CN112523941B - 一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块，首先，通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，根据实时桨距角线性插值得到对应的阈值，当监测指标值大于或等于该阈值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的，否则不启动调桨策略，最终，变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。

Description

一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块
技术领域
本发明涉及风力发电机组的技术领域，尤其是指一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块。
背景技术
随着风力发电技术的发展以及市场降低度电成本需求，风力发电机组容量越来越大，叶片越来越长，而机组常常运行在相对较为恶劣的外部环境中，这造成机组载荷越来越大，对机组的设计与运行构成很大的挑战，给业主的经济效益带来潜在风险。
当机组遭遇EOG阵风风况伴随电网掉电故障时，机组将承受巨大不利荷载，其过程描述如下：EOG阵风(Annual extreme operation gust，简称EOG，俗称草帽风)，起初风速迅速下降，桨叶往0度方向变桨，而此时风速在短时间内又突然增加，同时伴随有电网掉电故障，为保障机组安全，此刻桨叶需要往90度方向变桨，但由于之前风速降低导致的调桨使此刻桨矩角偏小，气动扭矩大，同时电磁转矩消失，无法通过电磁转矩抑制转速飞升，另外变桨***(桨距角执行***)具有很大的惯性，桨距角跟随存在较大的滞后性，综上述情况极易造成发电机组超速，而且由于剧烈的变桨动作引起的机组推力波动会严重加剧机舱前后振动，从而造成机组载荷偏大。针对这一问题，目前出现了很多解决方案，其中大致可总结为以下两种方案：
一、加强机组部件强度来提高机组安全性能；
二、优化控制策略优化，进行机组降载控制。
通过加强机组部件强度来提高机组安全性能，即增加机组部件的尺寸或者换用性能更好的材料，这势必会增加机组重量和成本，从而造成风力发电机组度电成本的增加，降低了竞争力。所以方案二是目前该领域常用方法和研究热点，但现有技术参差不齐，仍有待进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块，加快变桨***的响应速度，抑制机组超速，保障机组稳定运行，减小机组载荷，降低度电成本，提高产品性能和竞争力。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
一种防止风力发电机组超速的控制方法，该方法为基于风力发电机组的机舱前后加速度与发电机转速偏差乘积的防止超速降载控制策略：首先，通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，然后根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，接着根据实时桨距角线性插值得到对应的阈值，当监测指标值大于或等于该阈值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的，其中，叠加的桨距角是风力发电机组的变桨***在特定变桨速率下，变桨控制器单位周期内变化的角度；当监测指标值小于该阈值时，则不启动调桨策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；最终，变桨***的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。
所述防止风力发电机组超速的控制方法，包括以下步骤：
1)数据测量
设测量的机舱前后加速度为ao、发电机转速为ωo、实时桨距角为pitchangle，其中，测量出来的机舱前后加速度ao和发电机转速ωo经过二阶低通滤波器得到滤波后的机舱前后加速度anacelle和滤波后的发电机转速ωf，即anacelle＝ao*F(s)，ωf＝ωo*F(s)，式中，F(s)为二阶低通滤波器传递函数，且
Figure GDA0003164617700000031
其中，ξ为阻尼系数，ω为频率，s是复频域中的一个变量；
2)计算发电机转速偏差
设发电机转速偏差为ωerror，发电机转速设定值为ωsetpoint，计算公式如下：
ωerror＝ωf-ωsetpoint
3)计算监测指标值
将机舱前后加速度ao与发电机转速偏差ωerror相乘得到监测指标值，定义为U，计算公式如下：
U＝ao*ωerror
4)线性插值计算不同桨距角对应的阈值
设计算出的对应阈值为F，首先根据风力发电机组的运行数据，建立实时桨距角pitchangle与阈值F的对应表，根据对应表线性插值计算出不同桨距角下的阈值F大小，再与监测指标值U进行对比，如果监测指标值U大于或等于阈值F时，即U≥F，则启动调桨策略，如果监测指标值U小于阈值F，即U＜F，则不启动调桨策略；
5)确定变桨给定值
如果U≥F，启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal叠加上额外的桨距角Δpitchangle，其中额外的桨距角等于特定变桨速率Δpitchrate乘以变桨控制器循环时间常数cycletime，即：
Δpitchangle＝Δpitchrate*cycletime
pitchdemand＝pitchoriginal+Δpitchangle
如果U＜F，则不启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal，即：
pitchdemand＝pitchoriginal
6)变桨执行器调节叶片桨距角
变桨***的变桨执行器根据确定的变桨给定值即最终桨距角指令来调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。
在步骤4)中，阈值F的计算方法为：当实时桨距角pitchangle落在桨距角区间A＜pitchangle＜D时，则采用线性插值法，计算对应阈值F的大小；当实时桨距角pitchangle小于或等于A时，阈值F取E，即pitchangle≤A，F＝E；当实时桨距角pitchangle大于或等于D时，阈值F取I，即pitchangle≥D，F＝I。
一种防止风力发电机组超速的控制模块，该控制模块通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，然后根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，接着根据实时桨距角线性插值得到对应的阈值，当监测指标值大于或等于该阈值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的，其中，叠加的桨距角是风力发电机组的变桨***在特定变桨速率下，变桨控制器单位周期内变化的角度；当监测指标值小于该阈值时，则不启动调桨策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；最终，变桨***的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。
所述防止风力发电机组超速的控制模块，包括：
数据测量单元，用于测量机舱前后加速度ao、发电机转速ωo以及实时桨距角pitchangle，其中，测量出来的机舱前后加速度ao和发电机转速ωo经过二阶低通滤波器得到滤波后的机舱前后加速度anacelle和滤波后的发电机转速ωf，即anacelle＝ao*F(s)，ωf＝ωo*F(s)，式中，F(s)为二阶低通滤波器传递函数，且
Figure GDA0003164617700000051
其中，ξ为阻尼系数，ω为频率，s是复频域中的一个变量；
发电机转速偏差计算单元，用于计算发电机转速偏差ωerror，计算公式为：ωerror＝ωf-ωsetpoint，式中，ωsetpoint为发电机转速设定值；
监测指标值计算单元，用于计算监测指标值U，通过将机舱前后加速度ao与发电机转速偏差ωerror相乘即可得到监测指标值U，计算公式为：U＝ao*ωerror；
阈值计算和比对单元，用于计算不同桨距角对应的阈值F，并将阈值F与监测指标值U进行对比，具体操作是：首先，根据风力发电机组的运行数据，建立实时桨距角pitchangle与阈值F的对应表，根据对应表线性插值计算出不同桨距角下的阈值F大小，再与监测指标值U进行对比，如果监测指标值U大于或等于阈值F时，即U≥F，则启动调桨策略，如果监测指标值U小于阈值F，即U＜F，则不启动调桨策略；
变桨给定值计算和下达单元，用于计算变桨给定值即最终变桨指令，并将最终变桨指令发送至变桨***的变桨执行器调节叶片桨距角；其中，计算变桨给定值的具体操作是：当U≥F，启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal叠加上额外的桨距角Δpitchangle，其中额外的桨距角等于特定变桨速率Δpitchrate乘以变桨控制器循环时间常数cycletime，即Δpitchangle＝Δpitchrate*cycletime，pitchdemand＝pitchoriginal+Δpitchangle；如果U＜F，则不启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal，即pitchdemand＝pitchoriginal。
在所述阈值计算和比对单元中，阈值F的计算方法为：当实时桨距角pitchangle落在桨距角区间A＜pitchangle＜D时，则采用线性插值法，计算对应阈值F的大小；当实时桨距角pitchangle小于或等于A时，阈值F取E，即pitchangle≤A，F＝E；当实时桨距角pitchangle大于或等于D时，阈值F取I，即pitchangle≥D，F＝I。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、在风力发电机组的正常发电工作区间，只在机舱前后加速度×发电机速度偏差乘积超过阈值时，本发明才会起作用，能更精准防止机组超速，优化风机载荷，同时保障了机组在正常运行时的稳定性。
2、本发明能实现风力发电机组在极端外部环境时，采取提前叠加变桨速率的控制方式防止机组超速，使得机组稳定运行，这相对于现有的桨距角控制方式，能有效避免机组超速引起的停机，从而减小极限载荷。
3、本发明无需增加机组设备，只需在控制中增加相应的功能单元，就能实现降载控制，从而节省成本，提高机组竞争力。
4、本发明有较强的理论依据，易于被相关技术人员接受，对后续控制优化改进和设备维护奠定基础。
综上所述，通过本发明可以有效抑制机组超速，从而降低叶片、轮毂和塔架载荷，综合提高机组性能，因此，本发明具有十分广泛的应用前景，值得推广。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为防止风力发电机组超速的控制框图。
图3为本发明控制模块的架构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种防止风力发电机组超速的控制方法，该方法为基于风力发电机组的机舱前后加速度与发电机转速偏差乘积的防止超速降载控制策略：首先，通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，然后根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，接着根据实时桨距角线性插值得到对应的阈值，当监测指标值大于或等于该阈值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角(叠加的桨距角是风力发电机组的变桨***在特定变桨速率下，变桨控制器单位周期内变化的角度)，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的；当监测指标值小于该阈值时，则不启动调桨策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；最终，变桨***的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制；其包括以下步骤：
1)数据测量
设测量的机舱前后加速度为ao、发电机转速为ωo、实时桨距角为pitchangle，其中，测量出来的机舱前后加速度ao和发电机转速ωo经过二阶低通滤波器得到滤波后的机舱前后加速度anacelle和滤波后的发电机转速ωf，即anacelle＝ao*F(s)，ωf＝ωo*F(s)，式中，F(s)为二阶低通滤波器传递函数，且
Figure GDA0003164617700000081
其中，ξ为阻尼系数，ω为频率，s是复频域中的一个变量。
2)计算发电机转速偏差
设发电机转速偏差为ωerror，发电机转速设定值为ωsetpoint，计算公式如下：
ωerror＝ωf-ωsetpoint
3)计算监测指标值
将机舱前后加速度ao与发电机转速偏差ωerror相乘得到监测指标值，定义为U，计算公式如下：
U＝ao*ωerror
4)线性插值计算不同桨距角对应的阈值
设计算出的对应阈值为F，首先根据风力发电机组的运行数据，建立实时桨距角pitchangle与阈值F的对应表，如下表1所示，根据表1线性插值计算出不同桨距角下的阈值F大小，再与监测指标值U进行对比，如果监测指标值U大于或等于阈值F时，即U≥F，则启动调桨策略，如果监测指标值U小于阈值F，即U＜F，则不启动调桨策略。
阈值F的计算方法为：当实时桨距角pitchangle落在表1桨距角区间A＜pitchangle＜D时，则采用线性插值法，计算对应阈值F的大小；当实时桨距角pitchangle小于或等于A时，阈值F取E，即pitchangle≤A，F＝E；当实时桨距角pitchangle大于或等于D时，阈值F取I，即pitchangle≥D，F＝I；其中，表1的列数可根据需要增加。
表1实时桨距角与阈值对应表
Figure GDA0003164617700000082
Figure GDA0003164617700000091
5)确定变桨给定值
如果U≥F，启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal叠加上额外的桨距角Δpitchangle，其中额外的桨距角等于特定变桨速率Δpitchrate乘以变桨控制器循环时间常数cycletime，即：
Δpitchangle＝Δpitchrate*cycletime
pitchdemand＝pitchoriginal+Δpitchangle
如果U＜F，则不启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal，即：
pitchdemand＝pitchoriginal
6)变桨执行器调节叶片桨距角
变桨***的变桨执行器根据确定的变桨给定值即最终桨距角指令来调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。
实施例2
风力发电机组常规控制器，由转矩控制器和变桨控制器两部分组成：转矩控制器在额定风速以下时起作用，用于风能最大捕获；变桨控制器用于额定风速以上时，通过调节桨距角保持发电机转速在额定转速附近，保证风机正常运行的同时确保机组输出功率为额定功率。但是考虑到桨距角跟随的滞后性，特别是当机组遭遇EOG风况时，发电机转速迅速上升甚至超速、剧烈频繁的变桨动作引起风机推力波动，加剧了机舱前后振动，因此，将机舱前后加速度和发电机转速偏差这两个变量引入到机组控制器中来，在常规控制器的基础上，建立了一个新的控制模块，以防止风力发电机组超速，即基于机舱前后加速度和发电机转速偏差乘积的控制模块，如图2所示，该控制模块通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，然后根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，接着根据实时桨距角线性插值得到对应的阈值，当监测指标值大于或等于该阈值时，则启动调桨策略，即在变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角(叠加的桨距角是风力发电机组的变桨***在特定变桨速率下，变桨控制器单位周期内变化的角度)，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的；当监测指标值小于该阈值时，则不启动调桨策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；最终，变桨***的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。
如图3所示，本实施例所提供的防止风力发电机组超速的控制模块，包括以下功能单元：
数据测量单元，用于测量机舱前后加速度ao、发电机转速ωo以及实时桨距角pitchangle，其中，测量出来的机舱前后加速度ao和发电机转速ωo经过二阶低通滤波器得到滤波后的机舱前后加速度anacelle和滤波后的发电机转速ωf，即anacelle＝ao*F(s)，ωf＝ωo*F(s)，式中，F(s)为二阶低通滤波器传递函数，且
Figure GDA0003164617700000101
其中，ξ为阻尼系数，ω为频率，s是复频域中的一个变量。
发电机转速偏差计算单元，用于计算发电机转速偏差ωerror，计算公式为：ωerror＝ωf-ωsetpoint，式中，ωsetpoint为发电机转速设定值。
监测指标值计算单元，用于计算监测指标值U，通过将机舱前后加速度ao与发电机转速偏差ωerror相乘即可得到监测指标值U，计算公式为：U＝ao*ωerror。
阈值计算和比对单元，用于计算不同桨距角对应的阈值F，并将阈值F与监测指标值U进行对比，具体操作是：首先，根据风力发电机组的运行数据，建立实时桨距角pitchangle与阈值F的对应表，如表2所示，根据表2线性插值计算出不同桨距角下的阈值F大小，再与监测指标值U进行对比，如果监测指标值U大于或等于阈值F时，即U≥F，则启动调桨策略，如果监测指标值U小于阈值F，即U＜F，则不启动调桨策略；其中，阈值F的计算方法为：当实时桨距角pitchangle落在表2桨距角区间A＜pitchangle＜D时，则采用线性插值法，计算对应阈值F的大小；当实时桨距角pitchangle小于或等于A时，阈值F取E，即pitchangle≤A，F＝E；当实时桨距角pitchangle大于或等于D时，阈值F取I，即pitchangle≥D，F＝I；表2的列数可根据需要增加。
表2实时桨距角与阈值对应表
Figure GDA0003164617700000111
变桨给定值计算和下达单元，用于计算变桨给定值即最终变桨指令，并将最终变桨指令发送至变桨***的变桨执行器调节叶片桨距角；其中，计算变桨给定值的具体操作是：当U≥F，启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal叠加上额外的桨距角Δpitchangle，其中额外的桨距角等于特定变桨速率Δpitchrate乘以变桨控制器循环时间常数cycletime，即Δpitchangle＝Δpitchrate*cycletime，pitchdemand＝pitchoriginal+Δpitchangle；如果U＜F，则不启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal，即pitchdemand＝pitchoriginal。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种防止风力发电机组超速的控制方法，其特征在于，该方法为基于风力发电机组的机舱前后加速度与发电机转速偏差乘积的防止超速降载控制策略：首先，通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，然后根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，接着根据实时桨距角线性插值得到对应的阈值，当监测指标值大于或等于该阈值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的，其中，叠加的桨距角是风力发电机组的变桨***在特定变桨速率下，变桨控制器单位周期内变化的角度；当监测指标值小于该阈值时，则不启动调桨策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；最终，变桨***的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制；其包括以下步骤：
1)数据测量
设测量的机舱前后加速度为ao、发电机转速为ωo、实时桨距角为pitchangle，其中，测量出来的机舱前后加速度ao和发电机转速ωo经过二阶低通滤波器得到滤波后的机舱前后加速度anacelle和滤波后的发电机转速ωf，即anacelle＝ao*F(s)，ωf＝ωo*F(s)，式中，F(s)为二阶低通滤波器传递函数，且
Figure FDA0003164617690000011
其中，ξ为阻尼系数，ω为频率，s是复频域中的一个变量；
2)计算发电机转速偏差
设发电机转速偏差为ωerror，发电机转速设定值为ωsetpoint，计算公式如下：
ωerror＝ωf-ωsetpoint
3)计算监测指标值
将机舱前后加速度ao与发电机转速偏差ωerror相乘得到监测指标值，定义为U，计算公式如下：
U＝ao*ωerror
4)线性插值计算不同桨距角对应的阈值
设计算出的对应阈值为F，首先根据风力发电机组的运行数据，建立实时桨距角pitchangle与阈值F的对应表，根据对应表线性插值计算出不同桨距角下的阈值F大小，再与监测指标值U进行对比，如果监测指标值U大于或等于阈值F时，即U≥F，则启动调桨策略，如果监测指标值U小于阈值F，即U＜F，则不启动调桨策略；
5)确定变桨给定值
如果U≥F，启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal叠加上额外的桨距角Δpitchangle，其中额外的桨距角等于特定变桨速率Δpitchrate乘以变桨控制器循环时间常数cycletime，即：
Δpitchangle＝Δpitchrate*cycletime
pitchdemand＝pitchoriginal+Δpitchangle
如果U＜F，则不启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal，即：
pitchdemand＝pitchoriginal
6)变桨执行器调节叶片桨距角
变桨***的变桨执行器根据确定的变桨给定值即最终桨距角指令来调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。
2.根据权利要求1所述的一种防止风力发电机组超速的控制方法，其特征在于：在步骤4)中，阈值F的计算方法为：当实时桨距角pitchangle落在桨距角区间A＜pitchangle＜D时，则采用线性插值法，计算对应阈值F的大小；当实时桨距角pitchangle小于或等于A时，阈值F取E，即pitchangle≤A，F＝E；当实时桨距角pitchangle大于或等于D时，阈值F取I，即pitchangle≥D，F＝I。
3.一种防止风力发电机组超速的控制模块，其特征在于：该控制模块通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，然后根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，接着根据实时桨距角线性插值得到对应的阈值，当监测指标值大于或等于该阈值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的，其中，叠加的桨距角是风力发电机组的变桨***在特定变桨速率下，变桨控制器单位周期内变化的角度；当监测指标值小于该阈值时，则不启动调桨策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；最终，变桨***的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制；其包括：
数据测量单元，用于测量机舱前后加速度ao、发电机转速ωo以及实时桨距角pitchangle，其中，测量出来的机舱前后加速度ao和发电机转速ωo经过二阶低通滤波器得到滤波后的机舱前后加速度anacelle和滤波后的发电机转速ωf，即anacelle＝ao*F(s)，ωf＝ωo*F(s)，式中，F(s)为二阶低通滤波器传递函数，且
Figure FDA0003164617690000031
其中，ξ为阻尼系数，ω为频率，s是复频域中的一个变量；
发电机转速偏差计算单元，用于计算发电机转速偏差ωerror，计算公式为：ωerror＝ωf-ωsetpoint，式中，ωsetpoint为发电机转速设定值；
监测指标值计算单元，用于计算监测指标值U，通过将机舱前后加速度ao与发电机转速偏差ωerror相乘即可得到监测指标值U，计算公式为：U＝ao*ωerror；
阈值计算和比对单元，用于计算不同桨距角对应的阈值F，并将阈值F与监测指标值U进行对比，具体操作是：首先，根据风力发电机组的运行数据，建立实时桨距角pitchangle与阈值F的对应表，根据对应表线性插值计算出不同桨距角下的阈值F大小，再与监测指标值U进行对比，如果监测指标值U大于或等于阈值F时，即U≥F，则启动调桨策略，如果监测指标值U小于阈值F，即U＜F，则不启动调桨策略；
变桨给定值计算和下达单元，用于计算变桨给定值即最终变桨指令，并将最终变桨指令发送至变桨***的变桨执行器调节叶片桨距角；其中，计算变桨给定值的具体操作是：当U≥F，启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal叠加上额外的桨距角Δpitchangle，其中额外的桨距角等于特定变桨速率Δpitchrate乘以变桨控制器循环时间常数cycletime，即Δpitchangle＝Δpitchrate*cycletime，pitchdemand＝pitchoriginal+Δpitchangle；如果U＜F，则不启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal，即pitchdemand＝pitchoriginal。
4.根据权利要求3所述的一种防止风力发电机组超速的控制模块，其特征在于：在所述阈值计算和比对单元中，阈值F的计算方法为：当实时桨距角pitchangle落在桨距角区间A＜pitchangle＜D时，则采用线性插值法，计算对应阈值F的大小；当实时桨距角pitchangle小于或等于A时，阈值F取E，即pitchangle≤A，F＝E；当实时桨距角pitchangle大于或等于D时，阈值F取I，即pitchangle≥D，F＝I。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113644848B (zh) * 2021-07-13 2022-08-23 江苏大学 一种基于分段阈值的永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN114198252A (zh) * 2021-11-16 2022-03-18 重庆海装风电工程技术有限公司 一种抑制风力发电机组转子超速的控制方法及装置
CN114294153B (zh) * 2022-01-10 2023-03-31 江苏金风科技有限公司 一种风力发电机组控制方法、装置及设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103527405A (zh) * 2013-01-17 2014-01-22 成都阜特科技股份有限公司 一种双馈式风力发电机组变桨距控制方法
CN104533717A (zh) * 2014-12-12 2015-04-22 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 一种抑制塔架振动方法与***
EP2963284A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-06 General Electric Company Methods and systems to operate a wind turbine system
CN105649875A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的变桨控制方法及装置
CN109812382A (zh) * 2019-01-28 2019-05-28 柳盼 一种风电机组塔架振动控制方法及***
CN110529335A (zh) * 2019-09-29 2019-12-03 三一重能有限公司 用于抑制风机超速的控制方法和风力发电机组

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101253854B1 (ko) * 2008-10-16 2013-04-12 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 풍력 발전 시스템 및 그 제어 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103527405A (zh) * 2013-01-17 2014-01-22 成都阜特科技股份有限公司 一种双馈式风力发电机组变桨距控制方法
EP2963284A1 (en) * 2014-06-30 2016-01-06 General Electric Company Methods and systems to operate a wind turbine system
CN104533717A (zh) * 2014-12-12 2015-04-22 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 一种抑制塔架振动方法与***
CN105649875A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的变桨控制方法及装置
CN109812382A (zh) * 2019-01-28 2019-05-28 柳盼 一种风电机组塔架振动控制方法及***
CN110529335A (zh) * 2019-09-29 2019-12-03 三一重能有限公司 用于抑制风机超速的控制方法和风力发电机组

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