CN110529335B - 用于抑制风机超速的控制方法和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种用于抑制风机超速的控制方法和风力发电机组，涉及风力发电领域，控制方法包括：获取风力发电机组的实际转速值和实际加速度值。对实际转速值和实际加速度值按第一预设规则做标幺化处理，得到标幺值。将标幺值、第一预设参数和第二预设参数按第二预设规则处理，得到用于控制桨距角值变化速率的控制参数，其中，第一预设参数小于第二预设参数。根据控制参数和第三预设规则调节风力发电机组的桨距角值。该控制方法能够有效的改善风力发电机组的桨距角值变换速率较慢的问题。

Description

用于抑制风机超速的控制方法和风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体而言，涉及一种用于抑制风机超速的控制方法和风力发电机组。

背景技术

风力放电机组中使用较为普遍的为变速恒频风力发电机组，目前风力发电机组会根据外界的风速条件，通过内部的变桨***改变自身的桨距角值，来防止风机出现超速的情况。

但是，现有技术中，当风速增大，湍流强度增加的时候，由于风力发电机组的变桨速率较慢，使得风力发电机组的变桨速率远远落后于风速的变化速率，从而容易出现风力发电机组超速的情况，不利于风机的稳定运行。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种用于抑制风机超速的控制方法，该控制方法能够有效的改善风力发电机组变桨速率较慢的问题。

本发明的目的包括，例如，还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组能够有效的改善风力发电机组变桨速率较慢的问题。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种用于抑制风机超速的控制方法，所述控制方法包括：

获取风力发电机组的实际转速值和实际加速度值；

对所述实际转速值和所述实际加速度值按第一预设规则做标幺化处理，得到标幺值；

将所述标幺值、第一预设参数和第二预设参数按第二预设规则处理，得到用于控制桨距角值变化速率的控制参数，其中，所述第一预设参数小于所述第二预设参数；

根据所述控制参数和第三预设规则调节所述风力发电机组的桨距角值。

在可选的实施方式中，所述第一预设规则为：

其中，ε为所述标幺值；e为所述实际转速值与预设转速值的差值；ω₀为预设转速范围值；

为所述实际加速度值；

为预设加速度最大值。

在可选的实施方式中，所述控制参数包括kp、ki和kd，所述第三预设规则为：

为所述桨距角值的变化速率；e为所述实际转速值与预设转速值的差值；

为所述实际加速度值；

为

微分后的值。

在可选的实施方式中，所述第一预设参数为k_p1，所述第二预设参数为k_p2，k_p2>k_p1，所述控制参数为k_p；

所述第二预设规则包括：

k_p＝ε*k_p2+(1-ε)k_p1。

在可选的实施方式中，所述根据所述控制参数和第三预设规则调节所述风力发电机组的桨距角值的步骤，包括：

当

增大时，使k_p增大。

在可选的实施方式中，所述第一预设参数为k_i1，所述第二预设参数为k_i2，k_i2>k_i1，所述标幺值为ε，所述控制参数为k_i；

所述第二预设规则包括：

k_i＝ε*k_i2+(1-ε)k_i1。

在可选的实施方式中，所述根据所述控制参数和第三预设规则调节所述风力发电机组的桨距角值的步骤，包括：

当e增大时，使k_i增大。

在可选的实施方式中，所述第一预设参数为k_d1，所述第二预设参数为k_d2，k_d2>k_d1，所述标幺值为ε，所述控制参数为k_d；

所述第二预设规则包括：

k_d＝ε*k_d2+(1-ε)k_d1。

在可选的实施方式中，所述第一预设参数包括k_p1、k_i1和k_d1，所述第二预设参数包括k_p2、k_i2和k_d2，k_p2>k_p1，k_i2>k_i1，k_d2>k_d1，所述标幺值为ε，所述控制参数包括k_p、k_i和k_d；

所述第二预设规则包括：

k_p＝ε*k_p2+(1-ε)k_p1

k_i＝ε*k_i2+(1-ε)k_i1

k_d＝ε*k_d2+(1-ε)k_d1。

第二方面，本发明实施例提供一种风力发电机组，包括速度传感器、加速度传感器和控制器，所述控制器同时与所述速度传感器和所述加速度传感器通信；

所述速度传感器用于获取风力发电机组的实际转速值，所述加速度传感器用于获取所述风力发电机组的实际加速度值；

所述控制器用于对所述实际转速值和所述实际加速度值按第一预设规则做标幺化处理，得到标幺值，将所述标幺值、第一预设参数和第二预设参数按第二预设规则处理，得到用于控制桨距角值变化速率的控制参数，根据所述控制参数和第三预设规则调节所述风力发电机组的桨距角值，其中，所述第一预设参数小于所述第二预设参数。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明的实施例提供了一种用于抑制风机超速的控制方法，可以理解的是，外界风速越大，湍流强度越大，风力发电机组的转速值和加速度值越大。也就是说风力发电机组的转速值和加速值的大小能够表征外界的湍流强度。该控制方法基于风力发电机组的转速值和加速度值，结合第一预设参数和第二预设参数，得到控制参数，从而改变桨距角值的变化速率。使得风力发电机组能够根据风速的变化，快速做出改变桨距角值的反应。该控制方法能够有效的改善风力发电机组变桨速率较慢的问题。

本发明的实施例还提供了一种风力发电机组，可以理解的是，外界风速值越大，湍流强度较大，风力发电机组的转速值和加速度值越大。也就是说风力发电机组的转速值和加速值的大小能够表征外界的湍流强度。该风力发电机组基于风力发电机组本身的转速值和加速度值，结合第一预设参数和第二预设参数，得到控制参数，从而改变桨距角值的变化速率。使得风力发电机组能够根据风速的变化，快速做出改变桨距角值的反应。该风力发电机组能够有效的改善风力发电机组变桨速率较慢的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的用于抑制风机超速的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参照图1，本实施例提供了一种用于抑制风机超速的控制方法(后文称控制方法)，该控制方法包括：

S11：获取风力发电机组的实际转速值和实际加速度值；

S12：对实际转速值和实际加速度值按第一预设规则做标幺化处理，得到标幺值；

S13：将标幺值、第一预设参数和第二预设参数按第二预设规则处理，得到用于控制桨距角值变化速率的控制参数，第一预设参数小于第二预设参数；

S14：根据控制参数和第三预设规则调节风力发电机组的桨距角值。

可以理解的是，在实际使用过程中，外界风速越大，湍流强度越大，风力发电机组的实际速度值和实际加速度值也会相应增大。也就是说，实际速度值和实际加速值的大小能够表征外界的湍流强度。

需要说明的是，在本实施例中，湍流强度用于描述风速随时间和空间变化的程度，反映风速的相对强度。

可以理解的是，在本实施例中，用于控制桨距角值变化速度的控制参数包含有变量实际转速值和变量实际加速度值。也就是说，该控制方法能够根据实际转速值和实际加速值的变化，实时调整桨距角值的变换速率。从而使得风力发电机组能够根据风速的变化，快速做出改变桨距角值的响应。该控制方法能够有效的改善风力发电机组变桨速率较慢的问题。

需要说明的是，在实际使用过程中，改变桨距角值后，随着风速的增加，湍流强度增加，使用本实施例中的控制方法，能够有效的降低风力发电机组的转速变化速率和加速度变化速率，从而达到抑制风力发电机组的转速快速升高的作用，降低了风力发电机组在湍流强度较大的情况下，出现转速超速的概率。

具体的，在本实施例中，第一预设规则为：

其中，ε为标幺值；e为实际转速值与预设转速值的差值；ω₀为预设转速范围值；

为实际加速度值；

为预设加速度最大值。

需要说明的是，在本实施例中，ω₀为预设转速范围值，表征风力发电机组在正常湍流风况下的转速变化范围。

为预设加速度最大值，表征风力发电机组在正常湍流风况下的加速度的变化范围。e为实际转速值与预设转速值的差值，其中的预设转速值为正常湍流风况下的转速值。预设转速值、ω₀和

均可以在正常湍流风况中统计出来，这里就不再赘述。

需要说明的是，上述的正常湍流风况为湍流强度为0.14的风况。

需要说明的是，在其它实施例中，第一预设规则中的e也可以直接替换为获取到的实际转速值。

在本实施例中，控制参数包括k_p、k_i和k_d，第三预设规则为：

为桨距角值的变化速率(即变桨速率)；e为实际转速值与预设转速值的差值；

为所述实际加速度值；

为

微分后的值。

参照第三预设规则中的公式，可以理解的是，改变k_p的大小，能够改变

的大小，从而能够改变桨距角值的变换速率。类似的，改变k_i的大小，能够改变桨距角值的变换速率。改变k_d的大小，同样能够改变桨距角值的变换速率。

需要说明的是，在本实施例中，第一预设参数包括k_p1、k_i1和k_d1，第二预设参数包括k_p2、k_i2和k_d2，k_p2>k_p1，k_i2>k_i1，k_d2>k_d1，标幺值为ε，控制参数包括k_p、k_i和k_d；

第二预设规则包括：

k_p＝ε*k_p2+(1-ε)k_p1

k_i＝ε*k_i2+(1-ε)k_i1

k_d＝ε*k_d2+(1-ε)k_d1。

可以理解的是，在本实施例中，第二预设规则为将标幺值ε结合第一预设参数和第二预设参数进行插值处理。根据ε值的大小，在第一预设参数和第二预设参数之间根据第二预设规则取一个适当的控制参数，调整桨距角值的变换速率。

也就是说，当ε值较大时(相对于0接近1时)，根据第一预设规则的公式可知，此时的实际转速值和/或加速度值较大。这样，根据第二预设规则可知，得到的新的控制参数k_p更加接近k_p2、k_i更加接近k_i2、k_d更加接近k_d2，结合第三预设规则可知，此时能够更快的调节桨距角值。

需要说明的是，在本实施例中，标幺值、第一预设参数和第二预设参数根据第二预设规则进行插值处理，得到新的控制参数的过程中，实现了第一预设参数和第二预设参数之间的平滑转换，保证了整个过程中的平稳性。

值得注意的是，在本实施例中，根据控制参数和第三预设规则调节风力发电机组的桨距角值的步骤，包括：

当

增大时，使k_p增大。

根据控制参数和第三预设规则调节风力发电机组的桨距角值的步骤，还包括：

当e增大时，使k_i增大。

可以理解的是，

在数值上与实际加速度值

相等，

增大时，意味着风力发电机组的实际加速度值较大，此时，在本实施例中，通过适当增大k_p，进而可以增大桨距角值的变化速率。

类似的，e为实际转速值与预设转速值的差值，e增大时，意味着风力发电机组的实际转速值较大，此时，在本实施例中，通过适当增大k_i，进而可以增大桨距角值的变化速率。

这样，能够分别针对转速值和加速度值的大小，控制桨距角值变换速率有不同程度的改变，针对性更强，有效的增加了桨距角值的变换速率，降低风机超速的风险。

具体的，需要说明的是，在本实施例中，在e增大的情况中，当实际转速值ω未超过ω₁*1.01时，使k_i＝ε*k_i2+(1-ε)k_i1。当ω超过ω₁*1.01时，使k_i’＝Gain₂*k_i，此时，k_i为通过第二预设规则插值得出的值，而k_i’为代入第三预设规则中的值，即，将第三预设规则中的k_i替换为k_i’。

其中，

ω^*为预设转速值，ω₀为预设转速范围值，

并且限制1≤Gain₂≤3。

另外，在本实施例中，在

增大的情况中，当实际加速度值

(数学关系上

)未超过

时，使k_p＝ε*k_p2+(1-ε)k_p1，当实际加速度值

超过

时，使k_p’＝Gain₁*k_p，此时，k_p为通过第二预设规则插值得出的值，而k_p’为代入第三预设规则中的值，即，将第三预设规则中的k_p替换为k_p’。

其中，

为预设加速度最大值，

并且限制1≤Gain₁≤3。

这样，能够根据不同范围内的转速值和加速度值，对变桨速率进行针对性的调节。

当然了，在其它实施例中，当

增大时，也可以通过调整k_d，进而增大桨距角值的变化速率。

另外，在其它实施例中，当

增大或e增大时，也可以对k_p和k_i进行同时调整，进而增大桨距角值的变化速率。

需要说明的是，其它实施例中，在其中一种实施方式下，第一预设参数为k_p1，第二预设参数为k_p2，k_p2>k_p1，控制参数为k_p；

第二预设规则包括：

k_p＝ε*k_p2+(1-ε)k_p1；

可以理解的是，在此种实施方式下，无论是

增大或e增大，均可以通过调整k_p来调节桨距角值的变换速率。

在其它实施例中，在其中另一种实施方式下，第一预设参数为k_i1，第二预设参数为k_i2，k_i2>k_i1，标幺值为ε，控制参数为k_i；

第二预设规则包括：

k_i＝ε*k_i2+(1-ε)k_i1；

可以理解的是，在此种实施方式下，无论是

增大或e增大，均可以通过调整k_i来调节桨距角值的变换速率。

在其它实施例中，在其中另一种实施方式下，第一预设参数为k_d1，第二预设参数为k_d2，k_d2>k_d1，标幺值为ε，控制参数为k_d；

第二预设规则包括：

k_d＝ε*k_d2+(1-ε)k_d1；

可以理解的是，在此种实施方式下，无论是

增大或e增大，均可以通过调整k_d来调节桨距角值的变换速率。

本实施例还提供一种风力发电机组，包括速度传感器、加速度传感器和控制器，控制器同时与速度传感器和加速度传感器通信；

速度传感器用于获取风力发电机组的实际转速值，加速度传感器用于获取风力发电机组的实际加速度值；

控制器用于对实际转速值和实际加速度值按第一预设规则做标幺化处理，得到标幺值，将标幺值、第一预设参数和第二预设参数按第二预设规则处理，得到用于控制桨距角值变化速率的控制参数，根据控制参数和第三预设规则调节风力发电机组的桨距角值，其中，第一预设参数小于第二预设参数。

该风力发电机组基于风力发电机组本身的转速值和加速度值，结合第一预设参数和第二预设参数，得到控制参数，从而改变桨距角值的变化速率。使得风力发电机组能够根据风速的变化，快速做出改变桨距角值的反应。该风力发电机组能够有效的改善风力发电机组的桨距角值变换速率较慢的问题。从而降低了风力发电机组在湍流强度较大时，出现转速超速的概率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于抑制风机超速的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

获取风力发电机组的实际转速值和实际加速度值；

对所述实际转速值和所述实际加速度值按第一预设规则做标幺化处理，得到标幺值；

将所述标幺值、第一预设参数和第二预设参数按第二预设规则处理，得到用于控制桨距角值变化速率的控制参数，其中，所述第一预设参数小于所述第二预设参数；

根据所述控制参数和第三预设规则调节所述风力发电机组的桨距角值；

所述第一预设规则为：

其中，ε为所述标幺值；e为所述实际转速值与预设转速值的差值；ω₀为预设转速范围值；

为所述实际加速度值；

为预设加速度最大值；

所述控制参数包括k_p、k_i和k_d，所述第三预设规则为：

其中，

为所述桨距角值的变化速率；

为所述实际加速度值；

为

微分后的值；

以及，所述第一预设参数为k_i1，所述第二预设参数为k_i2，k_i2>k_i1；

所述第二预设规则包括：

k_i＝ε*k_i2+(1-ε)k_i1；

或，所述第一预设参数为k_p1，所述第二预设参数为k_p2，k_p2>k_p1；

所述第二预设规则包括：

k_p＝ε*k_p2+(1-ε)k_p1；

或，所述第一预设参数为k_d1，所述第二预设参数为k_d2，k_d2>k_d1；

所述第二预设规则包括：

k_d＝ε*k_d2+(1-ε)k_d1；

或，所述第一预设参数包括k_p1、k_i1和k_d1，所述第二预设参数包括k_p2、k_i2和k_d2，k_p2>k_p1，k_i2>k_i1，k_d2>k_d1；

所述第二预设规则包括：

k_p＝ε*k_p2+(1-ε)k_p1；

k_i＝ε*k_i2+(1-ε)k_i1；

k_d＝ε*k_d2+(1-ε)k_d1。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述控制参数和第三预设规则调节所述风力发电机组的桨距角值的步骤，包括：

当

增大时，使k_p增大。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述控制参数和第三预设规则调节所述风力发电机组的桨距角值的步骤，包括：

当e增大时，使k_i增大。

4.一种风力发电机组，其特征在于，包括速度传感器、加速度传感器和控制器，所述控制器同时与所述速度传感器和所述加速度传感器通信；

所述速度传感器用于获取风力发电机组的实际转速值，所述加速度传感器用于获取所述风力发电机组的实际加速度值；

所述控制器用于对所述实际转速值和所述实际加速度值按第一预设规则做标幺化处理，得到标幺值，将所述标幺值、第一预设参数和第二预设参数按第二预设规则处理，得到用于控制桨距角值变化速率的控制参数，根据所述控制参数和第三预设规则调节所述风力发电机组的桨距角值，其中，所述第一预设参数小于所述第二预设参数；

所述第一预设规则为：

其中，ε为所述标幺值；e为所述实际转速值与预设转速值的差值；ω₀为预设转速范围值；

为所述实际加速度值；

为预设加速度最大值；

所述控制参数包括k_p、k_i和k_d，所述第三预设规则为：

其中，

为所述桨距角值的变化速率；

为所述实际加速度值；

为

微分后的值；

以及，所述第一预设参数为k_i1，所述第二预设参数为k_i2，k_i2>k_i1；

所述第二预设规则包括：

k_i＝ε*k_i2+(1-ε)k_i1；

或，所述第一预设参数为k_p1，所述第二预设参数为k_p2，k_p2>k_p1；

所述第二预设规则包括：

k_p＝ε*k_p2+(1-ε)k_p1；

或，所述第一预设参数为k_d1，所述第二预设参数为k_d2，k_d2>k_d1；

所述第二预设规则包括：

k_d＝ε*k_d2+(1-ε)k_d1；

或，所述第一预设参数包括k_p1、k_i1和k_d1，所述第二预设参数包括k_p2、k_i2和k_d2，k_p2>k_p1，k_i2>k_i1，k_d2>k_d1；

所述第二预设规则包括：

k_p＝ε*k_p2+(1-ε)k_p1；

k_i＝ε*k_i2+(1-ε)k_i1；

k_d＝ε*k_d2+(1-ε)k_d1。

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