CN107131100A - 一种变速变桨风电机组阵风控制方法 - Google Patents

一种变速变桨风电机组阵风控制方法 Download PDF

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Abstract

一种变速变桨风电机组阵风控制方法，包括以下步骤：A)检测风电机组的转速ω是否大于风电机组的额定转速ωrate；B)计算风电机组的加速度Δω/Δt是否大于加速度设定阈值；C)如果风电机组同时满足A和B两个条件，则变桨角度直接给定为90度，进行开环控制，同时变桨速率增加到设定阀值；D)在变桨开环控制的时候，转矩控制输出保持为原转矩值；E)经过顺桨设定时间T之后，如果风电机组不满足A和B的条件，则变桨控制切换到常规闭环控制，如果风电机组还是同时满足条件A和B，则变桨***继续顺桨。本发明提供一种稳定性较好、安全性较高的变速变桨风电机组阵风控制方法。

Description

一种变速变桨风电机组阵风控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种变速变桨风电机组阵风控制方法。
背景技术
随着低风速、超低风速风电机组的开发，机组风轮直径不断增大。由于风轮的巨大惯性，通常在阵风出现1～2秒后，风轮转速才发生变化，滞后***容易引起飞车。机组发生风轮超速的另外一个因素是，由于桨叶气动的非线性的特点，单一控制器或单一增益的控制器已不能满足控制性能要求，通常做法是根据桨距角或风速来设计增益调节的变桨控制参数，桨距角或风速越大，增益越小，这样虽然避免了桨距角的调节时间过长，但在阵风工况下，风速急剧上升时，桨距角动作比较缓慢，风轮惯性较大，风轮容易发生超速。
已有文献对抑制风轮超速进行了研究，简化了传动链模型及尾流模型，基于静态的功率-风速关系，预估出风轮有效风速，作为控制器的前馈信号，进行提前变桨动作。但没有考虑偏航误差、风轮与塔架的动态特性；基于测量桨叶根部挥舞与摆振方向的弯矩，通过非线性观测器，预估出有效风速及入流角，并在此基础上识别极限事件模式，来进行快速变桨，有效降低了风轮转速。但在目前运行的风电机组中，在桨叶根部贴应变片并不常见。基于安装在机舱上的雷达测风仪，检测到风轮前的风速，处理后引入作为控制器的前馈信号，有效地降低了机组的载荷，同时也有效抑制了风轮超速问题，但雷达测风仪目前还处于试验阶段，成本较高，不适合工程批量应用。
发明内容
为了克服已有变速变桨风电机组阵风控制方法的稳定性较差、安全性较低的不足，本发明提供一种稳定性较好、安全性较高的变速变桨风电机组阵风控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种变速变桨风电机组阵风控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
A)检测风电机组的转速ω是否大于风电机组的额定转速ωrate；
B)计算风电机组的加速度Δω/Δt是否大于加速度设定阈值；
C)如果风电机组同时满足A和B两个条件，则变桨角度直接给定为90度，进行开环控制，同时变桨速率增加到设定阀值；
D)在变桨开环控制的时候，转矩控制输出保持为原转矩值；
E)经过顺桨设定时间T之后，如果风电机组不满足A和B的条件，则变桨控制切换到常规闭环控制，如果风电机组还是同时满足条件A和B，则变桨***继续顺桨。
进一步，所述步骤B)中，所述加速度设定阈值为速度上限阀值。
再进一步，所述步骤E)中，所述设定时间T的取值范围从0秒到20秒。
本发明的技术构思为：根据风电机组的转速和加速度值判断风电机组是否处于阵风下，通过直接给定目标桨距角为90度，变桨收桨速率增加到最大值，从而使风机避免在阵风情况下发生超速，并降低载荷，提高风电机组运行的稳定性和安全性。核心思想是提前变桨和快速变桨，只要转速大于额定转速，加速度超过上限阀值，而不去计算风电机组的功率是否到额定功率，就提前进行变桨动作。
本发明本着在阵风工况下，其判断依据是风电机组的转速大于额定转速，同时风电机组的加速度超过上限值，此时将变桨桨距角目标值直接设定90度，同时收桨速率增加到设定阀值，转矩控制输出保持为原转矩值。风电机组经过T秒后在判断风电机组是否还处在阵风状态，通过判断风电机组的转速和加速度是否同时满足，如果不是，则风电机组切换到常规闭环工作模式，如果风电机组还处在阵风下，则变桨***继续顺桨。如果风电机组在阵风前没有满发的，使变桨在额定功率以前提前动作；从而有效抑制在阵风工况下风轮转速超调，减少由于停机带来的发电量损失，而又不增加机组疲劳载荷。
本发明的有益效果主要表现在：有效抑制在阵风工况下风轮转速超调，减少由于停机带来的发电量损失，而又不增加机组疲劳载荷；稳定性较好、安全性较高。
附图说明
图1是本发明实施例的风电机组阵风控制方法的流程示意图。
图2是本发明的实施例风电机组阵风图。
图3是本发明的实施例风电机组桨角对比图。
图4是本发明的实施例风电机组发电机转速对比图。
图5是本发明的实施例风电机组功率对比图。
图6是本发明的实施例风电机组塔架前后推理对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图6，一种变速变桨风电机组阵风控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
A)检测风电机组的转速ω是否大于风电机组的额定转速ωrate；
B)计算风电机组的加速度Δω/Δt是否大于加速度设定阈值；
C)如果风电机组同时满足A和B两个条件，则变桨角度直接给定为90度，进行开环控制，同时变桨速率增加到设定阀值；
D)在变桨开环控制的时候，转矩控制输出保持为原转矩值；
E)经过顺桨设定时间T之后，如果风电机组不满足A和B的条件，则变桨控制切换到常规闭环控制，如果风电机组还是同时满足条件A和B，则变桨***继续顺桨。
进一步，所述步骤B)中，所述加速度设定阈值为速度上限阀值。
再进一步，所述步骤E)中，所述设定时间T的取值范围从0秒到20秒。
图1为本发明变速变桨风电机组阵风控制方法的流程示意图。可在选择的风电机组上进行执行，表1是本发明的实施例风电机组参数：
表1
所述变速变桨风电机组阵风控制方法的步骤如下：
步骤1：检测风电机组的转速ω的实际值。
步骤2：获取风电机组的额定转速ωrate的设定值。
步骤3：比较实际转速ω>ωrate是否成立，如果成立，则进入到下一步骤。
步骤4：计算风电机组的加速度α＝Δω/Δt>αmax是否成立，如果成立，则进行下一步。
步骤5：设定变桨***的桨距角的目标值为90度，同时将变桨速率设定为最大值。
步骤6：转矩控制输出保持为原转矩值。
步骤7:T秒后进行步骤3操作，如果步骤3不成立，则变桨控制器控制模式切换到常规闭环控制模式。根据PI算法给定桨距角和设定原先的变桨速率。如果步骤3条件成立，则进行下一步。
步骤8：判断步骤4的条件是否成立。如果步骤4不成立，则变桨控制器控制模式切换到常规闭环控制模式。根据PI算法给定桨距角和设定原先的变桨速率。如果步骤4条件成立，则继续执行步骤5。
本实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种变速变桨风电机组阵风控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
A)检测风电机组的转速ω是否大于风电机组的额定转速ωrate；
B)计算风电机组的加速度Δω/Δt是否大于加速度设定阈值；
C)如果风电机组同时满足A和B两个条件，则变桨角度直接给定为90度，进行开环控制，同时变桨速率增加到设定阀值；
D)在变桨开环控制的时候，转矩控制输出保持为原转矩值；
E)经过顺桨设定时间T之后，如果风电机组不满足A和B的条件，则变桨控制切换到常规闭环控制，如果风电机组还是同时满足条件A和B，则变桨***继续顺桨。
2.如权利要求1所述的一种变速变桨风电机组阵风控制方法，其特征在于：所述步骤B)中，所述加速度设定阈值为速度上限阀值。
3.如权利要求1或2所述的一种变速变桨风电机组阵风控制方法，其特征在于：所述步骤E)中，所述设定时间T的取值范围从0秒到20秒。
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