CN105351153B - 风电机组变桨控制器的性能评估方法 - Google Patents
风电机组变桨控制器的性能评估方法 Download PDFInfo
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Abstract
风电机组变桨控制器的性能评估方法，自动收集风电机组风速、发电机转速实际值、发电机转速目标值和变桨指令的数据，将在线收集的所述发电机转速目标值和所述发电机转速实际值的偏差的绝对值对时间的积分作为当前变桨控制器的实际性能；通过能够在线实施的***辨识方法获得变桨控制***的一阶近似模型，再根据获得的变桨控制***的一阶近似模型参数，计算变桨控制器的期望性能；将期望性能除以实际性能得到性能评估指标，将性能评估指标与预设性能指标比较来判断当前变桨控制器性能是否达标。其目的在于提供一种完全实现自动化的、能够实时、动态评价风电机组变桨控制器性能的风电机组变桨控制器性能评估方法。
Description
技术领域
本发明涉及风电机组变桨控制器，特别是涉及风电机组变桨控制器的性能评估方法。
背景技术
当前运行的风力发电机组绝大多数都具有变桨控制***，变桨控制***的主要任务是：在风速达到额定值以上时，将发电机转速实际值维持在发电机转速目标值附近。变桨控制***的工作原理如图1所示，变桨控制器是变桨控制***的核心，变桨控制器根据发电机转速目标值与发电机转速实际值的偏差，计算出变桨角度指令，并将变桨角度指令输送到变桨执行机构，变桨执行机构通过调节桨叶角度来调整叶片对风能的吸收率，进而调整发电机转速的实际值，使得发电机转速的实际值尽量维持在发电机转速目标值附近。
目前部分风场变桨控制***的调节能力不足，在大风时经常遇到发电机转速实际值频繁超出发电机转速允许的最大值，进而被迫停机，造成实际功率曲线大幅度低于理论功率曲线。风场业主单位经常因为质保期内功率曲线无法达到设计值的问题与整机制造厂家产生纠纷。变桨控制***调节能力不足的主要原因之一是变桨控制器维护调整不合理、不及时。目前，没有相应的变桨控制器性能监测评估***，风场业主单位、整机制造厂家无法准确掌握变桨控制***的常态性能，功能下降时不能自动诊断分析，正常状态下不能提前自动监督、维护调整变桨控制器，只有等到风机出现严重超速导致停机时才得到关注，造成发电量的巨大损失。
发明内容
本发明的目的在于填补风电机组变桨控制器性能评估问题的技术空白，提供一种完全实现自动化的、能够实时、动态评价风电机组变桨控制器性能的风电机组变桨控制器性能评估方法。
本发明风电机组变桨控制器的性能评估方法，包括以下步骤：
(1)在线收集额定风速以上时，风电机组风速、发电机转速实际值、发电机转速目标值和变桨指令的数据，按照采样时刻t分别标记为数据组V(t)、ωg(t)、Pd(t)；
(2)计算步骤(1)中在线收集的所述发电机转速目标值和所述发电机转速实际值的偏差的绝对值对时间的积分，
并将IAE作为当前变桨控制器的实际性能；
(3)通过能够在线实施的***辨识方法，获得变桨控制***的一阶近似模型：
其中，K是一阶近似模型的增益，θ是变桨控制***的纯延迟，τ是一阶滞后时间常数，s是拉普拉斯变换因子，这三个参数按照以下步骤获得：
(3.1)首先，根据步骤(1)中收集得到的发电机转速实际值ωg(t)和变桨指令Pd(t)，获得变桨指令单次变化的幅值，标记为Δp，获得对应发电机转速变化的幅值，标记为Δg，则一阶近似模型的增益K是：
(3.2)其次，计算从变桨指令开始变化到发电机实际转速开始往反方向变化的时间差，该时间差即是变桨控制***的一阶近似模型的纯延迟θ；
(3.3)然后，计算从发电机实际转速开始往反方向变化直到不再变化的时间差，标记为ST，并确定变桨控制***的一阶近似模型的一阶滞后时间常数为：
(4)根据步骤(3)获得的变桨控制***的一阶近似模型参数，计算变桨控制器的期望性能，并标记为IAE0，IAE0的计算公式为：
其中，参数τc代表期望闭环回路时间常数，优选地，取τc为步骤(3)获得的延迟θ的3-8倍；
(5)计算变桨控制器的性能评估指标η，性能评估指标η的计算是利用步骤(4)中的变桨控制器的期望性能除以步骤(2)中变桨控制器的实际性能，即：
(6)性能评估指标η位于0到1之间，越接近于1，说明变桨控制器的性能越好；越接近于0，变桨控制器的性能越差；将步骤(5)计算的性能评估指标η与预设的性能指标比较，如果步骤(5)计算的性能评估指标η大于等于所述预设性能指标，则说明当前变桨控制器性能达标，对变桨控制器的性能评估终止；反之，则说明当前变桨控制器性能不达标，应当维护调整。
本发明风电机组变桨控制器的性能评估方法，将风电机组发电机转速实际值、发电机转速目标值和风速数据自动收集，将在线收集的所述发电机转速目标值和所述发电机转速实际值的偏差的绝对值对时间的积分作为当前变桨控制器的实际性能；通过能够在线实施的***辨识方法获得变桨控制***的一阶近似模型，再根据获得的变桨控制器的一阶近似模型参数，计算变桨控制器的期望性能；将期望性能除以实际性能得到性能评估指标，将性能评估指标与预设性能指标比较来判断当前变桨控制器性能是否达标。本发明的性能评估方法完全实现了自动化，能够实时、动态评价风电机组变桨控制器的功能，使得变桨控制器能在正常状态下提前自动监督、维护，减少了发电量的损失。风机业主方和风机厂家能实时动态掌握各台风机变桨***调节能力的状态信息，也为评价风电机组辅助功能服务提供科学的计算依据。
下面结合附图对本发明的风电机组变桨控制器的性能评估方法作进一步详细说明。
附图说明
图1为变桨控制***工作原理图；
图2为风电机组变桨控制器性能评估方法流程图。
具体实施方式
参见图2，本发明风电机组变桨控制器的性能评估方法，包括以下步骤：
(1)在线收集额定风速以上时，风电机组风速、发电机转速实际值和发电机转速目标值数据，按照采样时刻t分别标记为数据组V(t)、ωg(t)、
(2)计算步骤(1)中在线收集的所述发电机转速目标值和所述发电机转速实际值的偏差的绝对值对时间的积分，
并将IAE作为当前变桨控制器的实际性能；
(3)通过实施在线***辨识方法，获得变桨控制***的一阶近似模型：
其中，K是一阶近似模型的增益，θ是变桨控制***的纯延迟，τ是一阶滞后时间常数，s是拉普拉斯变换因子，这三个参数按照以下步骤获得：
(3.1)首先，根据步骤(1)中收集得到的发电机转速实际值ωg(t)和变桨指令Pd(t)，获得变桨指令单次变化的幅值，标记为Δp，获得对应发电机转速变化的幅值，标记为Δg，则一阶近似模型的增益K是
(3.2)其次，计算从变桨指令开始变化到发电机实际转速开始往反方向变化的时间差，该时间差即是变桨控制***的一阶近似模型的纯延迟θ；
(3.3)然后，计算从发电机实际转速开始往反方向变化直到不再变化的时间差，标记为ST，并确定变桨控制***的一阶近似模型的一阶滞后时间常数为
(4)根据步骤(3)获得的变桨控制***的一阶近似模型参数，计算变桨控制器的期望性能，并标记为IAE0，IAE0的计算公式为：
其中，参数τc代表期望闭环回路时间常数，取τc为步骤(3)获得的延迟θ的3倍或4倍或5倍或6倍或7倍或8倍；
(5)计算变桨控制器的性能评估指标η，性能评估指标η的计算是利用步骤(4)中的变桨控制器的期望性能除以步骤(2)中变桨控制器的实际性能，即：
(6)性能评估指标η位于0到1之间，越接近于1，说明变桨控制器的性能越好；越接近于0，变桨控制器的性能越差；将步骤(5)计算的性能评估指标η与预设的性能指标比较，如果步骤(5)计算的性能评估指标η大于等于所述预设性能指标，则说明当前变桨控制器性能达标，对变桨控制器的性能评估终止；反之，则说明当前变桨控制器性能不达标，应当维护调整。性能评估指标η量化地告诉用户当前变桨控制器性能离期望性能还有多少改善空间，一般情况下，预设性能指标设置为0.8，当性能评估指标η小于0.8时，说明有必要改进当前变桨控制器。
尽管本发明的实施例已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (2)
1.风电机组变桨控制器的性能评估方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在线收集额定风速以上时，风电机组风速、发电机转速实际值、发电机转速目标值和变桨指令的数据，按照采样时刻t分别标记为数据组V(t)、、Pd(t)；
(2)计算步骤(1)中在线收集的所述发电机转速目标ωg(t)值和所述发电机转速实际值的偏差的绝对值对时间的积分：
并将IAE作为当前变桨控制器的实际性能；
(3)通过能够在线实施的***辨识方法获得变桨控制***的一阶近似模型：
其中，K是一阶近似模型的增益，θ是变桨控制***的纯延迟，τ是一阶滞后时间常数，s是拉普拉斯变换因子；该模型的三个参数通过如下获得：
(3.1)首先，根据步骤(1)中收集得到的发电机转速实际值ωg(t)和变桨指令Pd(t)，获得变桨指令单次变化的幅值，标记为Δp，获得对应发电机转速变化的幅值，标记为Δg，则一阶近似模型的增益K是：
(3.2)其次，计算从变桨指令开始变化到发电机实际转速开始往反方向变化的时间差，该时间差即是变桨控制***的一阶近似模型的纯延迟θ；
(3.3)然后，计算从发电机实际转速开始往反方向变化直到不再变化的时间差，标记为ST，并确定变桨控制***的一阶近似模型的一阶滞后时间常数为：
(4)根据步骤(3)获得的变桨控制***的一阶近似模型参数，计算变桨控制器的期望性能，并标记为IAE0，IAE0的计算公式为：
其中，参数τc代表期望闭环回路时间常数，取τc为步骤(3)获得的纯延迟θ的3-8倍；
(5)计算变桨控制器的性能评估指标η，性能评估指标η的计算是利用步骤(4)中的变桨控制器的期望性能除以步骤(2)中变桨控制器的实际性能，即：
(6)性能评估指标η位于0到1之间，越接近于1，说明变桨控制器的性能越好；越接近于0，变桨控制器的性能越差；将步骤(5)计算的性能评估指标η与预设的性能指标比较，如果步骤(5)计算的性能评估指标η大于等于预设性能指标，则说明当前变桨控制器性能达标，对变桨控制器的性能评估终止；反之，则说明当前变桨控制器性能不达标，应当维护调整。
2.根据权利要求1所述风电机组变桨控制器的性能评估方法，其特征在于：所述步骤(4)中取τc为步骤(3)获得的延迟θ的4-7倍。
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