CN115324815A - 减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的控制方法。本发明首先由常规变桨控制算法，当发电机转速ω g 与发电机额定转速ω r 的差值Δω不为零时，以Δω为输入值，得到常规变桨控制算法输出的桨距角输出值β ref1 ；再执行减少变桨动作频次控制逻辑，当前发电机转速或发电机转速加速度在设定的变化范围内，变桨执行机构保持不动；当前发电机转速或发电机转速加速度变化超出了设定的变化范围，则将β ref1 赋值给减少变桨执行机构动作频次控制逻辑输出的桨距角输出值β ref ，触发变桨执行机构进行动作。本发明可以有效减少潮流能发电机组变桨动作频次，延长变桨轴承密封圈的使用寿命，提高潮流能发电机组的运行可靠性。

Description

减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的控制方法
技术领域
本发明涉及潮流能发电机组控制技术领域，特别涉及一种减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的变桨控制方法。
背景技术
海洋能，特别是海洋潮流能，具有储量巨大、清洁无污染、取之不尽、用之不竭等突出优点。与太阳能和风能相比，海洋能规律性强并且不占用陆地，是特别理想的可再生能源，是未来能源的重要来源。
潮流能发电原理与风力发电类似，即将海洋潮流的动能转化为叶轮的机械能，进而将机械能转化为电能。潮流能发电机组按传动链的不同形式，可分为垂直轴潮流能发电机组与水平轴潮流能发电机组。水平轴潮流能发电机组相较于垂直轴潮流能发电机组具有能量转换效率高、自启动特性好、控制较为灵活并且可与当前成熟的兆瓦级风力发电机组共用部分关键零部件，便于设计与制造，越来越受到人们的关注，成为当前研究与试验的热点。
水平轴潮流能发电机组的叶片能够通过变桨技术，实现双向潮流能的捕获。叶片变桨动作是通过变桨轴承来实现的。变桨轴承的外圈固定在轮毂上，内圈安装叶片，内、外两部分能够相对转动。变桨轴承的内、外圈之间都密封，作用是阻止海水经过内、外圈之间的缝隙进入轮毂，从而破坏轮毂内的部件。频繁的变桨动作，会影响变桨轴承密封圈的使用寿命。由于变桨轴承密封不易维修的固有特点,损坏后只能进行更换，若维修期间停机时间过长,则停机造成的电量损失也不容忽视。
论文《以变桨轴承延寿为目标的风电机组变桨策略优化研究》，王禹,韩爽, 王其乐,等.[J].分布式能源,2021,6(2):8，提出一种减少变桨动作,延长变桨轴承寿命的变桨***优化策略。在最佳桨距角策略基础上提出风速波动阈值指标建立优化模型,以风速波动阈值指标作为输入条件,基于麻雀搜索算法对提出的优化模型进行求解。该论文在风电机组上有一定参考性。但风速仪通常安装在风轮后面，受到风轮的影响，风速测量具有不准确性。另外，仅以风速为判据，没有考虑风轮转速波动情况及发电机、变流器等功率部件的输出功率的影响，具有一定的局限性。
发明内容
针对于上述问题，本发明提出了一种减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的控制方法，来延长变桨轴承密封圈的使用寿命，提高潮流能发电机组的运行可靠性。
为实现上述技术目的，本发明具体包括以下步骤：
步骤1、根据常规变桨控制算法，当潮流流速V大于额定潮流流速Vr时，则发电机转速ωg与发电机额定转速ωr的差值Δω不为零，发电机转矩给定Tg保持为额定转矩Trate，潮流能发电机组的发电机通过常规变桨控制算法保持发电机转速在额定转速ωr；
步骤2、常规变桨控制算法以Δω为输入值，经过一个非线性比例积分PI 调节器进行实时运算，输出桨距角输出值βref1；
步骤3：执行减少变桨执行机构动作频次控制逻辑。
3-1将当前发电机转速，与设定的发电机转速变化范围进行逻辑判断，若当前发电机转速在设定的发电机转速变化范围内，则不触发变桨执行机构动作；若当前发电机转速超出了设定的发电机转速变化范围，则把步骤2中得到的βref1赋值给所述控制逻辑输出的桨距角输出值βref，触发变桨执行机构动作；
3-2将当前发电机转速加速度，与设定的发电机转速加速度变化范围进行逻辑判断，若当前发电机转速加速度在设定的发电机转速加速度变化范围内，则不触发变桨执行机构动作；若当前发电机转速加速度超出了设定的发电机转速加速度变化范围，则把步骤2中得到的βref1赋值给所述控制逻辑输出的桨距角输出值βref，触发变桨执行机构动作。
本发明有益效果：发电机转速或发电机转速加速度在设定的变化范围内，变桨执行机构保持不动；当发电机转速或发电机转速加速度超出了设定的变化范围，触发变桨执行机构进行动作。可以有效减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次，延长变桨轴承密封圈的使用寿命，提高潮流能发电机组的运行可靠性。
附图说明
图1为减少变桨执行机构动作频次的变桨控制方法逻辑框图；
图2为潮流能发电机组变桨控制器组成框图；
图3为根据发电机转速减少变桨执行机构动作频次控制逻辑；
图4为根据发电机转速加速度减少变桨执行机构动作频次控制逻辑。
具体实施方式
本发明在常规变桨控制算法的基础上，根据发电机转速波动范围及发电机转速加速度的变化情况，判断是否触发变桨动作，从而减少了变桨执行机构动作频次，其实现逻辑框图见图1。
本发明的潮流能发电机组变桨控制器如图2所示，由常规变桨控制算法及减少变桨执行机构动作频次控制逻辑组成。图中ωg为当前发电机转速，ωr为发电机额定转速，Δω为ωg与ωr的差值；βref1为常规变桨控制算法输出的桨距角输出值；βref给为减少变桨执行机构动作频次控制逻辑输出的桨距角输出值，也就是潮流能发电机组变桨控制器最终输出给变桨执行机构的桨距角输出值。
本发明包括以下步骤：
步骤1、根据常规变桨控制算法当潮流流速V大于额定潮流流速Vr时，发电机转速ωg偏离额定发电机转速ωr，发电机转速ωg与发电机额定转速ωr的差值Δω不为零，发电机转矩给定Tg保持为额定转矩Trate，潮流能发电机组通过常规变桨控制算法保持发电机转速在额定转速ωr；
步骤2、常规变桨控制算法以Δω为输入值，经过一个非线性比例积分PI 调节器进行实时运算，输出桨距角输出值βref1；
步骤3：执行减少变桨执行机构动作频次控制逻辑。
3-1将当前发电机转速，与设定的发电机转速变化范围进行逻辑判断，若当前发电机转速在设定的发电机转速变化范围内，则不触发变桨执行机构动作；若当前发电机转速超出了设定的发电机转速变化范围，则把步骤2中得到的βref1赋值给减少变桨执行机构动作频次控制逻辑输出的桨距角输出值βref，触发变桨执行机构动作。
图3为通过根据发电机转速减少变桨执行机构动作频次的逻辑原理，判断变桨执行机构的是否动作的发电机转速变化范围，需根据该款潮流能发电机组过功率长期安全稳定运行值、风轮软件过转速值及输出功率波动允许值进行整定。以下数值为一个特殊例子，取发电机转速在0.94～1.06倍的额定转速之间时，则动作标志位ActFlag为0，潮流能发电机组变桨控制器不触发变桨执行机构动作，变桨执行机构保持不动，避免了过多的变桨执行机构动作；当发电机转速小于 0.94倍的额定转速，或高于1.06倍的额定转速时，则动作标志位ActFlag为1，潮流能发电机组变桨控制器把常规变桨控制算法输出的桨距角输出值βref1赋值给减少变桨执行机构动作频次控制逻辑输出的桨距角输出值βref，触发变桨执行机构动作。
3-2将当前发电机转速加速度，与设定的发电机转速加速度变化范围进行逻辑判断，若当前发电机转速加速度在设定的发电机转速加速度变化范围内，则不触发变桨执行机构动作；若发电机转速加速度超出了设定的发电机转速加速度变化范围，则把步骤2中得到的βref1赋值给减少变桨执行机构动作频次控制逻辑输出的桨距角输出值βref，触发变桨执行机构动作。
图4为通过根据发电机转速加速度减少变桨执行机构动作频次的逻辑原理图，判断变桨执行机构的是否动作的发电机转速加速度变化范围，根据该款潮流能发电机组风轮软件过转速值及输出功率波动允许值进行整定。以下数值为一个特殊例子，取发电机转速加速度在-3.0～3.0rad/s2之间时，则动作标志位 ActFlag为0，潮流能发电机组变桨控制器不触发变桨执行机构动作，变桨执行机构保持不动；当发电机转速加速度小于-3.0rad/s2时，或大于3.0rad/s2时，则动作标志位ActFlag为1，潮流能发电机组变桨控制器把常规变桨控制算法输出的桨距角输出值βref1赋值给减少变桨执行机构动作频次控制逻辑输出的桨距角输出值βref，触发变桨执行机构动作。
同时本发明仍然不失为一种闭环控制方法，潮流流速在额定潮流流速以上时，潮流能发电机组转速波动及功率波动保持在一定范围以内。

Claims (5)

1.减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的控制方法，其特征在于该方法具体包括以下步骤：
步骤1、当潮流流速V大于额定潮流流速Vr时，发电机转速ωg与发电机额定转速ωr的差值Δω不为零，发电机转矩给定Tg保持为额定转矩Trate，潮流能发电机组通过常规变桨控制算法保持发电机转速在额定转速ωr；
步骤2、常规变桨控制算法以Δω为输入值，输出桨距角输出值βref1；
步骤3、执行减少变桨动作频次控制逻辑；
3-1将当前发电机转速，与设定的发电机转速变化范围进行逻辑判断，若当前发电机转速在设定的发电机转速变化范围内，则不触发变桨执行机构动作；若当前发电机转速超出设定的发电机转速变化范围，则把步骤2中得到的βref1赋值给所述控制逻辑输出的桨距角输出值βref，触发变桨执行机构动作；
3-2将当前发电机转速加速度，与设定的发电机转速加速度变化范围进行逻辑判断，若当前发电机转速加速度在设定的发电机转速加速度变化范围内，则不触发变桨执行机构动作；若当前发电机转速加速度超出设定的发电机转速加速度变化范围，则把步骤2中得到的βref1赋值给所述控制逻辑输出的桨距角输出值βref，触发变桨执行机构动作。
2.根据权利要求1所述的减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的控制方法，其特征在于：所述的一种减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的控制方法由变桨控制器实现；
所述的变桨控制器由常规变桨控制算法和减少变桨动作频次控制逻辑组成。
3.根据权利要求1所述的减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的控制方法，其特征在于：步骤2中所述的桨距角输出值βref1由常规变桨控制算法以Δω作为输入值，经过一个非线性比例积分PI调节器进行实时运算得到。
4.根据权利要求1所述的减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的控制方法，其特征在于：步骤3-1中所述的发电机转速设定的变化范围根据潮流能发电机组的过功率长期安全稳定运行值、风轮软件过转速值及输出功率波动允许值进行整定。
5.根据权利要求1所述的减少潮流能发电机组变桨执行机构动作频次的控制方法，其特征在于：步骤3-2中所述的发电机转速加速度设定的变化范围根据潮流能发电机组的风轮软件过转速值及输出功率波动允许值进行整定。
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