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 PDFInfo
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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
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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