一种风电机组低温快速启机控制方法技术领域
本发明涉及到兆瓦级风力发电机组的控制系统，具体涉及一种风电机组低温快速启动控制方法。
背景技术
我国“三北”地区风资源丰富，目前全国装机总容量的76％分布在这一区域。这些地区有一个共同特征就是冬季温度比较低，最低温度低于－30℃，低温问题是这些风电场所面临的一个共同问题。这种情况下机组的运行工况、零部件的性能、机组的可维护性等方面将发生变化，可能会造成风力发电机组超出了设计允许范围，情况严重时甚至会引起严重的安全事故。所以低温条件影响风电机组的出力特性，对整个风电场的安全生产、经济效益的带来的影响不容忽视。
目前提高风机的低温性能多是在设计、制造方面提高机组的耐低温能力，例如：选购低温型元器件、增加机舱密闭性、添加功率加热器等，这样增加了机组的装机成本。
国家知识产权局于2013年03月27日，公开了一件公开号为CN102996343A，名称为“风电机组控制方法、装置及系统”的发明专利，该发明专利内容涉及一种风电机组控制方法、装置及系统。其中方法包括：获取检测到的低温运行参数；根据检测到的所述低温运行参数判断是否满足低温运行条件；当根据检测到的所述低温运行参数判断出满足所述低温运行条件时，则启动低温运行模式，所述低温运行模式包括：将风电机组的叶片调整至迎风转动状态；当根据检测到的所述低温运行参数判断出不满足所述低温运行条件时，则启动常温运行模式。
为了保证风电机组在低温环境下增加风电机组的正常运行能力，在总结我司近年来在我国北方风电场的安装、建设以及维护经验的基础上，对某些低温影响因素进行了初步分析，使我们对设计工艺重新思考。
一：通过追根求源、数据量化等方式，尽量确保设备能够更好地适应低温环境正常运行；
二：通过对风机控制方法研究，提出一种风电机组空载低转速的控制方法，在合理的条件下来对风电机组进行控制，达到“预热风电机组”的目的。
发明内容
本发明为兆瓦级双馈风力发电机组低温空载低转速控制方法，包括齿轮油温预热和硬件电路板件及元器件预热两种情况，通过对低温空载低转速的功能和安全性保护的设计，以达到冬季风电机组在低温工况下进行“预热处理”，在保证风电机组安全和稳定运行前提的同时，提高风电机组在低温环境下快速并网的目的，如图1所示。
本发明技术方案如下：
一种风电机组低温快速启机控制方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）启机后自检，在风电机组转速提升阶段判断齿轮油温的温度和电路板及元器件的温度是否复合正常启机的条件；
（2）当检测到齿轮油温大于0℃小于正常工作温度，同时电路板及元器件的温度过低无法达到正常启动条件时，切入到空载低转速预热控制状态，使风电机组的高速轴转速在预热转速下进行动态预热控制，对齿轮油和电路板及元器件进行加温；
（3）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过警告时间后，风电机组没有正常工作的时候，在设备控制屏幕上显示警告信息；
（4）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过警戒时间后，风电机组没有正常工作的时候，对风电机组进行停机操作，手动复位；
（5）当检测到齿轮油温度大于或等于正常工作温度，同时电路板及元器件的温度达到正常启动条件时，切出空载低转速预热控制状态，风电机组继续进行转速提升至并网转速，正常并网发电。
步骤（3）所述警告时间为10分钟。
步骤（4）所述警戒时间为2小时。
一种风电机组低温快速启机控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
（1）启机后自检，在风电机组转速提升阶段判断齿轮油温的温度和电路板及元器件的温度是否复合正常启机的条件；
（2）当检测到齿轮油温大于0℃小于正常工作温度，同时电路板及元器件的温度过低无法达到正常启动条件时，切入到空载低转速预热控制状态，使风电机组的高速轴转速在100rpm/min到600rpm/min之间进行动态预热控制，对齿轮油和电路板及元器件进行加温；
（3）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过10分钟后，风电机组没有正常工作的时候，在设备控制屏幕上显示警告信息；
（4）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过2小时后，风电机组没有正常工作的时候，对风电机组进行停机操作，手动复位；
（5）当检测到齿轮油温度大于或等于10℃，同时电路板及元器件的温度达到正常启动条件时，切出空载低转速预热控制状态，风电机组继续进行转速提升至并网转速，正常并网发电。
所述空载低转速预热控制状态的切入需要以下3个条件：
(1)经系统自检风机无任何故障；
(2)齿轮箱油温大于空载低转速预热启动的齿轮油温时，同时小于齿轮油加热启动齿轮油温度；
(3)风电机组30秒内的平均风速大于空载低转速预热启动风速。
一种风电机组低温快速启机控制方法其特征在于还包括：齿轮油温空载低转速预热控制方法和硬件电路板及器件空载低转速等待控制方法。
一、齿轮油温空转预热控制方法
寒冷冬季加热器很难在短时间将齿轮油加热到正常启机温度，根据现场统计来看，齿轮油温度由-10℃加热到10℃大约需要28-30个小时。
a.当齿轮油温加热到空转预热的启机温度时，启动齿轮油温空载低转速预热控制方法，使齿轮油有一定润滑的作用下，通过空负荷旋转摩擦产生的热量来提高齿轮油的加热速度；通过旋转也会使加热器对齿轮油均匀加热，提高加热效率。控制方法具体设计的方案如下：
b.风电机组无故障复位启机后，进行风机自检至转速提升阶段，在转速提升阶段判断此时的齿轮油温度，若此时齿轮油温大于0℃小于10℃时，切入到空载低转速预热控制方法，使风电机组的高速轴转速在100rpm/min-600rpm/min左右进行预热控制；待齿轮油温度大于或等于10℃时，切出空载低转速预热控制，风电机组继续进行转速提升至并网转速，正常并网发电。
c.为了保证风电机组的安全稳定性，根据实际情况调整空转预热转速，空载低转速预设时间长度等参数，在调整参数时，必须了解风电机组塔筒共振区域，齿轮油特性等这些先决条件，再去调整参数的设定，提高齿轮油的加热效率。
d.修改齿轮油过冷的判断条件，增加空载低转速预热超时状态码，低温空转超时2小时触发，手动复位。
北方风电场由于室外温度低(大概-10℃~-30℃)，导致许多电气设备在低温环境下要通过加热器对控制板及元器件进行加热，以保证器件工作温度区间的要求，电气设备加热分为控制板加热和元器件加热，由于板件加热速度和元器件加热速度不同，当控制板加热完成后，风电机组准备并网阶段元器件温度降低，触发“出错”状态码。将该状态复位后，控制板温度却不和要求，触发“加热”状态码。由于控制板件和元器件的加热速率不同，风电机组要经过多次尝试，才满足机组启机并网的条件。具体的方案设计如下：
e.对两个判定逻辑进行了修改。将控制板件加热由原来停机状态码修改为告警状态码，不触发停机。
f.设备元器件加热判断放在主控和变频器握手阶段，当设备元器件温度符合条件则并网，否则执行空载低转速预热控制方法进行空载等待，一旦设备元器件温度满足要求，直接切入并网。
g.在设备元器件加热执行空载低转速预热方法后开始计时，若设备元器件加热10min都不能满足要求，则触发空载低转速预热超时状态码。
所述一种风电机组低温快速启机控制方法还包括：控制模式的参数设置方式和风电机组空转预热的切入方式。
1、控制模式及参数设置方式
增加新参数，功能的开放可通过参数配置来控制；通过控制参数修改，来适应不同的工况，提高低温预热空载低转速功能的普遍适用性；为了确保新功能的安全稳定性，若风电机组超过空载低转速预热控制时间，控制器会通过参数保护值进行停机保护。详细参见图3：
(1)在启动控制模式上，可通过参数设置屏蔽空转功能，1使能，0屏蔽。
(2)增加齿轮油温空转预热超时状态码。
(3)参数设置方式：在后台监控软件的“参数设置”栏内里增加“空载低转速预热运行参数”，可根据风场实际情况设置合适空转运行参数。
2、风电机组空转预热的切入方式
(1)风机无任何故障（不包含齿轮箱油温低及齿轮箱油位低故障）；
(2)空转预热使能值为1，使能为1屏蔽齿轮箱油温低预热状态码，为0恢复该状态码；
(3)齿轮箱油温大于“空载低转速预热启动齿轮油温”，并且小于“齿轮油加热启动齿轮油温度”(该参数一般设为10℃)，或者变频器板件和IGBT都处于加热状态；
(4)风机30s平均风速大于“空载低转速预热启动风速”。
以上4个条件需同时满足后，风机从启机等风状态进入空载低转速预热状态。
3、风电机组空转预热执行流程
风机复位故障，等待风机自检，自检过程中将判断齿轮油温条件，增加空载低转速预热子状态，当齿轮油温不满足并网条件但满足空载低转速预热时，通过控制变桨系统，利用吸收的风能空载旋转，进入空载低转速预热状态，当油温条件满足要求，直接进入升转速阶段，等待并网，不再执行完空载低转速预热后回到风机自检状态。
4、风电机组空转切出方式
(1)齿轮箱油温大于设定的“空载低转速预热停止齿轮油温”，退出空载低转速预热状态，返回提升转速状态；
(2)设备元器件加热满足要求，退出空载低转速预热状态，返回提升转速状态；
(3)空载低转速预热运行时间大于设定的“空载低转速最长时限”(默认2h)，进入空转预热超时停机；
(4)设备元器件加热时间大于10min，进入空载低转速预热超时停机；
(5)风机出现故障(不包含齿轮箱油温低及齿轮箱油位低故障)，进入相应停机状态。
本发明的有益效果如下：
通过一种空转预热的控制方法，解决齿轮油温加热缓慢和元器件频繁加热无法正常快速启机的问题，从而保证风机在寒冷冬季提高风电机组对风能的利用率，为耗电行业提供更多的电力能源。
风电机组在低温加热过程中，通过空载低转速预热的控制方法，使风电机组空载的情况下以100rpm/min-600rpm/min的低速区间运转，第一：通过摩擦产生的热量和循环均匀加热方案来加速齿轮油的温升，提高启机效率；第二：通过空载低转速区间等待，待设备元器件加热完成后，立刻切入并网。此功能上线投入使用后，较好地实现了风电机组的低温运转功能，很大程度上提高了风电机组在寒冷冬季的启机速度，提高风电机组对风能的利用率，间接也为风电场带来了利润。
附图说明
图1风电机组进入空转预热流程图;
图2风电机组空转预热控制方法流程框图;
图3为本发明中控制模式及参数设置方式的设置表。
具体实施方式
实施例1：
一种风电机组低温快速启机控制方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）启机后自检，在风电机组转速提升阶段判断齿轮油温的温度和电路板及元器件的温度是否复合正常启机的条件；
（2）当检测到齿轮油温大于0℃小于正常工作温度，同时电路板及元器件的温度过低无法达到正常启动条件时，切入到空载低转速预热控制状态，使风电机组的高速轴转速在预热转速下进行动态预热控制，对齿轮油和电路板及元器件进行加温；
（3）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过警告时间后，风电机组没有正常工作的时候，在设备控制屏幕上显示警告信息；
（4）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过警戒时间后，风电机组没有正常工作的时候，对风电机组进行停机操作，手动复位；
（5）当检测到齿轮油温度大于或等于正常工作温度，同时电路板及元器件的温度达到正常启动条件时，切出空载低转速预热控制状态，风电机组继续进行转速提升至并网转速，正常并网发电。
步骤（3）所述警告时间为10分钟。
步骤（4）所述警戒时间为2小时。
实施例2：
风电机组低温快速启机控制方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）启机后自检，在风电机组转速提升阶段判断齿轮油温的温度和电路板及元器件的温度是否复合正常启机的条件；
（2）当检测到齿轮油温大于0℃小于正常工作温度，同时电路板及元器件的温度过低无法达到正常启动条件时，切入到空载低转速预热控制状态，使风电机组的高速轴转速在预热转速下进行动态预热控制，对齿轮油和电路板及元器件进行加温；
（3）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过警告时间后，风电机组没有正常工作的时候，在设备控制屏幕上显示警告信息；
（4）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过警戒时间后，风电机组没有正常工作的时候，对风电机组进行停机操作，手动复位；
（5）当检测到齿轮油温度大于或等于正常工作温度，同时电路板及元器件的温度达到正常启动条件时，切出空载低转速预热控制状态，风电机组继续进行转速提升至并网转速，正常并网发电。
步骤（3）所述警告时间为10分钟。
步骤（4）所述警戒时间为2小时。
一种风电机组低温快速启机控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
（1）启机后自检，在风电机组转速提升阶段判断齿轮油温的温度和电路板及元器件的温度是否复合正常启机的条件；
（2）当检测到齿轮油温大于0℃小于正常工作温度，同时电路板及元器件的温度过低无法达到正常启动条件时，切入到空载低转速预热控制状态，使风电机组的高速轴转速在100rpm/min到600rpm/min之间进行动态预热控制，对齿轮油和电路板及元器件进行加温；
（3）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过10分钟后，风电机组没有正常工作的时候，在设备控制屏幕上显示警告信息；
（4）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过2小时后，风电机组没有正常工作的时候，对风电机组进行停机操作，手动复位；
（5）当检测到齿轮油温度大于或等于10℃，同时电路板及元器件的温度达到正常启动条件时，切出空载低转速预热控制状态，风电机组继续进行转速提升至并网转速，正常并网发电。
所述空载低转速预热控制状态的切入需要以下3个条件：
(1)经系统自检风机无任何故障；
(2)齿轮箱油温大于空载低转速预热启动的齿轮油温时，同时小于齿轮油加热启动齿轮油温度；
(3)风电机组30秒内的平均风速大于空载低转速预热启动风速。
实施例3：
一种风电机组低温快速启机控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
（1）启机后自检，在风电机组转速提升阶段判断齿轮油温的温度和电路板及元器件的温度是否复合正常启机的条件；
（2）当检测到齿轮油温大于0℃小于正常工作温度，同时电路板及元器件的温度过低无法达到正常启动条件时，切入到空载低转速预热控制状态，使风电机组的高速轴转速在100rpm/min到600rpm/min之间进行动态预热控制，对齿轮油和电路板及元器件进行加温；
（3）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过10分钟后，风电机组没有正常工作的时候，在设备控制屏幕上显示警告信息；
（4）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过2小时后，风电机组没有正常工作的时候，对风电机组进行停机操作，手动复位；
（5）当检测到齿轮油温度大于或等于10℃，同时电路板及元器件的温度达到正常启动条件时，切出空载低转速预热控制状态，风电机组继续进行转速提升至并网转速，正常并网发电。
所述空载低转速预热控制状态的切入需要以下3个条件：
(1)经系统自检风机无任何故障；
(2)齿轮箱油温大于空载低转速预热启动的齿轮油温时，同时小于齿轮油加热启动齿轮油温度；
(3)风电机组30秒内的平均风速大于空载低转速预热启动风速。
一种风电机组低温快速启机控制方法其特征在于还包括：齿轮油温空载低转速预热控制方法和硬件电路板及器件空载低转速等待控制方法。
一、齿轮油温空载低转速预热控制方法
寒冷冬季加热器很难在短时间将齿轮油加热到正常启机温度，根据现场统计来看，齿轮油温度由-10℃加热到10℃大约需要28-30个小时。
a.当齿轮油温加热到空载低转速预热的启机温度时，启动齿轮油温空载低转速预热控制方法，使齿轮油油有一定润滑的作用下，通过空负荷旋转摩擦产生的热量来提高齿轮油的加热速度；通过旋转也会使加热器对齿轮油均匀加热，提高加热效率。控制方法具体设计的方案如下：
b.风电机组无故障复位启机后，进行风机自检至转速提升阶段，在转速提升阶段判断此时的齿轮油温度，若此时齿轮油温大于0℃小于10℃时，切入到空载低转速预热控制方法，使风电机组的高速轴转速在100rpm/min-600rpm/min左右进行预热控制；待齿轮油温度大于或等于10℃时，切出空载低转速预热控制，风电机组继续进行转速提升至并网转速，正常并网发电。
c.为了保证风电机组的安全稳定性，根据实际情况调整空载低转速预热转速，预设时间长度等参数，在调整参数时，必须了解风电机组塔筒共振区域，齿轮油特性等，这些先决条件再去调整参数的设定，提高齿轮油的加热效率。
d.修改齿轮油过冷的判断条件，增加空载低转速预热超时状态码，低温空载低转速超时设定2小时触发，手动复位。
二、硬件电路板及器件空转等待控制方法
北方风电场由于室外温度低(大概-10℃~-30℃)，导致许多电气设备在低温环境下要通过加热器对控制板及元器件进行加热，以保证器件工作温度区间的要求，电气设备加热分为控制板加热和元器件加热，由于板件加热速度和元器件加热速度不同，当控制板加热完成后，风电机组准备并网阶段元器件温度降低，触发“出错”状态码。将该状态复位后，控制板温度却不和要求，触发“加热”状态码。由于控制板件和元器件的加热速率不同，风电机组要经过多次尝试，才满足机组启机并网的条件。具体的方案设计如下：
e.对两个判定逻辑进行了修改。将控制板件加热由原来停机状态码修改为告警状态码，不触发停机。
f.设备元器件加热判断放在主控和变频器握手阶段，当设备元器件温度符合条件则并网，否则执行空载低转速预热控制方法进行空转等待，一旦设备元器件温度满足要求，直接切入并网。
g.在设备元器件加热执行空转预热方法后开始计时，若设备元器件加热10min都不能满足要求，则触发空转预热超时状态码。
实施例4：
一种风电机组低温快速启机控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
（1）启机后自检，在风电机组转速提升阶段判断齿轮油温的温度和电路板及元器件的温度是否复合正常启机的条件；
（2）当检测到齿轮油温大于0℃小于正常工作温度，同时电路板及元器件的温度过低无法达到正常启动条件时，切入到空载低转速预热控制状态，使风电机组的高速轴转速在100rpm/min到600rpm/min之间进行动态预热控制，对齿轮油和电路板及元器件进行加温；
（3）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过10分钟后，风电机组没有正常工作的时候，在设备控制屏幕上显示警告信息；
（4）在切入到空载低转速预热控制状态之后，系统自动检测，低温转速预热控制状态持续超过2小时后，风电机组没有正常工作的时候，对风电机组进行停机操作，手动复位；
（5）当检测到齿轮油温度大于或等于10℃，同时电路板及元器件的温度达到正常启动条件时，切出空载低转速预热控制状态，风电机组继续进行转速提升至并网转速，正常并网发电。
所述空载低转速预热控制状态的切入需要以下3个条件：
(1)经系统自检风机无任何故障；
(2)齿轮箱油温大于空载低转速预热启动的齿轮油温时，同时小于齿轮油加热启动齿轮油温度；
(3)风电机组30秒内的平均风速大于空载低转速预热启动风速。
一种风电机组低温快速启机控制方法其特征在于还包括：硬件电路板及器件空载低转速等待控制方法。
一、硬件电路板及器件空转等待控制方法
北方风电场由于室外温度低(大概-10℃~-30℃)，导致许多电气设备在低温环境下要通过加热器对控制板及元器件进行加热，以保证器件工作温度区间的要求，电气设备加热分为控制板加热和元器件加热，由于板件加热速度和元器件加热速度不同，当控制板加热完成后，风电机组准备并网阶段元器件温度降低，触发“出错”状态码。将该状态复位后，控制板温度却不和要求，触发“加热”状态码。由于控制板件和元器件的加热速率不同，风电机组要经过多次尝试，才满足机组启机并网的条件。具体的方案设计如下：
e.对两个判定逻辑进行了修改。将控制板件加热由原来停机状态码修改为告警状态码，不触发停机。
f.设备元器件加热判断放在主控和变频器握手阶段，当设备元器件温度符合条件则并网，否则执行空载低转速预热控制方法进行空转等待，一旦设备元器件温度满足要求，直接切入并网。
g.在设备元器件加热执行空转预热方法后开始计时，若设备元器件加热10min都不能满足要求，则触发空转预热超时状态码。
所述一种风电机组低温快速启机控制方法还包括：控制模式的参数设置方式和风电机组空转预热的切入方式。
1、控制模式及参数设置方式
增加新参数，功能的开放可通过参数配置来控制；通过控制参数修改，来适应不同的工况，提高低温预热空载低转速功能的普遍适用性；为了确保新功能的安全稳定性，若风电机组超过空载低转速预热控制时间，控制器会通过参数保护值进行停机保护。详细参见图3：
(1)在启动控制模式上，可通过参数设置屏蔽空转功能，1使能，0屏蔽。
(2)增加齿轮油温空转预热超时状态码。
(3)参数设置方式：在后台监控软件的“参数设置”栏内里增加“空载低转速预热运行参数”，可根据风场实际情况设置合适空转运行参数。
2、风电机组空转预热的切入方式
(1)风机无任何故障（不包含齿轮箱油温低及齿轮箱油位低故障）；
(2)空转预热使能值为1，使能为1屏蔽齿轮箱油温低预热状态码，为0恢复该状态码；
(3)齿轮箱油温大于“空载低转速预热启动齿轮油温”，并且小于“齿轮油加热启动齿轮油温度”(该参数一般设为10℃)；
(4)风机30s平均风速大于“空载低转速预热启动风速”。
以上4个条件需同时满足后，风机从启机等风状态进入空载低转速预热状态。
3、风电机组空转预热执行流程
风机复位故障，等待风机自检，自检过程中将判断齿轮油温条件，增加空载低转速预热子状态，当齿轮油温不满足并网条件但满足空载低转速预热时，通过控制变桨系统，利用吸收的风能空载旋转，进入空载低转速预热状态，当油温条件满足要求，直接进入升转速阶段，等待并网，不再执行完空载低转速预热后回到风机自检状态。
4、风电机组空转切出方式
(1)齿轮箱油温大于设定的“空载低转速预热停止齿轮油温”，退出空载低转速预热状态，返回提升转速状态；
(2)设备元器件加热满足要求，退出空载低转速预热状态，返回提升转速状态；
(3)空载低转速预热运行时间大于设定的“空载低转速最长时限”(默认2h)，进入空转预热超时停机；
(4)设备元器件加热时间大于10min，进入空载低转速预热超时停机；
(5)风机出现故障(不包含齿轮箱油温低及齿轮箱油位低故障)，进入相应停机状态。
以上3个条件，任何一个条件触发后，风机切出对应状态。