CN113982826B - 一种风力发电机组变桨控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组变桨控制方法及***，方法包括基于风力发电机组的发电机转速得到风力发电机组的当前转速加速度；判断当前转速加速度是否超过预设转速加速度；若当前转速加速度超过预设转速加速度，则基于当前转速加速度和预先构建的转速加速度‑变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值；基于当前转速加速度、确定的变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度；基于确定好的实际变桨角度生成变桨控制信号以控制风力发电机组变桨。本发明能够有效防止风力发电机组在风速急剧升高阶段因变桨不及时或者变桨速度慢导致的发电机转速快速上升而出现超速问题。

Description

一种风力发电机组变桨控制方法及***

技术领域

本发明涉及风电变桨控制技术领域，尤其涉及一种风力发电机组变桨控制方法。

背景技术

随着风电行业的迅速发展，风力发电机组单位千瓦扫风面积越来越大，装机位置的风资源条件越来越差，带来了较为严重的发电机超速问题。发电机超速时，将可能导致风力发电机组超过设计载荷，严重时，甚至引起风力发电机组倒塔，给整机厂家和业主带来严重损失。

当风力发电机组遭遇超过设计的极端阵风工况(EOG阵风)时，具体表现为：风速快速降低，随后快速升高，此时，风力发电机组内的发电机转速先急剧降低，随后快速拉升。当转速达额定转速后，风力发电机组开始变桨，此时变桨角度为0度，保持最大风能吸收，即使极快速度变桨，仍不可避免超速。随超低风速风机的设计开发，风力发电机组叶片越来越长，超速问题越来越明显，机组载荷将迎来极大挑战。

因此，如何预防风力发电机组的超速问题发生，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，特别创新地提出了一种风力发电机组变桨控制方法及***，能够有效防止风力发电机组在风速急剧升高阶段因变桨不及时或者变桨速度慢导致的发电机转速快速上升而出现超速问题。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种风力发电机组变桨控制方法，所述方法包括如下步骤：

基于风力发电机组的发电机转速得到所述风力发电机组的当前转速加速度；

判断所述当前转速加速度是否超过预设转速加速度；

若所述当前转速加速度超过所述预设转速加速度，则基于所述当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值；

基于所述当前转速加速度、确定的变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度；

基于确定好的所述实际变桨角度生成变桨控制信号以控制风力发电机组变桨。

优选地，所述风力发电机组变桨控制方法还包括构建转速加速度-变桨叠加角度曲线的步骤，其中，

所述构建转速加速度-变桨叠加角度曲线的步骤包括：

基于风力发电机组的不同工况下的仿真运行数据得到第一预设工况和第二预设工况的变桨角度-转速加速度散点分布图；

根据所述变桨角度-转速加速度散点分布图中第一预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第一预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第一函数关系式；

根据所述变桨角度-转速加速度散点分布图中第二预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第二预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第二函数关系式；

根据所述第一函数关系式和第二函数关系式得到不同转速加速度下第一预设工况和第二预设工况之间的多个变桨角度差值；

将所述变桨角度差值与根据所述第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下的第一变桨角度进行比较，将所述变桨角度差值与所述第一变桨角度中的较小者设置为该转速加速度下的变桨叠加角度；

根据不同转速加速度下变桨叠加角度与转速加速度之间的对应关系得到转速加速度-变桨叠加角度对应表；

根据所述转速加速度-变桨叠加角度对应表绘制所述转速加速度-变桨叠加角度曲线。

优选地，所述基于风力发电机组的发电机转速得到所述风力发电机组的当前转速加速度包括：

获取风力发电机组的发电机转速；

将所述发电机转速进行均值滤波处理得到当前采样周期转速和上一采样周期转速；

基于所述当前采样周期转速和上一周期转速计算瞬时转速加速度；

将所述瞬时转速加速度进行均值滤波处理得到所述当前转速加速度。

优选地，所述基于所述当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要叠加的变桨叠加角度值包括：

基于所述当前转速加速度在所述预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线中查询与所述当前转速加速度对应的变桨叠加角度；

将查询得到的所述变桨叠加角度确定为变桨时需要叠加的所述变桨叠加角度值。

优选地，所述基于所述当前转速加速度、确定的变桨叠加角度值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度包括：

根据所述当前转速加速度和预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系得到当前转速加速度下的初始变桨角度；

将所述确定的变桨叠加角度值与所述初始变桨角度相加得到所述实际变桨角度。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种风力发电机组变桨控制***，所述***包括：

加速度计算模块，用于基于风力发电机组的发电机转速得到所述风力发电机组的当前转速加速度；

判断模块，用于判断所述当前转速加速度是否超过预设转速加速度；

变桨角度叠加值确定模块，用于当所述当前转速加速度超过所述预设转速加速度时，基于所述当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值；

实际变桨角度确定模块，用于基于所述当前转速加速度、确定的变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度；

变桨控制信号生成模块，用于基于确定好的所述实际变桨角度生成变桨控制信号以控制风力发电机组变桨。

优选地，所述风力发电机组变桨控制***还包括用于构建所述转速加速度-变桨叠加角度曲线的曲线构建模块，其中，

所述曲线构建模块包括：

散点分布图绘制单元，用于基于风力发电机组的不同工况下的仿真运行数据得到第一预设工况和第二预设工况的变桨角度-转速加速度散点分布图；

第一函数关系式生成单元，用于根据所述变桨角度-转速加速度散点分布图中第一预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第一预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第一函数关系式；

第二函数关系式生成单元，用于根据所述变桨角度-转速加速度散点分布图中第二预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第二预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第二函数关系式；

变桨角度差值计算单元，用于根据所述第一函数关系式和第二函数关系式得到不同转速加速度下第一预设工况和第二预设工况之间的多个变桨角度差值；

变桨叠加角度计算单元，用于将所述变桨角度差值与根据所述第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下的第一变桨角度进行比较，将所述变桨角度差值与所述第一变桨角度中的较小者设置为该转速加速度下的变桨叠加角度；

表格生成单元，用于根据不同转速加速度下变桨叠加角度与转速加速度之间的对应关系得到转速加速度-变桨叠加角度对应表；

曲线绘制单元，用于根据所述转速加速度-变桨叠加角度对应表绘制所述转速加速度-变桨叠加角度曲线。

优选地，所述加速度计算模块包括：

发电机转速获取单元，用于获取风力发电机组的发电机转速；

发电机转速处理单元，用于将所述发电机转速进行均值滤波处理得到当前采样周期转速和上一采样周期转速；

瞬时加速度计算单元，用于基于所述当前采样周期转速和上一周期转速计算瞬时转速加速度；

转速加速度滤波单元，用于将所述瞬时转速加速度进行均值滤波处理得到所述当前转速加速度。

优选地，所述变桨角度叠加值确定模块包括：

变桨叠加角度查询单元，用于当所述当前转速加速度超过所述预设转速加速度时，基于所述当前转速加速度在所述预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线中查询与所述当前转速加速度对应的变桨叠加角度；

变桨叠加角度确定单元，用于将查询得到的所述变桨叠加角度确定为变桨时需要叠加的所述变桨叠加角度值。

优选地，所述实际变桨角度确定模块包括：

初始变桨角度获取单元，根据所述当前转速加速度和预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系得到当前转速加速度下的初始变桨角度；

实际变桨角度计算单元，用于将所述确定的变桨叠加角度值与所述初始变桨角度相加得到所述实际变桨角度。

由以上方案可知，本申请提供了一种风力发电机组变桨控制方法及***，其中，该方法包括：基于风力发电机组的发电机转速得到所述风力发电机组的当前转速加速度；判断所述当前转速加速度是否超过预设转速加速度；若所述当前转速加速度超过所述预设转速加速度，则基于所述当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值；基于所述当前转速加速度、确定的变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度；基于确定好的所述实际变桨角度生成变桨控制信号以控制风力发电机组变桨。

本申请公开的技术方案，通过基于发电机转速加速度对发电机组进行变桨控制，当识别到发电机转速过快上升时(即当前转速加速度超过预设转速加速度)，通过在原始控制策略对应的变桨角度的基础上，额外叠加一个经过对仿真运行数据计算得到的变桨角度叠加值，把叠加后的变桨角度作为实际变桨角度来生成相应的变桨控制信号对风力发电机组进行变桨控制，这样，若风力发电机组处于低转速区间，通过叠加变桨角度的方式可使风力发电机组提前变桨，从而控制转速上升速率；若风力发电机组处于高转速区间，通过叠加变桨角度的方式，可以加快风力发电机组的变桨，以此降低风力发电机组整体风能利用系数，防止风速急剧升高阶段，因变桨不及时或变桨速度慢，导致发电机转速快速上升而出现超速问题，有效降低机组载荷。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是目前风力发电机组控制转速-功率关系曲线示意图；

图2是目前风力发电机组风速-转速关系曲线示意图；

图3是本发明一种优选实施方式中基于风力发电机组的不同工况下的仿真运行数据得到的第一预设工况(DLC1.2)和第二预设工况(DLC1.3)的变桨角度-转速加速度散点分布图；

图4是本发明一种优选实施方式中根据转速加速度-变桨叠加角度对应表绘制转速加速度-变桨叠加角度曲线示意图；

图5是本发明一种优选实施方式中风力发电机组变桨控制方法的流程图；

图6是本发明一种优选实施方式中构建转速加速度-变桨叠加角度曲线的流程图；

图7是本发明一种优选实施方式中风力发电机组变桨控制***的结构示意图；

图8是本发明一种优选实施方式中实际变桨角度确定模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

目前风力发电机组控制转速-功率关系一般如图1所示，其中，横坐标代表发电机转速，纵坐标代表发电机功率。图中，N1为最低运行转速，Nr为额定转速，N2为控制变桨角度在0°时的转速，N3为超速停机转速，NA为断安全链停机转速；转速在N1与N12之间的区域为控制区Ⅰ(Control ZoneⅠ)，转速在N12与Nr之间的区域为控制区II(Control Zone II)，转速在Nr与N3之间为控制区III(Control Zone III)，N12为设定的控制区I与控制区II的切换转速。在控制区I和控制区II，变桨控制器控制桨距角保持最小叶片角，在控制区III，变桨控制器控制发电机转速，将其保持在额定转速的一定范围内。

目前风力发电机组风速-转速关系一般如图2所示，其中，横坐标代表风速，纵坐标代表发电机转速。图中，Vin为切入风速，Vr为额定风速，Vout为10min切出风速，VA为1s切出风速，N1为最低运行转速，Nr为额定转速，N3为超速停机转速，NA为断安全链停机转速。风力发电机组正常运行的转速范围为N1～N3，针对发电机转速/风轮转速设置两级保护：

若发电机转速/风轮转速超过N3，触发第一超速故障，由PLC控制模块控制快速停机；

若发电机转速/风轮转速超过NA，触发第二超速故障，断开安全链快速停机。

为了避免风力发电机组出现超速故障而影响风力发电机组及电网的正常运行，需要将风力发电机组的发电机转速控制在N3以内。

如图5所示，本发明实施例提供了一种风力发电机组变桨控制方法，该方法可以包括如下步骤：

S1，基于风力发电机组的发电机转速得到风力发电机组的当前转速加速度。

在对风力发电机组进行变桨控制时，首先根据风力发电机组的实时发电机转速计算得到风力发电机组的当前转速加速度，其中，风力发电机组的实时发电机转速可以通过安装在发电机上的转速传感器等转速测量元件检测，也可以通过安装在风轮上的转速测量元件测得风轮的转速，再根据风轮与发电机之间的传动机构的传动比计算实时发电机转速。

S2，判断当前转速加速度是否超过预设转速加速度。

计算得到风力发电机组的当前转速加速度后，将该当前转速加速度与预先存储的预设转速加速度进行比较，从而判断当前转速加速度是否超过预设转速加速度。具体地，所述预设转速加速度可以根据风力发电机组的设备参数或通过对风力发电机的各运行工况进行模拟仿真实验得到。通过将当前转速加速度与预设转速加速度进行比较，来识别目前风速是否处于快速上升阶段，从而提前判断发电机转速是否会出现超速问题。

S3，若当前转速加速度超过预设转速加速度，则基于当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值。

在当前转速加速度超过预设转速加速度时，表明当前风速处于快速上升阶段，需要对风力发电机组实施相应的变桨控制，此时，根据当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值。

S4，基于当前转速加速度、确定的变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度。

确定出变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值后，再根据当前转速加速度、变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系来确定实际变桨角度，该实际变桨角度即为用来在当前时间控制风力发电机组的变桨***执行变桨指令使风轮叶片实际产生的变桨角度。其中，预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系是指在执行本发明的控制策略之前风力发电机组的控制其中设置的其他控制策略的转速加速度与变桨角度之间的对应关系。

S5，基于确定好的实际变桨角度生成变桨控制信号以控制风力发电机组变桨。

最后，根据确定好的实际变桨角度生成控制信号，变桨控制***中的功率速度控制器则通过该控制信号控制风力发电机组变桨，从而在风力发电机组处于低转速区间时实现提前变桨以及风力发电机组在高转速区间时实现快速变桨，通过控制转速上升速率避免发电机转速快速上升而出现超速问题。

在一个实施例中，所述风力发电机组变桨控制方法还包括构建转速加速度-变桨叠加角度曲线的步骤，如图6所示，构建转速加速度-变桨叠加角度曲线具体可以包括如下子步骤：

S01，基于风力发电机组的不同工况下的仿真运行数据得到第一预设工况和第二预设工况的变桨角度-转速加速度散点分布图。

在构建转速加速度-变桨叠加角度曲线时，首先需要根据发电机组的不同工况下的仿真运行数据绘制第一预设工况和第二预设工况下的变桨角度-转速加速度散点分布图。

需要说明的是，第一预设工况与第二预设工况为风力发电机组的不同运行工况。具体地，在本实施例中，第一预设工况为风力发电机组的正常运行工况，第二预设工况为极端湍流工况。

如图3所示，本发明一种具体实例中根据某2.5MW机型的风力发电机组的不同工况下的仿真运行数据得到的第一预设工况和第二预设工况的变桨角度-转速加速度散点分布图，横坐标代表变桨角度(单位为度)，纵坐标代表转速加速度(单位为弧度每平方米秒)，其中，第一预设工况为正常运行工况(即途中的DLC1.2工况)，第二预设工况为极端湍流工况(即图中的DLC1.3工况)。具体地，本实施例中，对风力发电机组的不同工况下的仿真具体采用Bladed仿真软件实现。

S02，根据变桨角度-转速加速度散点分布图中第一预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第一预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第一函数关系式。

采用边界条件分析方法，通过对散点分布图中第一预设工况下的变桨角度-转速加速度外轮廓线删除极端点后进行特征点(即外轮廓线上凸出的点)提取，使得依次连接各特征点的线的一次函数单调递增，即得到以转速加速度为自变量，以变桨角度为因变量的第一函数关系式。

S03，根据变桨角度-转速加速度散点分布图中第二预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第二预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第二函数关系式。

采用边界条件分析方法，通过对散点分布图中第二预设工况下的变桨角度-转速加速度外轮廓线删除极端点后进行特征点(即外轮廓线上凸出的点)提取，使得依次连接各特征点的线的一次函数单调递增，即得到以转速加速度为自变量，以变桨角度为因变量的第二函数关系式。

S04，根据第一函数关系式和第二函数关系式得到不同转速加速度下第一预设工况和第二预设工况之间的多个变桨角度差值。

接着，根据第一函数关系式和第二函数关系式计算同一转速加速度下变桨角度值，并将通过两个函数关系式求解得到的两个对应的变桨角度值相减，即得到该转速加速度下的变桨角度差值，采用同样的方法分别计算不同加速度下第一预设工况和第二预设工况之间的变桨角度差值，即得到多个变桨角度差值。

S05，将变桨角度差值与根据第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下的第一变桨角度进行比较，将变桨角度差值与第一变桨角度中的较小者设置为该转速加速度下的变桨叠加角度。

接着，将变桨角度差值与根据第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下的第一变桨角度进行比较，并将两者中的较小者设置为该转速加速度下的变桨叠加角度。在本实施例中，如图3所示，由于根据第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下正常运行工况(DLC1.2工况)的第一变桨角度为上述二者中的较小者，因此，将根据第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下DLC1.2工况的第一变桨角度作为变桨叠加角度。

S06，根据不同转速加速度下变桨叠加角度与转速加速度之间的对应关系得到转速加速度-变桨叠加角度对应表。

接着，通过上一步骤计算得到的多个不同加速度下对应的变桨叠加角度后，则根据根据不同转速加速度下变桨叠加角度与转速加速度之间的对应关系得到转速加速度-变桨叠加角度对应表。本实施例中，该转速加速度-变桨叠加角度对应表如下表所示。

S07，根据转速加速度-变桨叠加角度对应表绘制转速加速度-变桨叠加角度曲线。

最后，根据上一步骤得到的转速加速度-变桨叠加角度对应表，以表中转速加速度为横坐标，以变桨叠加角度为纵坐标，直角坐标系中绘制各点，并用直线连依次连接相邻的两个点，则得到转速加速度-变桨叠加角度曲线。本实施例中，根据上表得到的转速加速度-变桨叠加角度曲线如图4所示。通过图4可知，在转速加速度为3时，在变桨时开始在原有控制策略对应的变桨角度的基础上额外叠加变桨角度，即叠加与该转速加速度对应的变桨叠加角度，将叠加后的变桨角度作为预期得到的实际变桨角度来生成变桨控制信号。本实施中，在转速加速度为3时，变桨时开始需要额外叠加变桨叠加角度，即预设转速加速度为3。

在一个实施例中，所述步骤S1具体可以包括如下步骤：

首先，获取风力发电机组的发电机转速；

接着，将发电机转速进行均值滤波处理得到当前采样周期转速和上一采样周期转速；具体地，本实施例中，控制器采样发电机转速的采样周期为10ms，上述均值滤波处理采用500ms均值滤波，通过实验证明当控制器采样周期为10ms时，采用500ms均值滤波对发电机转速进行处理，得到的处理后的发电机转速更准确。

接着，基于当前采样周期转速和上一周期转速计算瞬时转速加速度；具体计算公式如下：

瞬时转速加速度＝(当前采样周期转速-上一周期转速)/采样周期。

具体地，在实际应用中，为了便于计算，在对获取到的发电机转速进行计算处理时，可以先将单位为rpm的发电机转速数据先转换成以弧度表示的发电机转速数据，再进行后续根据发电机转速计算瞬时加速度和当前加速度的计算。

最后，将瞬时转速加速度进行均值滤波处理得到当前转速加速度。将上一步骤计算得到的瞬时转速加速度再次进行均值滤波处理即得到当前转速加速度。对瞬时转速加速度的均值滤波处理，同样采用500ms均值滤波。

在一个实施例中，基于当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要叠加的变桨叠加角度值包括：

基于当前转速加速度在预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线中查询与当前转速加速度对应的变桨叠加角度；

将查询得到的变桨叠加角度确定为变桨时需要叠加的变桨叠加角度值。

在一个实施例中，基于当前转速加速度、确定的变桨叠加角度值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度包括：

根据当前转速加速度和预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系得到当前转速加速度下的初始变桨角度；

将确定的变桨叠加角度值与初始变桨角度相加得到实际变桨角度。

综上可知，本发明实施例提供了一种风力发电机组变桨控制方法，首先基于风力发电机组的发电机转速得到风力发电机组的当前转速加速度；然后判断当前转速加速度是否超过预设转速加速度；若当前转速加速度超过预设转速加速度，则基于当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值；接着基于当前转速加速度、确定的变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度；最后基于确定好的实际变桨角度生成变桨控制信号以控制风力发电机组变桨。本实施例通过基于发电机转速加速度对发电机组进行变桨控制，当识别到发电机转速过快上升时(即当前转速加速度超过预设转速加速度)，通过在原始控制策略对应的变桨角度的基础上，额外叠加一个经过对仿真运行数据计算得到的变桨角度叠加值，把叠加后的变桨角度作为实际变桨角度来生成相应的变桨控制信号对风力发电机组进行变桨控制，这样，若风力发电机组处于低转速区间，通过叠加变桨角度的方式可使风力发电机组提前变桨，从而控制转速上升速率；若风力发电机组处于高转速区间，通过叠加变桨角度的方式，可以加快风力发电机组的变桨，以此降低风力发电机组整体风能利用系数，防止风速急剧升高阶段，因变桨不及时或变桨速度慢，导致发电机转速快速上升而达到N3出现超速问题，有效降低机组载荷。

如图7所示，本发明实施例还提供了一种风力发电机组变桨控制***，该***可以包括：

加速度计算模块301，用于基于风力发电机组的发电机转速得到风力发电机组的当前转速加速度。

在对风力发电机组进行变桨控制时，首先根据风力发电机组的实时发电机转速计算得到风力发电机组的当前转速加速度，其中，风力发电机组的实时发电机转速可以通过安装在发电机上的转速传感器等转速测量元件检测，也可以通过安装在风轮上的转速测量元件测得风轮的转速，再根据风轮与发电机之间的传动机构的传动比计算实时发电机转速。

判断模块302，用于判断当前转速加速度是否超过预设转速加速度。

计算得到风力发电机组的当前转速加速度后，将该当前转速加速度与预先存储的预设转速加速度进行比较，从而判断当前转速加速度是否超过预设转速加速度。具体地，所述预设转速加速度可以根据风力发电机组的设备参数或风力发电机组的仿真运行数据进行处理后得到，也可以通过对风力发电机的各运行工况进行模拟仿真实验得到。通过将当前转速加速度与预设转速加速度进行比较，来识别目前风速是否处于快速上升阶段，从而提前判断发电机转速是否会出现超速问题。

变桨角度叠加值确定模块303，用于当当前转速加速度超过预设转速加速度时，基于当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值。

在当前转速加速度超过预设转速加速度时，表明当前风速处于快速上升阶段，需要对风力发电机组实施相应的变桨控制，此时，根据当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值。

实际变桨角度确定模块304，用于基于当前转速加速度、确定的变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度。

确定出变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值后，再根据当前转速加速度、变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系来确定实际变桨角度，该实际变桨角度即为用来在当前时间控制风力发电机组的变桨***执行变桨指令使风轮叶片实际产生的变桨角度。其中，预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系是指在执行本发明的控制策略之前风力发电机组的控制其中设置的其他控制策略的转速加速度与变桨角度之间的对应关系。

变桨控制信号生成模块305，用于基于确定好的实际变桨角度生成变桨控制信号以控制风力发电机组变桨。

最后，根据确定好的实际变桨角度生成控制信号，变桨控制***中的功率速度控制器则通过该控制信号控制风力发电机组变桨，从而在风力发电机组处于低转速区间时实现提前变桨以及风力发电机组在高转速区间时实现快速变桨，通过控制转速上升速率避免发电机转速快速上升而出现超速问题。

在一个实施例中，风力发电机组变桨控制***还包括用于构建转速加速度-变桨叠加角度曲线的曲线构建模块300，其中，

如图8所示，曲线构建模块300包括：

散点分布图绘制单元3001，用于基于风力发电机组的不同工况下的仿真运行数据得到第一预设工况和第二预设工况的变桨角度-转速加速度散点分布图。

在构建转速加速度-变桨叠加角度曲线时，首先需要根据发电机组的不同工况下的仿真运行数据绘制第一预设工况和第二预设工况下的变桨角度-转速加速度散点分布图。

需要说明的是，第一预设工况与第二预设工况为风力发电机组的不同运行工况。具体地，在本实施例中，第一预设工况为风力发电机组的正常运行工况，第二预设工况为极端湍流工况。

如图3所示，本发明一种具体实例中根据某2.5MW机型的风力发电机组的不同工况下的仿真运行数据得到的第一预设工况和第二预设工况的变桨角度-转速加速度散点分布图，横坐标代表变桨角度(单位为度)，纵坐标代表转速加速度(单位为弧度每平方米秒)，其中，第一预设工况为正常运行工况(即途中的DLC1.2工况)，第二预设工况为极端湍流工况(即图中的DLC1.3工况)。具体地，本实施例中，对风力发电机组的不同工况下的仿真具体采用Bladed仿真软件实现。

第一函数关系式生成单元3002，用于根据变桨角度-转速加速度散点分布图中第一预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第一预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第一函数关系式。

采用边界条件分析方法，通过对散点分布图中第一预设工况下的变桨角度-转速加速度外轮廓线删除极端点后进行特征点(即外轮廓线上凸出的点)提取，使得依次连接各特征点的线的一次函数单调递增，即得到以转速加速度为自变量，以变桨角度为因变量的第一函数关系式。

第二函数关系式生成单元3003，用于根据变桨角度-转速加速度散点分布图中第二预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第二预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第二函数关系式。

采用边界条件分析方法，通过对散点分布图中第二预设工况下的变桨角度-转速加速度外轮廓线删除极端点后进行特征点(即外轮廓线上凸出的点)提取，使得依次连接各特征点的线的一次函数单调递增，即得到以转速加速度为自变量，以变桨角度为因变量的第二函数关系式。

变桨角度差值计算单元3004，用于根据第一函数关系式和第二函数关系式得到不同转速加速度下第一预设工况和第二预设工况之间的多个变桨角度差值。

接着，根据第一函数关系式和第二函数关系式计算同一转速加速度下变桨角度值，并将通过两个函数关系式求解得到的两个对应的变桨角度值相减，即得到该转速加速度下的变桨角度差值，采用同样的方法分别计算不同加速度下第一预设工况和第二预设工况之间的变桨角度差值，即得到多个变桨角度差值。

变桨叠加角度计算单元3005，用于将变桨角度差值与根据第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下的第一变桨角度进行比较，将变桨角度差值与第一变桨角度中的较小者设置为该转速加速度下的变桨叠加角度。

接着，将变桨角度差值与根据第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下的第一变桨角度进行比较，并将两者中的较小者设置为该转速加速度下的变桨叠加角度。在本实施例中，如图3所示，由于根据第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下正常运行工况(DLC1.2工况)的第一变桨角度为上述二者中的较小者，因此，将根据第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下DLC1.2工况的第一变桨角度作为变桨叠加角度。

表格生成单元3006，用于根据不同转速加速度下变桨叠加角度与转速加速度之间的对应关系得到转速加速度-变桨叠加角度对应表。

接着，通过上一步骤计算得到的多个不同加速度下对应的变桨叠加角度后，则根据根据不同转速加速度下变桨叠加角度与转速加速度之间的对应关系得到转速加速度-变桨叠加角度对应表。本实施例中，该转速加速度-变桨叠加角度对应表如下表所示。

曲线绘制单元3007，用于根据转速加速度-变桨叠加角度对应表绘制转速加速度-变桨叠加角度曲线。

最后，根据上一步骤得到的转速加速度-变桨叠加角度对应表，以表中转速加速度为横坐标，以变桨叠加角度为纵坐标，直角坐标系中绘制各点，并用直线连依次连接相邻的两个点，则得到转速加速度-变桨叠加角度曲线。本实施例中，根据上表得到的转速加速度-变桨叠加角度曲线如图4所示。通过图4可知，在转速加速度为3时，在变桨时开始在原有控制策略对应的变桨角度的基础上额外叠加变桨角度，即叠加与该转速加速度对应的变桨叠加角度，将叠加后的变桨角度作为预期得到的实际变桨角度来生成变桨控制信号。本实施中，在转速加速度为3时，变桨时开始需要额外叠加变桨叠加角度，即预设转速加速度为3。

在一个实施例中，加速度计算模块301包括：

发电机转速获取单元，用于获取风力发电机组的发电机转速；

发电机转速处理单元，用于将发电机转速进行均值滤波处理得到当前采样周期转速和上一采样周期转速；具体地，本实施例中，控制器采样发电机转速的采样周期为10ms，上述均值滤波处理采用500ms均值滤波，通过实验证明当控制器采样周期为10ms时，采用500ms均值滤波对发电机转速进行处理，得到的处理后的发电机转速更准确。

瞬时加速度计算单元，用于基于当前采样周期转速和上一周期转速计算瞬时转速加速度；具体计算公式如下：

瞬时转速加速度＝(当前采样周期转速-上一周期转速)/采样周期。

具体地，在实际应用中，为了便于计算，在对获取到的发电机转速进行计算处理时，可以先将单位为rpm的发电机转速数据先转换成以弧度表示的发电机转速数据，再进行后续根据发电机转速计算瞬时加速度和当前加速度的计算。

最后，将瞬时转速加速度进行均值滤波处理得到当前转速加速度。将上一步骤计算得到的瞬时转速加速度再次进行均值滤波处理即得到当前转速加速度。对瞬时转速加速度的均值滤波处理，同样采用500ms均值滤波。

转速加速度滤波单元，用于将瞬时转速加速度进行均值滤波处理得到当前转速加速度。将上一步骤计算得到的瞬时转速加速度再次进行均值滤波处理即得到当前转速加速度。对瞬时转速加速度的均值滤波处理，同样采用500ms均值滤波。

在一个实施例中，变桨角度叠加值确定模块303包括：

变桨叠加角度查询单元，用于当当前转速加速度超过预设转速加速度时，基于当前转速加速度在预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线中查询与当前转速加速度对应的变桨叠加角度；

变桨叠加角度确定单元，用于将查询得到的变桨叠加角度确定为变桨时需要叠加的变桨叠加角度值。

在一个实施例中，实际变桨角度确定模块304包括：

初始变桨角度获取单元，根据当前转速加速度和预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系得到当前转速加速度下的初始变桨角度；

实际变桨角度计算单元，用于将确定的变桨叠加角度值与初始变桨角度相加得到实际变桨角度。

综上可知，本发明实施例提供还了一种风力发电机组变桨控制***，首先通过加速度计算模块301基于风力发电机组的发电机转速得到风力发电机组的当前转速加速度；然后通过判断模块302判断当前转速加速度是否超过预设转速加速度；接着通过变桨角度叠加值确定模块303在当前转速加速度超过预设转速加速度时，基于当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值；接着通过实际变桨角度确定模块304基于当前转速加速度、确定的变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度；最后通过变桨控制信号生成模块305基于确定好的实际变桨角度生成变桨控制信号以控制风力发电机组变桨。本实施例通过基于发电机转速加速度对发电机组进行变桨控制，当识别到发电机转速过快上升时(即当前转速加速度超过预设转速加速度)，通过在原始控制策略对应的变桨角度的基础上，额外叠加一个经过对仿真运行数据计算得到的变桨角度叠加值，把叠加后的变桨角度作为实际变桨角度来生成相应的变桨控制信号对风力发电机组进行变桨控制，这样，若风力发电机组处于低转速区间，通过叠加变桨角度的方式可使风力发电机组提前变桨，从而控制转速上升速率；若风力发电机组处于高转速区间，通过叠加变桨角度的方式，可以加快风力发电机组的变桨，以此降低风力发电机组整体风能利用系数，防止风速急剧升高阶段，因变桨不及时或变桨速度慢，导致发电机转速快速上升而达到N3出现超速问题，有效降低机组载荷。

本实施例中，所述风力发电机组变桨控制***集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以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 (8)

1.一种风力发电机组变桨控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

基于风力发电机组的发电机转速得到所述风力发电机组的当前转速加速度；

判断所述当前转速加速度是否超过预设转速加速度；

若所述当前转速加速度超过所述预设转速加速度，则基于所述当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值；

基于所述当前转速加速度、确定的变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度；

基于确定好的所述实际变桨角度生成变桨控制信号以控制风力发电机组变桨；

其中，构建转速加速度-变桨叠加角度曲线的步骤包括：

基于风力发电机组的不同工况下的仿真运行数据得到第一预设工况和第二预设工况的变桨角度-转速加速度散点分布图；

根据所述变桨角度-转速加速度散点分布图中第一预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第一预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第一函数关系式；

根据所述变桨角度-转速加速度散点分布图中第二预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第二预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第二函数关系式；

根据所述第一函数关系式和第二函数关系式得到不同转速加速度下第一预设工况和第二预设工况之间的多个变桨角度差值；

将所述变桨角度差值与根据所述第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下的第一变桨角度进行比较，将所述变桨角度差值与所述第一变桨角度中的较小者设置为该转速加速度下的变桨叠加角度；

根据不同转速加速度下变桨叠加角度与转速加速度之间的对应关系得到转速加速度-变桨叠加角度对应表；

根据所述转速加速度-变桨叠加角度对应表绘制所述转速加速度-变桨叠加角度曲线。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨控制方法，其特征在于，所述基于风力发电机组的发电机转速得到所述风力发电机组的当前转速加速度包括：

获取风力发电机组的发电机转速；

将所述发电机转速进行均值滤波处理得到当前采样周期转速和上一采样周期转速；

基于所述当前采样周期转速和上一周期转速计算瞬时转速加速度；

将所述瞬时转速加速度进行均值滤波处理得到所述当前转速加速度。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨控制方法，其特征在于，所述基于所述当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要叠加的变桨叠加角度值包括：

基于所述当前转速加速度在所述预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线中查询与所述当前转速加速度对应的变桨叠加角度；

将查询得到的所述变桨叠加角度确定为变桨时需要叠加的所述变桨叠加角度值。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨控制方法，其特征在于，所述基于所述当前转速加速度、确定的变桨叠加角度值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度包括：

根据所述当前转速加速度和预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系得到当前转速加速度下的初始变桨角度；

将所述确定的变桨叠加角度值与所述初始变桨角度相加得到所述实际变桨角度。

5.一种风力发电机组变桨控制***，其特征在于，所述***包括：

加速度计算模块，用于基于风力发电机组的发电机转速得到所述风力发电机组的当前转速加速度；

判断模块，用于判断所述当前转速加速度是否超过预设转速加速度；

变桨角度叠加值确定模块，用于当所述当前转速加速度超过所述预设转速加速度时，基于所述当前转速加速度和预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线确定变桨时需要额外叠加的变桨角度叠加值；

实际变桨角度确定模块，用于基于所述当前转速加速度、确定的变桨角度叠加值以及预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系确定实际变桨角度；

变桨控制信号生成模块，用于基于确定好的所述实际变桨角度生成变桨控制信号以控制风力发电机组变桨；以及

曲线构建模块，用于构建所述转速加速度-变桨叠加角度曲线，其中，所述曲线构建模块包括：

散点分布图绘制单元，用于基于风力发电机组的不同工况下的仿真运行数据得到第一预设工况和第二预设工况的变桨角度-转速加速度散点分布图；

第一函数关系式生成单元，用于根据所述变桨角度-转速加速度散点分布图中第一预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第一预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第一函数关系式；

第二函数关系式生成单元，用于根据所述变桨角度-转速加速度散点分布图中第二预设工况的变桨角度-转速加速度外轮廓线得到能够反映第二预设工况下变桨角度与转速加速度之间相互关系的第二函数关系式；

变桨角度差值计算单元，用于根据所述第一函数关系式和第二函数关系式得到不同转速加速度下第一预设工况和第二预设工况之间的多个变桨角度差值；

变桨叠加角度计算单元，用于将所述变桨角度差值与根据所述第一函数关系式计算得到的同一转速加速度下的第一变桨角度进行比较，将所述变桨角度差值与所述第一变桨角度中的较小者设置为该转速加速度下的变桨叠加角度；

表格生成单元，用于根据不同转速加速度下变桨叠加角度与转速加速度之间的对应关系得到转速加速度-变桨叠加角度对应表；

曲线绘制单元，用于根据所述转速加速度-变桨叠加角度对应表绘制所述转速加速度-变桨叠加角度曲线。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组变桨控制***，其特征在于，所述加速度计算模块包括：

发电机转速获取单元，用于获取风力发电机组的发电机转速；

发电机转速处理单元，用于将所述发电机转速进行均值滤波处理得到当前采样周期转速和上一采样周期转速；

瞬时加速度计算单元，用于基于所述当前采样周期转速和上一周期转速计算瞬时转速加速度；

转速加速度滤波单元，用于将所述瞬时转速加速度进行均值滤波处理得到所述当前转速加速度。

7.根据权利要求5所述的风力发电机组变桨控制***，其特征在于，所述变桨角度叠加值确定模块包括：

变桨叠加角度查询单元，用于当所述当前转速加速度超过所述预设转速加速度时，基于所述当前转速加速度在所述预先构建的转速加速度-变桨叠加角度曲线中查询与所述当前转速加速度对应的变桨叠加角度；

变桨叠加角度确定单元，用于将查询得到的所述变桨叠加角度确定为变桨时需要叠加的所述变桨叠加角度值。

8.根据权利要求5所述的风力发电机组变桨控制***，其特征在于，所述实际变桨角度确定模块包括：

初始变桨角度获取单元，根据所述当前转速加速度和预先存储的转速加速度与变桨角度之间的对应关系得到当前转速加速度下的初始变桨角度；

实际变桨角度计算单元，用于将所述确定的变桨叠加角度值与所述初始变桨角度相加得到所述实际变桨角度。

Images