CN112610406B - 风力发电机组控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组控制方法，该方法包括：实时采集风速风向信息，计算当前风速下的湍流值；实时测量风力发电机组关键部位的振动值，并分别针对每个关键部位设置振动阈值；根据风机设计湍流等级设置多级湍流设定值；根据风机设计湍流等级和多级湍流设定值设置波动风速；基于当前风速与风机额定风速、波动风速和切出风速的大小关系，根据当前风速湍流值与多级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机。本发明的方法针对不同的风速和不同风速下的湍流值采取不同的风力发电机组主动控制方式，能够降低风力发电机组的载荷，保证风电机组的安全运行。

Description

风力发电机组控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电机组技术领域，尤其涉及一种风力发电机组控制方法。
背景技术
风力发电机组是一种通过控制变桨***旋转叶片以吸收风能进行发电的设备。风力发电机组在实际运行中，湍流是影响风力发电机组发电及安全性能的重要因素之一。
在实际运行中，风力发电机组实际位置处的湍流由于受地形、尾流等多种因素的影响，往往会超出风机的标准设计等级，且不同风速下湍流随机性较大，无明显的变化规律。目前，在面对大湍流的情况时，通常都是让风电机组被动接受，没有采取主动的控制策略，导致风力发电机组承受较大的载荷，存在一定的安全隐患，严重时可能导致风力发电机组受损。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种风力发电机组控制方法。
本发明公开了一种风力发电机组控制方法，所述方法包括：
实时采集风速风向信息，计算当前风速下的湍流值；
实时测量风力发电机组关键部位的振动值，并分别针对每个关键部位设置振动阈值；
根据风机设计湍流等级设置多级湍流设定值；
根据风机设计湍流等级和多级湍流设定值设置波动风速；
基于当前风速与风机额定风速、波动风速和切出风速的大小关系，根据当前风速湍流值与多级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机。
在一些可选的实施方式中，根据风机设计湍流等级设置一级湍流设定值和二级湍流设定值。
在一些可选的实施方式中，每个风速的一级湍流设定值等于1.1倍的风机设计湍流等级对应的各风速湍流强度，每个风速的二级湍流设定值等于1.2倍的风机设计湍流等级对应的各风速湍流强度。
在一些可选的实施方式中，所述基于当前风速与风机额定风速、波动风速和切出风速的大小关系，根据当前风速湍流值与多级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机，包括：
当前风速小于额定风速时，根据当前风速湍流值与二级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行或正常运行；
当前风速大于等于额定风速且小于等于波动风速时，根据当前风速湍流值与一级湍流设定值的大小关系、湍流值与二级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机；
当前风速大于波动风速且小于等于切出风速时，根据当前风速湍流值与一级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行或正常运行。
在一些可选的实施方式中，所述当前风速小于额定风速时，根据当前风速湍流值与二级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行或正常运行，包括：
若当前风速湍流值小于等于二级湍流设定值，控制风力发电机组保持正常运行；
若当前风速湍流值大于二级湍流设定值，控制风力发电机组进行收桨，且在收桨过程中持续比较振动值与振动阈值的大小，当振动值大于振动阈值时，继续进行收桨，当振动值均小于等于振动阈值时，控制风力发电机组以当前变桨角度进行运行。
在一些可选的实施方式中，所述当前风速大于等于额定风速且小于等于波动风速时，根据当前风速湍流值与一级湍流设定值的大小关系、当前风速湍流值与二级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机，包括：
若当前风速湍流值小于等于一级湍流设定值，控制风力发电机组保持正常运行；
若当前风速湍流值大于一级湍流设定值，判断当前风速湍流值是否大于二级湍流设定值；
若当前风速湍流值大于二级湍流设定值，控制风力发电机组停机；
若当前风速湍流值小于等于二级湍流设定值，控制风力发电机组进行收桨，且在收桨过程中持续比较振动值与振动阈值的大小，当振动值大于振动阈值时，继续进行收桨，当振动值均小于等于振动阈值时，控制风力发电机组以当前变桨角度进行运行。
在一些可选的实施方式中，所述当前风速大于波动风速且小于等于切出风速时，根据当前风速湍流值与一级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行或正常运行，包括：
若当前风速湍流值小于等于一级湍流设定值，控制风力发电机组保持正常运行；
若当前风速湍流值大于一级湍流设定值，控制风力发电机组进行收桨，且在收桨过程中持续比较振动值与振动阈值的大小，当振动值大于振动阈值时，继续进行收桨，当振动值均小于等于振动阈值时，控制风力发电机组以当前变桨角度进行运行。
在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：若当前风速大于切出风速，控制风力发电机组停机。
在一些可选的实施方式中，采用激光雷达实时采集风速风向信息。
在一些可选的实施方式中，风力发电机组关键部位包括：叶根、主轴、主机架、增速器、发电机和塔筒。
本发明技术方案的主要优点如下：
本发明的风力发电机组控制方法通过设定多级湍流设定值和振动阈值，并对风力发电机组的振动值进行实时监测，以针对不同的风速和不同风速下的湍流值采取不同的风力发电机组主动控制方式，能够降低风力发电机组的载荷，保证风电机组的安全运行。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附
图中：
图1为本发明一实施例的风力发电机组控制方法的流程图；
图2为本发明一实施例中示例1的风力发电机组控制方式的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。
参见图1，本发明一实施例提供了一种风力发电机组控制方法，该方法包括：
实时采集风速风向信息，计算当前风速下的湍流值；
实时测量风力发电机组关键部位的振动值，并分别针对每个关键部位设置振动阈值；
根据风机设计湍流等级设置多级湍流设定值；
根据风机设计湍流等级和多级湍流设定值设置波动风速；
基于当前风速与风机额定风速、波动风速和切出风速的大小关系，根据当前风速湍流值与多级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机。
其中，风机设计湍流等级表示IEC风机等级，不同的IEC风机等级均有对应的各风速湍流强度，不同IEC风机等级对应的各风速湍流强度可以通过参阅IEC61400-1标准获取。
本发明一实施例中，波动风速位于额定风速和切出风速之间，其具体数值可以根据风机设计湍流等级和多级湍流设定值进行确定。
本发明一实施例中，多级湍流设定值的数目可以根据实际控制需求进行确定。
可选的，作为一种示例，多级湍流设定值可以包括一级湍流设定值和二级湍流设定值。
进一步地，一级湍流设定值和二级湍流设定值的具体数值可以根据实际情况进行确定。
可选的，作为一种示例，每个风速的一级湍流设定值可以等于1.1倍的风机设计湍流等级对应的各风速湍流强度，每个风速的二级湍流设定值可以等于1.2倍的风机设计湍流等级对应的各风速湍流强度。
在上述具体设置的一级湍流设定值和二级湍流设定值的基础上，可以采用如下方式确定波动风速：当一个风速下实际湍流强度为1.2倍的IEC标准湍流等级对应的该风速下湍流强度时，风机承受的载荷与标准湍流等级切出风速时承受的载荷相等，则该风速为波动风速。
以下基于具体设置的一级湍流设定值和二级湍流设定值对本发明一实施例提供的风力发电机组控制方法进行示例说明。
具体地，本发明一实施例中，基于当前风速与风机额定风速、波动风速和切出风速的大小关系，根据当前风速湍流值与多级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机，可以包括：
当前风速小于额定风速时，根据当前风速湍流值与二级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行或正常运行；
当前风速大于等于额定风速且小于等于波动风速时，根据当前风速湍流值与一级湍流设定值的大小关系、当前风速湍流值与二级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机；
当前风速大于波动风速且小于等于切出风速时，根据当前风速湍流值与一级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行或正常运行。
通过针对不同的风速和不同风速下的湍流值采用不同的风力发电机组控制方式，能够降低风力发电机组的载荷，保证风电机组的安全运行。
进一步地，对于当前风速小于额定风速时，如何根据当前风速湍流值与二级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行或正常运行，以下进行具体说明。
参见图2，作为一种示例，当前风速小于额定风速时，根据当前风速湍流值与二级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行或正常运行，可以包括：
若当前风速湍流值小于等于二级湍流设定值，控制风力发电机组保持正常运行；
若当前风速湍流值大于二级湍流设定值，控制风力发电机组进行收桨，且在收桨过程中持续比较振动值与振动阈值的大小，当振动值大于振动阈值时，继续进行收桨，当振动值均小于等于振动阈值时，控制风力发电机组以当前变桨角度进行运行。
通过采用上述的控制方式，能够在保证风电机组安全运行的情况下，尽可能地增大风电机组的发电效率。
进一步地，对于当前风速大于等于额定风速且小于等于波动风速时，如何根据当前风速湍流值与一级湍流设定值的大小关系、当前风速湍流值与二级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机，以下进行具体说明。
参见图2，作为一种示例，当前风速大于等于额定风速且小于等于波动风速时，根据当前风速湍流值与一级湍流设定值的大小关系、当前风速湍流值与二级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机，可以包括：
若当前风速湍流值小于等于一级湍流设定值，控制风力发电机组保持正常运行；
若当前风速湍流值大于一级湍流设定值，判断当前风速湍流值是否大于二级湍流设定值；
若当前风速湍流值大于二级湍流设定值，控制风力发电机组停机；
若当前风速湍流值小于等于二级湍流设定值，控制风力发电机组进行收桨，且在收桨过程中持续比较振动值与振动阈值的大小，当振动值大于振动阈值时，继续进行收桨，当振动值均小于等于振动阈值时，控制风力发电机组以当前变桨角度进行运行。
通过采用上述的控制方式，能够在保证风电机组安全运行的情况下，尽可能地增大风电机组的发电效率。
进一步地，对于当前风速大于波动风速且小于等于切出风速时，如何根据当前风速湍流值与一级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行或正常运行，以下进行具体说明。
参见图2，作为一种示例，当前风速大于波动风速且小于等于切出风速时，根据当前风速湍流值与一级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行或正常运行，可以包括：
若当前风速湍流值小于等于一级湍流设定值，控制风力发电机组保持正常运行；
若当前风速湍流值大于一级湍流设定值，控制风力发电机组进行收桨，且在收桨过程中持续比较振动值与振动阈值的大小，当振动值大于振动阈值时，继续进行收桨，当振动值均小于等于振动阈值时，控制风力发电机组以当前变桨角度进行运行。
通过采用上述的控制方式，能够在保证风电机组安全运行的情况下，尽可能地增大风电机组的发电效率。
进一步地，本发明一实施例中，该方法还可以包括：若当前风速大于切出风速，控制风力发电机组停机。
当前风速大于切出风速时，直接控制风力发电机组停机，能够避免风力发电机组受损。
可选的，本发明一实施例中，采用激光雷达实时采集风速风向信息。具体地，激光雷达实时采集风力发电机组风轮前方的风速风向信息，而后基于风速风向信息，利用湍流计算算法计算当前风速下的湍流值。
进一步地，本发明一实施例中，风力发电机组关键部位根据实际需求进行确定。
可选的，风力发电机组关键部位可以包括但不限于：叶根、主轴、主机架、增速器、发电机和塔筒。
其中，风力发电机组关键部位的振动阈值可以根据关键部位的结构强度进行确定，以保证当振动值处于设定的振动阈值内时，不会对关键部位造成损坏。
可选的，本发明一实施例中，通过在风力发电机组关键部位贴附振动应变片以实时采集振动值。
本发明一实施例提供的风力发电机组控制方法通过设定多级湍流设定值和振动阈值，并对风力发电机组的振动值进行实时监测，以针对不同的风速和不同风速下的湍流值采取不同的风力发电机组主动控制方式，能够降低风力发电机组的载荷，保证风电机组的安全运行。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种风力发电机组控制方法，其特征在于，所述方法包括：
实时采集风速风向信息，计算当前风速下的湍流值；
实时测量风力发电机组关键部位的振动值，并分别针对每个关键部位设置振动阈值；
根据风机设计湍流等级设置一级湍流设定值和二级湍流设定值；
根据风机设计湍流等级和多级湍流设定值设置波动风速；
基于当前风速与风机额定风速、波动风速和切出风速的大小关系，根据当前风速湍流值与多级湍流设定值的大小关系、以及风力发电机组关键部位的振动值与振动阈值的大小关系，控制风力发电机组收桨、收桨运行、正常运行或停机，具体包括：
当前风速小于额定风速时：
若当前风速湍流值小于等于二级湍流设定值，控制风力发电机组保持正常运行；
若当前风速湍流值大于二级湍流设定值，控制风力发电机组进行收桨，且在收桨过程中持续比较振动值与振动阈值的大小，当振动值大于振动阈值时，继续进行收桨，当振动值均小于等于振动阈值时，控制风力发电机组以当前变桨角度进行运行；
当前风速大于等于额定风速且小于等于波动风速时：
若当前风速湍流值小于等于一级湍流设定值，控制风力发电机组保持正常运行；
若当前风速湍流值大于一级湍流设定值，判断当前风速湍流值是否大于二级湍流设定值，若当前风速湍流值大于二级湍流设定值，控制风力发电机组停机；若当前风速湍流值小于等于二级湍流设定值，控制风力发电机组进行收桨，且在收桨过程中持续比较振动值与振动阈值的大小，当振动值大于振动阈值时，继续进行收桨，当振动值均小于等于振动阈值时，控制风力发电机组以当前变桨角度进行运行；
当前风速大于波动风速且小于等于切出风速时：
若当前风速湍流值小于等于一级湍流设定值，控制风力发电机组保持正常运行；
若当前风速湍流值大于一级湍流设定值，控制风力发电机组进行收桨，且在收桨过程中持续比较振动值与振动阈值的大小，当振动值大于振动阈值时，继续进行收桨，当振动值均小于等于振动阈值时，控制风力发电机组以当前变桨角度进行运行；
当前风速大于切出风速时，控制风力发电机组停机。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，每个风速的一级湍流设定值等于1.1倍的风机设计湍流等级对应的各风速湍流强度，每个风速的二级湍流设定值等于1.2倍的风机设计湍流等级对应的各风速湍流强度。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，采用激光雷达实时采集风速风向信息。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，风力发电机组关键部位包括：叶根、主轴、主机架、增速器、发电机和塔筒。
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