CN113309662B - 一种提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法 - Google Patents

一种提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，包括：采集风速仪信号Vt，通过不同滤波器获得不同时间长度的滤波结果；判断风速信号的滤波结果是否大于两组设定值，得到两组布尔值；根据第一组布尔值判断是否停机；若不停机，则根据第二组布尔值及对应持续时间执行降功率运行；根据预设时间内滤波结果和设定值的关系，判断是否执行恢复功率运行。本发明能够在不提高风力发电机组结构设计的情况下，通过改进风力发电机组的控制算法，降低疲劳载荷、减少风力发电机组大风停机情况并提高发电量。

Description

一种提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法
技术领域
本发明涉及风力控制技术领域，特别涉及一种提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法。
背景技术
风力发电机组的风力切出控制是风力机安全链的重要组成部分，其关系到风力发电机组的环境适应范围、发电量，同时也对风力机的安全和疲劳寿命有重要影响。现行的主流切出控制方法为简单的“滤波检测+停机”，即当检测值超过不同的设定区间触发不同的安全链停机。随着技术发展，风力发电机组功率和风轮直径明显增加，现有的简单“滤波检测+停机”控制已无法满足更大功率的机组稳定运行要求。较为保守的风力切出控制方法会使风力发电机组在切出风速附近运行时频繁触发安全链停机，影响发电量和机组疲劳寿命；反之则会造成载荷过大，影响机组安全。
目前，风力发电机组主流的风力切出控制方法为“滤波检测+停机”方案，具体流程为：检测风速风向信号；风速信号经过滤波器1(滤波时间t1)：风速大于V1则触发安全链1；风速信号经过滤波器2(滤波时间 t2)：风速大于V2则触发安全链2；风速信号经过滤波器3(滤波时间t3)：风速大于V3则触发安全链3；返回第一步。
申请号为CN201310145928.4的发明专利“风机塔架振动抑制***和提高风机切出风速的控制***”提出的提高切出风速的控制方法是当风速超过风机的设计切出风速时，降低发电机的额定转速来提高风机切出风速。降低发电机额定转速会导致发电机电流增大，需提高发电机和变流器等级参数才能适用。
申请号为CN201811587564.4的发明专利“提高风电机组大风发电量的控制方法”提出的控制方法是通过降功率提高切出风速达到提高发电量的目的。即当测得平均风速超过一定值后，给定功率以固定的速率降低功率运行。这种方法虽能提高切出风速，但无法解决大湍流工况下极限载荷过大的情况，大湍流工况下瞬时风速过大仍会造成机组频繁停机。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，能够在不提高风力发电机组结构设计的情况下，通过改进风力发电机组的控制算法，降低疲劳载荷、减少风力发电机组大风停机情况并提高发电量。
本发明实施例提供了一种提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，其中，包括：
采集风速仪信号Vt，通过不同滤波器获得不同时间长度的滤波结果。
判断风速信号的滤波结果是否大于两组设定值，得到两组布尔值。
根据第一组布尔值判断是否停机。
若不停机，则根据第二组布尔值执行降功率运行。
根据预设时间内滤波结果和设定值的关系，判断是否执行恢复功率运行。
本发明实施例提供了第一种可能的实施方式，其中，所述采集风速仪信号Vt，通过不同滤波器获得不同时间长度的滤波结果，包括：
采集t时间下的风速仪信号Vt。
通过每个滤波器，分别采集T1秒的滤波结果V1、T2秒的滤波结果V2、 T3秒的滤波结果V3。
本发明实施例提供了第二种可能的实施方式，其中，所述判断风速信号的滤波结果是否大于两组设定值，得到两组布尔值，包括：
判断风速信号的滤波结果(V1,V2,V3)是否大于第一组设定值 (Vout11,Vout21,Vout31)，若大于则记为1，若小于则记为0，得到第一组三个布尔值(b11,b21,b31)。
判断风速信号的滤波结果(V2,V3)是否大于第二组设定值(Vout22,Vout32)，若大于则记为1，若小于则记为0，得到第二组两个布尔值(b22,b32)。
本发明实施例提供了第三种可能的实施方式，其中，
两组设定值中，Vout11<Vout22<Vout21≤Vout32<Vout31。
本发明实施例提供了第四种可能的实施方式，其中，所述根据第一组布尔值判断是否停机，包括：
若第一组布尔值中，b11＝1，或b21＝1，或b31＝1,则触发超切出风速安全链，正常停机。
若b11＝0，同时b21＝0，同时b31＝0，则判断第二组布尔值。
本发明实施例提供了第五种可能的实施方式，其中，所述若不停机，则根据第二组布尔值执行降功率运行，包括：
当b22＝1时，执行第一组降功率运行方案。
当b32＝1时，执行第二组降功率运行方案。
本发明实施例提供了第六种可能的实施方式，其中，所述第一组降功率运行方案包括：
提取第二组布尔值中b22对应的持续时间t2。
若t2<t02，则执行降功率至预设功率P1运行。
若t2≥t02,则执行降功率至预设功率P2运行。
其中t02为设定值。
本发明实施例提供了第七种可能的实施方式，其中，所述第二组降功率运行方案包括：
提取第二组布尔值中b32对应的持续时间t3。
若t3<t03,则执行降功率至预设功率P3运行。
若t3≥t03,则执行降功率至预设功率P4运行。
其中t03为设定值。
本发明实施例提供了第八种可能的实施方式，其中，所述根据预设时间内滤波结果和设定值的关系，判断是否执行恢复功率运行，包括：
记录前Tn秒内V2和V3大于第二组设定值(Vout22,Vout32)的次数(n2,n3)。
若n2＝0，同时n3＝0,则执行恢复功率至额定功率P0运行。
若n3>0,则执行降功率至预设功率P3或P4运行。
若n2>0,则执行降功率至预设功率P1运行。
本发明实施例的有益效果是：
本发明提出一种新的提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，在不提高风力发电机组结构设计的情况下，通过改进风力发电机组的控制算法，降低疲劳载荷、减少风力发电机组大风停机情况并提高发电量。该方法能有效减少大湍流条件下风力发电机组运行在切出风速附近时停机的概率，从而提高风力发电机组风能利用率、降低大风引起的极限载荷和频繁启停机引起的疲劳寿命损失。
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为本发明提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法的流程图；
图2为本发明提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法的完整流程图；
图3为本发明提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法的降功率运行控制流程示意图。
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能够以各种不同的配置来布置和设计。
请参照图1至图3，本发明的实施例提供一种提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，其中，包括：
采集风速仪信号Vt，通过不同滤波器获得不同时间长度的滤波结果。
判断风速信号的滤波结果是否大于两组设定值，得到两组布尔值。
根据第一组布尔值判断是否停机。
若不停机，则根据第二组布尔值执行降功率运行。
根据预设时间内滤波结果和设定值的关系，判断是否执行恢复功率运行。
本发明实施例提供了第一种可能的实施方式，其中，所述采集风速仪信号Vt，通过不同滤波器获得不同时间长度的滤波结果，包括：
采集t时间下的风速仪信号Vt。
通过每个滤波器，分别采集T1＝600秒的滤波结果V1、T2＝3秒的滤波结果V2、T3＝1秒的滤波结果V3。
本发明实施例提供了第二种可能的实施方式，其中，所述判断风速信号的滤波结果是否大于两组设定值，得到两组布尔值，包括：
判断风速信号的滤波结果(V1,V2,V3)是否大于第一组设定值 (Vout11＝20m/s,Vout21＝30m/s,Vout31＝35m/s)，若大于则记为1，若小于则记为0，得到第一组三个布尔值(b11,b21,b31)。
判断风速信号的滤波结果(V2,V3)是否大于第二组设定值 (Vout22＝25m,Vout32＝30m)，若大于则记为1，若小于则记为0，得到第二组两个布尔值(b22,b32)。
本发明实施例提供了第三种可能的实施方式，其中，
两组设定值中，Vout11<Vout22<Vout21≤Vout32<Vout31。
本发明实施例提供了第四种可能的实施方式，其中，所述根据第一组布尔值判断是否停机，包括：
若第一组布尔值中，b11＝1，或b21＝1，或b31＝1,则触发超切出风速安全链，正常停机。
若b11＝0，同时b21＝0，同时b31＝0，则判断第二组布尔值。
本发明实施例提供了第五种可能的实施方式，其中，所述若不停机，则根据第二组布尔值执行降功率运行，包括：
当b22＝1时，执行第一组降功率运行方案。
当b32＝1时，执行第二组降功率运行方案。
本发明实施例提供了第六种可能的实施方式，其中，所述第一组降功率运行方案包括：
提取第二组布尔值中b22对应的持续时间t2。
若t2<t02，则执行降功率至预设功率P1＝2.8MW运行。
若t2≥t02,则执行降功率至预设功率P2＝2.4MW运行。
其中t02为设定值。
本发明实施例提供了第七种可能的实施方式，其中，所述第二组降功率运行方案包括：
提取第二组布尔值中b32对应的持续时间t3。
若t3<t03,则执行降功率至预设功率P3＝2.4MW运行。
若t3≥t03,则执行降功率至预设功率P4＝1.4MW运行。
其中t03为设定值。
本发明实施例提供了第八种可能的实施方式，其中，所述根据预设时间内滤波结果和设定值的关系，判断是否执行恢复功率运行，包括：
记录300秒内V2和V3大于第二组设定值(Vout22＝25m,Vout32＝30m)的次数 (n2,n3)。
若n2＝0，同时n3＝0,则执行恢复功率至额定功率P0＝3.0MW运行。
若n3>0,则执行降功率至预设功率P3＝2.4MW运行。
若n2>0,则执行降功率至预设功率P1＝2.8MW运行。
本发明实施例旨在保护一种提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，具备如下效果：
本发明提出一种新的提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，在不提高风力发电机组结构设计的情况下，通过改进风力发电机组的控制算法，降低疲劳载荷、减少风力发电机组大风停机情况并提高发电量。该方法能有效减少大湍流条件下风力发电机组运行在切出风速附近时停机的概率，从而提高风力发电机组风能利用率、降低大风引起的极限载荷和频繁启停机引起的疲劳寿命损失。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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 (8)

1.一种提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，其特征在于，包括：
采集风速仪信号Vt，通过不同滤波器获得不同时间长度的滤波结果；
判断风速信号的滤波结果是否大于两组设定值，得到两组布尔值；
根据第一组布尔值判断是否停机；
若不停机，则根据第二组布尔值执行降功率运行；
根据预设时间内滤波结果和设定值的关系，判断是否执行恢复功率运行；
其中，所述判断风速信号的滤波结果是否大于两组设定值，得到两组布尔值，包括：
判断风速信号的滤波结果(V1,V2,V3)是否大于第一组设定值(Vout11,Vout21,Vout31)，若大于则记为1，若小于则记为0，得到第一组三个布尔值(b11,b21,b31)；
其中，V1为T1秒的滤波结果，V2为T2秒的滤波结果，V3为T3秒的滤波结果，Vt为t时间下的风速仪信号；
判断风速信号的滤波结果(V2,V3)是否大于第二组设定值(Vout22,Vout32)，若大于则记为1，若小于则记为0，得到第二组两个布尔值(b22,b32)。
2.根据权利要求1所述的提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，其特征在于，所述采集风速仪信号Vt，通过不同滤波器获得不同时间长度的滤波结果，包括：
采集t时间下的风速仪信号Vt；
通过每个滤波器，分别采集T1秒的滤波结果V1、T2秒的滤波结果V2、T3秒的滤波结果V3。
3.根据权利要求2所述的提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，其特征在于，
两组设定值中，Vout11<Vout22<Vout21≤Vout32<Vout31。
4.根据权利要求2所述的提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，其特征在于，所述根据第一组布尔值判断是否停机，包括：
若第一组布尔值中，b11＝1，或b21＝1，或b31＝1,则触发超切出风速安全链，正常停机；
若b11＝0，同时b21＝0，同时b31＝0，则判断第二组布尔值。
5.根据权利要求4所述的提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，其特征在于，所述若不停机，则根据第二组布尔值执行降功率运行，包括：
当b22＝1时，执行第一组降功率运行方案；
当b32＝1时，执行第二组降功率运行方案。
6.根据权利要求5所述的提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，其特征在于，所述第一组降功率运行方案包括：
提取第二组布尔值中b22对应的持续时间t2；
若t2<t02，则执行降功率至预设功率P1运行；
若t2≥t02,则执行降功率至预设功率P2运行；
其中t02为设定值。
7.根据权利要求5所述的提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，其特征在于，所述第二组降功率运行方案包括：
提取第二组布尔值中b32对应的持续时间t3；
若t3<t03,则执行降功率至预设功率P3运行；
若t3≥t03,则执行降功率至预设功率P4运行；
其中t03为设定值。
8.根据权利要求6所述的提高风力发电机组风能利用率的风力切出控制方法，其特征在于，所述根据预设时间内滤波结果和设定值的关系，判断是否执行恢复功率运行，包括：
记录前Tn秒内V2和V3大于第二组设定值(Vout22,Vout32)的次数(n2,n3)；
若n2＝0，同时n3＝0,则执行恢复功率至额定功率P0运行；
若n3>0,则执行降功率至预设功率P3或P4运行；
若n2>0,则执行降功率至预设功率P1运行。
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