進(jìn)行加熱，此后所述電動(dòng)泵每隔一定時(shí)間預(yù)啟動(dòng)一次；
S104:當(dāng)所述電動(dòng)泵的負(fù)載電流滿足齒輪箱潤滑系統(tǒng)的啟動(dòng)條件時(shí)，所述電動(dòng)泵停止工作，齒輪箱潤滑系統(tǒng)退出低溫啟動(dòng)狀態(tài)并正常啟動(dòng)，風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行。
[0014]優(yōu)選的，所述控制方法還包括步驟S105，該步驟進(jìn)一步包括以下過程:
在所述風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)條件滿足齒輪箱的油壓達(dá)到一定值，需要啟動(dòng)電動(dòng)泵于高速狀態(tài)時(shí)，對所述電動(dòng)泵的負(fù)載電流進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)負(fù)載電流小于過載電流時(shí)，所述電動(dòng)泵正常啟動(dòng)至高速狀態(tài)，否則電動(dòng)泵持續(xù)運(yùn)行在低速狀態(tài)直到滿足高速狀態(tài)的運(yùn)行條件。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟S102進(jìn)一步包括以下過程:
通過PID變槳閉環(huán)控制使所述齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在設(shè)定值，同時(shí)機(jī)械泵輔助所述齒輪箱攪拌潤滑油。當(dāng)所述齒輪箱的高速軸轉(zhuǎn)速維持在不低于300rpm的設(shè)定值時(shí)，所述加熱系統(tǒng)對所述齒輪箱的潤滑油和所述電動(dòng)泵的進(jìn)油口進(jìn)行加熱，并對所述加熱系統(tǒng)的加熱時(shí)間進(jìn)行定時(shí)。如果定時(shí)的加熱時(shí)間到達(dá)，所述風(fēng)電機(jī)組仍然處于齒輪箱的油溫過低故障中，則風(fēng)電機(jī)組低溫啟動(dòng)失效。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟S103進(jìn)一步包括以下過程:
當(dāng)所述齒輪箱的油溫到達(dá)_5°C，且加熱系統(tǒng)的加熱時(shí)間在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)，所述電動(dòng)泵在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)預(yù)啟動(dòng)至低速