CN113090456A - 一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法、***和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法、***和设备，属于风力发电领域，通过检测发电机运行参数判断风力发电机组变桨控制参数是否需要调整，如其超过了设计阈值即启用另外一套独立设置的控制回路PID参数，最大程度考虑不同运行参数下不同气动转矩对桨距角的敏感期性，提高机组在不同风况下响应不同运行参数的变桨动作响应。在判断发电机运行参数超过阈值后，创新地引入时间累计的方式，只有在超过时间累计阈值才会使用较高运行参数下的控制回路PID参数，避免由于频繁的运行参数变化带来的PID参数设置频繁切换。从而更好地对风力发电机组的运行参数进行控制，以应对不同运行参数下对不同变桨动作响应的需求。

Description

一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法、***和设备
技术领域
本发明属于风力发电领域，涉及一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法、***和设备。
背景技术
风力发电机组在不同风速下有不同的变桨控制策略，在达到额定风速以后，由于风速的不断波动其发电机转速也在不断地变化中，此时需要通过变桨控制以发电机转速控制在设定点为目标，不断调整三支叶片的桨距角位置来对吸收的风能进行控制，以达到控制目标。变桨控制算法一般以转速差为控制输入，采用经典的PID控制算法以计算出对应的变桨角度。由于在不同风速下气动转矩对桨距角的敏感性是不同的，因此不同桨距角下的PID参数是通过工作点的不同而单独设置，但在不同风速下转速-变桨控制的目标一般都是控制发电机转速在额定转速，其PID参数设置原则以此为基准，当风速波动剧烈，转速波动也较大的情况下，采用一套PID参数设置不能较好地考虑不同转速下的机组变桨响应，从而使机组难以在疲劳载荷及极限载荷的约束中确定最佳的PID参数。因此有必要进行机组变桨控制策略的调整，使机组在不同转速下采用不同的PID参数以响应不同工况下的变桨响应。
现有针对此问题的技术方案包括：根据风力发电机组的当前工作状态确定适用于当前工作状态的变桨控制参数。但现有的控制策略为以转速等机组状态作为判断条件，在已有的PID参数上乘以一个统一的系数来应对不同变桨响应的需要，但由于转速波动情况不同，气动转矩对桨距角的敏感性不一致导致控制效果仍有待提高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，控制策略以转速等机组状态作为判断条件导致控制效果较低的缺点，提供一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法、***和设备。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法，包括如下步骤：
步骤1)获取当前发电机运行参数；
步骤2)将当前发电机运行参数与发电机运行参数设置阈值进行比较；
状态一)若当前发电机运行参数小于发电机运行参数设置阈值，则时间清零，从控制参数列表中获取第一套控制回路PID运行参数设置，并根据第一套控制回路PID运行参数设置计算变桨位置指令，进行变桨动作响应；
状态二)若当前发电机运行参数大于等于发电机运行参数设置阈值，则从发电机运行参数超过发电机运行参数设置阈值开始计时，获取发电机运行参数超过阈值时间累加阈值；
将发电机运行参数超过阈值时间与发电机运行参数超过阈值时间累加阈值进行比较；
若发电机运行参数超过阈值时间小于发电机运行参数超过阈值时间累加阈值，从控制参数列表中获取第一套控制回路PID运行参数设置，并根据第一套控制回路PID运行参数设置计算变桨位置指令，进行变桨动作响应；
若发电机运行参数超过阈值时间大于等于发电机运行参数超过阈值时间累加阈值，从控制参数列表中获取第二套控制回路PID运行参数设置，并根据第二套控制回路PID运行参数设置计算变桨位置指令，进行变桨动作响应。
优选地，步骤1)中，获取当前发电机运行参数后需要对当前发电机运行参数进行滤波。
进一步优选地，滤波为低通滤波。
优选地，发电机运行参数包括风速、功率和桨距角中的任意一种或多种。
优选地，步骤2)中，发电机运行参数设置阈值的获取过程如下：
首先获取发电机的运行参数的额定转值，之后得到发电机的运行参数设置阈值系数，基于发电机的运行参数设置阈值系数计算得到发电机运行参数设置阈值。
优选地，控制回路PID参数设置包括比例增益参数设置值、积分时间常数或微分系数。
一种在大风条件下风电机组桨距角控制***，包括：
数据获取模块，用于获取风电机组的实时运行参数数据；
控制模块，用于根据当前的运行参数进行运行状态判断，并基于控制参数列表获取运行参数设置，作出变桨位置指令，并进行变桨动作响应。
优选地，数据获取模块包括数据存储单元，用于对获取的发电机实时运行参数进行存储；
控制模块包括数据处理单元和判断单元；
数据处理单元用于对发电机运行参数进行处理；
判断单元用于对当前发电机运行参数与发电机运行参数设置阈值进行比较，并根据比较结果作出变桨位置指令。
优选地，控制模块为PLC控制器。
一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述在大风条件下风电机组桨距角控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法，通过检测发电机运行参数判断风力发电机组变桨控制参数是否需要调整，如其超过了设计阈值即启用另外一套独立设置的控制回路PID参数，最大程度考虑不同运行参数下不同气动转矩对桨距角的敏感期性，提高机组在不同风况下响应不同运行参数的变桨动作响应。在判断发电机运行参数超过阈值后，创新地引入时间累计的方式，只有在超过时间累计阈值才会使用较高运行参数下的控制回路PID参数，避免由于频繁的运行参数变化带来的PID参数设置频繁切换。本发明采用多套控制回路PID参数设置，克服了传统方式中一套转速-变桨控制回路PID参数设置，并采用发电机运行参数作为判断条件来对两套PID参数设置进行调度，从而更好地对风力发电机组的运行参数进行控制，以应对不同运行参数下对不同变桨动作响应的需求。
进一步地，以发电机转速为判断条件，在转速波动范围较低时采用其对应地转速-变桨回路PID控制参数，使变桨动作响应跟上较低的风速波动，在转速波动范围较高时采用其对应地转速-变桨回路PID控制参数，使变桨动作响应跟上较高的风速波动，利于风电机组在较大风速变化情况下的变桨响应动作。
进一步地，采用测量发电机转速作为输入，发电机转速为风力发电机组控制输入信号中最可靠的测量信号之一，避免由于机舱风速仪测量风速或震动传感器测量机舱加速度的偏差带来的判断条件不够准确。
进一步地，两套回路PID控制参数在不同运行参数区间，不同桨距角下的不同工作点，其PID参数均可以独立设置，以更好的应对不同运行工况的特点，避免由于统一乘上增益系数带来的控制效果不佳。
进一步地，本发明采用的测量发电机转速由于测量装置或估计算法等原因不宜使用原始信号，需对其进行滤波处理，避免非必要的测量干扰信号影响控制效果。
进一步地，当判断条件满足时，控制***触发控制逻辑，本实施例采用两套转速-变桨控制回路PID参数设置，但不限于两套，其他如更多形式的多套单独设置PID参数同样可以采用。
进一步地，当判断条件满足时，控制***触发控制逻辑，本实施例采用发电机转速判断的方式，但不限于此方式，其他如判断功率变化，桨距角变化，风速变化等判断条件同样可以采用。
本发明公开了一种在大风条件下风电机组桨距角控制***，创新地采用了两套独立的回路PID参数设置，对其当前时刻发电机转速控制效果作为判断机组是否应对变桨控制参数进行调整的条件，从而更好地考虑了在不同风速下变桨控制应对转速波动进行相应地响应，使转速波动更加平稳，兼顾疲劳及极限载荷等设计约束。
附图说明
图1为本发明实施例风力发电机组的大风条件下桨距角控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
如图1所示，一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法，包括如下步骤：
步骤1)获取当前发电机运行参数；
步骤2)将当前发电机运行参数与发电机运行参数设置阈值进行比较；
状态一)若当前发电机运行参数小于发电机运行参数设置阈值，则时间清零，从控制参数列表中获取第一套控制回路PID运行参数设置，并根据第一套控制回路PID运行参数设置计算变桨位置指令，进行变桨动作响应；
状态二)若当前发电机运行参数大于等于发电机运行参数设置阈值，则从发电机运行参数超过发电机运行参数设置阈值开始计时，获取发电机运行参数超过阈值时间累加阈值；
将发电机运行参数超过阈值时间与发电机运行参数超过阈值时间累加阈值进行比较；
若发电机运行参数超过阈值时间小于发电机运行参数超过阈值时间累加阈值，从控制参数列表中获取第一套控制回路PID运行参数设置，并根据第一套控制回路PID运行参数设置计算变桨位置指令，进行变桨动作响应；
若发电机运行参数超过阈值时间大于等于发电机运行参数超过阈值时间累加阈值，从控制参数列表中获取第二套控制回路PID运行参数设置，并根据第二套控制回路PID运行参数设置计算变桨位置指令，进行变桨动作响应。
实施例2
一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法，包括如下步骤：
步骤1)本发明通过检测发电机转速，并比较其是否超过阈值，实时地判断机组变桨控制参数是否需要进行进一步地调整。
步骤2)检测当前发电机转速omega，并将测量信号传递给主控PLC。
步骤3)由于发电机转速测量装置的测量方式，信号转换，估算方法等，直接得到的转速测量信号存在干扰成分，不适宜直接参与控制算法。
步骤4)对当前测量的发电机转速进行低通滤波，得到当前滤波后的发电机转速值lpf_omega。
步骤5)获取当前发电机额定转速设定值ratedomega。
步骤6)获取发电机转速设置阈值系数omegathresholdfactor。
步骤7)将第5步的发电机额定转速设定值ratedomega乘以第6步得到的发电机转速设置阈值系数omegathresholdfactor获得发电机转速设置阈值omegathreshold。
步骤8)判断第4步得到的当前滤波后的发电机转速值lpf_omega与第7步得到的发电机转速设置阈值omegathreshold大小。
步骤9)如当前滤波后的发电机转速值lpf_omega小于第7步得到的发电机转速设置阈值omegathreshold进入第10步。
步骤10)发电机转速超过发电机转速设置阈值的时间清零，即omegaIncreaseTime＝0。
步骤11)从控制参数列表中获取第一套转速-变桨控制回路PID参数设置。
步骤12)将第11步得到的第一套转速-变桨控制回路PID参数设置为依据计算变桨位置指令Pitchdemand_slow。
步骤13)将第12步计算的变桨位置指令Pitchdemand_slow输入给变桨执行机构进行变桨动作响应。
步骤14)如当前滤波后的发电机转速值lpf_omega大于第7步得到的发电机转速设置阈值omegathreshold进入第15步。
步骤15)发电机转速超过阈值时间开始计时，omegaIncreaseTime开始计数。
步骤16)获取发电机转速超过阈值时间累加阈值omegaIncreaseDuration。
步骤17)判断第15步得到的发电机转速超过阈值时间omegaIncreaseTime与第16步得到的发电机转速超过阈值时间累加阈值omegaIncreaseDuration大小。
步骤18)如发电机转速超过阈值时间omegaIncreaseTime小于发电机转速超过阈值时间累加阈值omegaIncreaseDuration进入第19步。
步骤19)从控制参数列表中获取第一套转速-变桨控制回路PID参数设置。
步骤20)将第19步得到的第一套转速-变桨控制回路PID参数设置为依据计算变桨位置指令Pitchdemand_slow。
步骤21)将第20步计算的变桨位置指令Pitchdemand_slow输入给变桨执行机构进行变桨动作响应。
步骤22)如发电机转速超过阈值时间omegaIncreaseTime大于发电机转速超过阈值时间累加阈值omegaIncreaseDuration进入第23步。
步骤23)从控制参数列表中获取第二套转速-变桨控制回路PID参数设置。
步骤24)将第23步得到的第二套转速-变桨控制回路PID参数设置为依据计算变桨位置指令Pitchdemand_fast。
步骤25)将第24步计算的变桨位置指令Pitchdemand_slow输入给变桨执行机构进行变桨动作响应。
实施例3
一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法，包括如下步骤：
步骤1)本发明通过检测发电机转速，并比较其是否超过阈值，实时地判断机组变桨控制参数是否需要进行进一步地调整。
步骤2)检测当前发电机转速omega，并将测量信号传递给主控PLC。
步骤3)由于发电机转速测量装置的测量方式，信号转换，估算方法等，直接得到的转速测量信号存在干扰成分，不适宜直接参与控制算法。
步骤4)对当前测量的发电机转速进行低通滤波，得到当前滤波后的发电机转速值lpf_omega。
步骤5)获取当前发电机额定转速设定值ratedomega。
步骤6)获取发电机转速设置阈值系数omegathresholdfactor。
步骤7)将第5步的发电机额定转速设定值ratedomega乘以第6步得到的发电机转速设置阈值系数omegathresholdfactor获得发电机转速设置阈值omegathreshold。
步骤8)判断第4步得到的当前滤波后的发电机转速值lpf_omega与第7步得到的发电机转速设置阈值omegathreshold大小。
步骤9)如当前滤波后的发电机转速值lpf_omega小于第7步得到的发电机转速设置阈值omegathreshold进入第10步。
步骤10)发电机转速超过阈值时间清零即omegaIncreaseTime＝0。
步骤11)从控制参数列表中获取第一套转速-变桨控制回路PID参数设置。
步骤12)将第11步得到的第一套转速-变桨控制回路PID参数设置为依据计算变桨位置指令Pitchdemand_slow。
步骤13)将第12步计算的变桨位置指令Pitchdemand_slow输入给变桨执行机构进行变桨动作响应。
步骤14)如当前滤波后的发电机转速值lpf_omega大于第7步得到的发电机转速设置阈值omegathreshold进入第15步。
步骤15)发电机转速超过阈值时间开始计时，omegaIncreaseTime开始计数。
步骤16)获取发电机转速超过阈值时间累加阈值omegaIncreaseDuration。
步骤17)判断第15步得到的发电机转速超过阈值时间omegaIncreaseTime与第16步得到的发电机转速超过阈值时间累加阈值omegaIncreaseDuration大小。
步骤18)如发电机转速超过阈值时间omegaIncreaseTime小于发电机转速超过阈值时间累加阈值omegaIncreaseDuration进入第19步。
步骤19)从控制参数列表中获取第一套转速-变桨控制回路PID参数设置。
步骤20)将第19步得到的第一套转速-变桨控制回路PID参数设置为依据计算变桨位置指令Pitchdemand_slow。
步骤21)将第20步计算的变桨位置指令Pitchdemand_slow输入给变桨执行机构进行变桨动作响应。
步骤22)如发电机转速超过阈值时间omegaIncreaseTime大于发电机转速超过阈值时间累加阈值omegaIncreaseDuration进入第23步。
步骤23)从控制参数列表中获取第二套转速-变桨控制回路PID参数设置。
步骤24)将第23步得到的第二套转速-变桨控制回路PID参数设置为依据计算变桨位置指令Pitchdemand_fast。
步骤25)将第24步计算的变桨位置指令Pitchdemand_slow输入给变桨执行机构进行变桨动作响应。
步骤26)获取发电机转速设置阈值系数omegathresholdfactor1及发电机额定转速设定值ratedomega，相乘得到发电机转速设置阈值omegathreshold1。
步骤27)判断当前滤波后的发电机转速值与第26步得到的发电机转速设置阈值omegathreshold1大小。
步骤28)从控制参数列表中获取第三套转速-变桨控制回路PID参数设置。
步骤29)如当前滤波后的发电机转速值大于发电机转速设置阈值omegathreshold1，则以第三套转速-变桨控制回路PID参数设置为依据计算变桨位置指令Pitchdemand_fast2。
步骤30)将第29步计算的变桨位置指令Pitchdemand_fast2输入给变桨执行机构进行变桨动作响应。
需要说明的是，在转速-变桨回路中，第二套控制回路PID运行参数比第一套控制回路PID运行参数可以以更快的变桨响应来控制发电机转速。第三套控制回路PID运行参数、第四套控制回路PID运行参数在实际中不同的工况下相应的开启，也是可以以不同转速阈值为判断条件。
实施例4
一种在大风条件下风电机组桨距角控制***，包括：
数据获取模块，用于获取风电机组的实时运行参数数据；
控制模块，用于根据当前的运行参数进行运行状态判断，并基于控制参数列表获取运行参数设置，作出变桨位置指令，并进行变桨动作响应。
数据获取模块包括数据存储单元，用于对获取的发电机实时运行参数进行存储；
控制模块包括数据处理单元和判断单元；
数据处理单元用于对发电机运行参数进行处理；
判断单元用于对当前发电机运行参数与发电机运行参数设置阈值进行比较，并根据比较结果作出变桨位置指令。
实施例5
在示例性实施例中，还提供计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述基于深度神经网络的信道估计方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
现有技术中采用一套转速-变桨控制回路PID参数，由于风速的不间断变化导致转速也在波动之中，当前采用的PID参数计算出来的桨距角指令难以满足当前风况下的控制效果，故需采用两套PID参数保证在不同风况不同转速波动情况下的控制效果。为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的实施例提供了一种在大风条件下风电机组桨距角控制的方法，替代已有方案的一套控制回路PID参数设置或在已有的PID参数上乘以一个统一的系数，从而避免由于不同气动转矩对桨距角敏感性差异带来的控制效果差异。本发明设计了一种方法可以通过发电机转速作为判断条件对两套转速-变桨回路PID参数设置进行调度，从而在不同风速下依据不同的气动转矩对桨距角敏感性的不同单独设置PID参数进行调节。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在大风条件下风电机组桨距角控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)获取当前发电机运行参数；
步骤2)将当前发电机运行参数与发电机运行参数设置阈值进行比较；
状态一)若当前发电机运行参数小于发电机运行参数设置阈值，则时间清零，从控制参数列表中获取第一套控制回路PID运行参数设置，并根据第一套控制回路PID运行参数设置计算变桨位置指令，进行变桨动作响应；
状态二)若当前发电机运行参数大于等于发电机运行参数设置阈值，则从发电机运行参数超过发电机运行参数设置阈值开始计时，获取发电机运行参数超过阈值时间累加阈值；
将发电机运行参数超过阈值时间与发电机运行参数超过阈值时间累加阈值进行比较；
若发电机运行参数超过阈值时间小于发电机运行参数超过阈值时间累加阈值，从控制参数列表中获取第一套控制回路PID运行参数设置，并根据第一套控制回路PID运行参数设置计算变桨位置指令，进行变桨动作响应；
若发电机运行参数超过阈值时间大于等于发电机运行参数超过阈值时间累加阈值，从控制参数列表中获取第二套控制回路PID运行参数设置，并根据第二套控制回路PID运行参数设置计算变桨位置指令，进行变桨动作响应。
2.根据权利要求1所述的在大风条件下风电机组桨距角控制方法，其特征在于，步骤1)中，获取当前发电机运行参数后需要对当前发电机运行参数进行滤波。
3.根据权利要求2所述的在大风条件下风电机组桨距角控制方法，其特征在于，滤波为低通滤波。
4.根据权利要求1所述的在大风条件下风电机组桨距角控制方法，其特征在于，发电机运行参数包括风速、功率和桨距角中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1所述的在大风条件下风电机组桨距角控制方法，其特征在于，步骤2)中，发电机运行参数设置阈值的获取过程如下：
首先获取发电机的运行参数的额定转值，之后得到发电机的运行参数设置阈值系数，基于发电机的运行参数设置阈值系数计算得到发电机运行参数设置阈值。
6.根据权利要求1所述的在大风条件下风电机组桨距角控制方法，其特征在于，控制回路PID参数设置包括比例增益参数设置值、积分时间常数或微分系数。
7.一种在大风条件下风电机组桨距角控制***，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取风电机组的实时运行参数数据；
控制模块，用于根据当前的运行参数进行运行状态判断，并基于控制参数列表获取运行参数设置，作出变桨位置指令，并进行变桨动作响应。
8.根据权利要求7所述的在大风条件下风电机组桨距角控制***，其特征在于，数据获取模块包括数据存储单元，用于对获取的发电机实时运行参数进行存储；
控制模块包括数据处理单元和判断单元；
数据处理单元用于对发电机运行参数进行处理；
判断单元用于对当前发电机运行参数与发电机运行参数设置阈值进行比较，并根据比较结果作出变桨位置指令。
9.根据权利要求7所述的在大风条件下风电机组桨距角控制***，其特征在于，控制模块为PLC控制器。
10.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述在大风条件下风电机组桨距角控制方法的步骤。
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