風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，風(fēng)電成為獲取綠色能源的主要途徑之一。我國的風(fēng)力發(fā)電機組(以下簡稱機組)正朝著兆瓦級大型化的方向發(fā)展，變槳控制直接影響到兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組安全穩(wěn)定生產(chǎn)。
[0003]目前，現(xiàn)有的變槳控制方式是基于風(fēng)力發(fā)電機的建模仿真得到不同風(fēng)速與槳距角范圍的對應(yīng)表，再通過計算平均風(fēng)速，并應(yīng)用插值算法計算出當(dāng)前風(fēng)速下的變槳距范圍，進而對變槳距范圍進行修正，同時利用非線性因數(shù)校正變槳距速度進而實現(xiàn)輸出控制。
[0004]然而，上述方式具有以下不足之處:首先，現(xiàn)有機組通常將風(fēng)速儀安裝在葉輪后方的機艙罩上，風(fēng)速儀會因受到葉片掃風(fēng)產(chǎn)生的尾流而影響測量精度，進而使得實際風(fēng)速和槳距角的關(guān)系與仿真模型無法對應(yīng);其次，常用的機械式風(fēng)速儀長時間使用后，風(fēng)速信號測量精度降低，不適合作為控制系統(tǒng)的輸入信號。由此，通過上述方式無法避免在大風(fēng)或陣風(fēng)情況下發(fā)生超速故障導(dǎo)致風(fēng)機停機，從而影響發(fā)電效率，以及機組的安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例的目的在于，提供一種風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法及裝置，以實現(xiàn)避免大風(fēng)或陣風(fēng)時風(fēng)力發(fā)電機組過速停機，提高機組可利用率和安全性。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的實施例提供了一種風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法，所述方法包括:計算預(yù)設(shè)時間長度內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機組的平均槳距角，并根據(jù)所述平均槳距角計算動態(tài)最小槳距角；獲取滿發(fā)狀態(tài)下風(fēng)力發(fā)電機組的機組運行參數(shù)，并通過對所述機組運行參數(shù)進行線性插值來計算變槳參數(shù)增益;根據(jù)所述動態(tài)最小槳距角和/或利用參數(shù)增益調(diào)整后的變槳控制器的輸出進行變槳控制。
[0007]本發(fā)明的實施例還提供了一種風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制裝置，所述裝置包括:動態(tài)最小槳距角計算模塊，用于計算預(yù)設(shè)時間長度內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機組的平均槳距角，并根據(jù)所述平均槳距角計算動態(tài)最小槳距角；參數(shù)獲取及增益計算模塊，用于獲取滿發(fā)狀態(tài)下風(fēng)力發(fā)電機組的機組運行參數(shù)，并通過對所述機組運行參數(shù)進行線性插值來計算變槳參數(shù)增益;變槳控制模塊，用于根據(jù)所述動態(tài)最小槳距角和/或利用參數(shù)增益調(diào)整后的變槳控制器的輸出進行變槳控制。
[0008]本發(fā)明實施例提供的風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法及裝置，通過計算得到的預(yù)設(shè)時間長度內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機組的平均槳距角計算動態(tài)最小槳距角，進一步對滿發(fā)狀態(tài)下獲取的機組運行參數(shù)進行線性插值來計算變槳參數(shù)增益，實現(xiàn)了根據(jù)動態(tài)最小槳距角和/或利用參數(shù)增益調(diào)整后的變槳控制器的輸出進行變槳控制，從而避免了大風(fēng)或陣風(fēng)時風(fēng)力發(fā)電機組過速停機，提高了機組可利用率和安全性。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明實施例一的風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法的流程示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明實施例一中不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應(yīng)關(guān)系的示例性示意圖；
[0011]圖3為本發(fā)明實施例一的風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法中步驟110的示例性示意圖；
[0012]圖4為本發(fā)明實施例一中不同葉輪轉(zhuǎn)速狀態(tài)范圍與變槳位置增益的對應(yīng)關(guān)系的示例性示意圖；
[0013]圖5為本發(fā)明實施例一的風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法中步驟120的示例性示意圖；
[0014]圖6為本發(fā)明實施例一的風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法的應(yīng)用場景示意圖；
[0015]圖7為陣風(fēng)時風(fēng)速曲線的示例性示意圖；
[0016]圖8為未使用本發(fā)明實施例一所述變槳控制方法、使用了本發(fā)明實施例一所述變槳控制方法中計算動態(tài)最小槳距角，以及使用了動態(tài)最小槳距角和非線性增益的葉輪轉(zhuǎn)速對比曲線的示例性示意圖；
[0017]圖9為未使用本發(fā)明實施例一所述變槳控制方法、使用了本發(fā)明實施例一所述變槳控制方法中計算動態(tài)最小槳距角，以及使用了動態(tài)最小槳距角和非線性增益的變槳角度對比曲線的示例性示意圖；
[0018]圖10為未使用本發(fā)明實施例一所述變槳控制方法、使用了本發(fā)明實施例一所述變槳控制方法中計算動態(tài)最小槳距角，以及使用了動態(tài)最小槳距角和非線性增益的變槳速率對比曲線的示例性示意圖；
[0019]圖11為未使用本發(fā)明實施例一所述變槳控制方法，以及使用了動態(tài)最小槳距角和非線性增益的塔底載荷對比曲線的示例性示意圖；
[0020]圖12為本發(fā)明實施例二的風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法及裝置進行詳細描述。
[0022]實施例一
[0023]圖1為本發(fā)明實施例一的風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法的流程示意圖，如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法包括:
[0024]步驟110:計算預(yù)設(shè)時間長度內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機組的平均槳距角，并根據(jù)平均槳距角計算動態(tài)最小槳距角。
[0025]根據(jù)本發(fā)明示例性的實施例，步驟110中根據(jù)平均槳距角計算動態(tài)最小槳距角的處理可包括:通過對所述平均槳距角進行線性插值計算得到所述動態(tài)最小槳距角，或者根據(jù)所述平均槳距角查找預(yù)設(shè)的不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應(yīng)關(guān)系表，得到所述動態(tài)最小槳距角。
[0026]在具體的實現(xiàn)方式中，下面以線性插值方法計算動態(tài)最小槳距角為例進行詳細說明。圖2為本發(fā)明實施例一中不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應(yīng)關(guān)系的示例性示意圖，圖3為本發(fā)明實施例一的風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法中步驟110的示例性示意圖。
[0027]參照圖2和圖3，計算預(yù)設(shè)時間長度(如20秒、3分鐘等)內(nèi)獲取的平均槳距角C，通過線性插值得到當(dāng)前時刻的最小變槳位置b，b隨平均槳距角c動態(tài)變化。在機組變槳范圍a?d(通常，設(shè)定的最小變槳位置a = 0°，設(shè)定的最大變槳位置d = 90°)內(nèi)，可將變槳角度劃分為η+2段。圖2是示出當(dāng)η = 4時表征預(yù)設(shè)的不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應(yīng)關(guān)系的折線，可通過圖2機組確定最小變槳位置b，并將確定的最小變槳位置b作為動態(tài)最小槳距角。例如當(dāng)Ci〈c < C2時，b = (bi_bo).(C-Ci)/(C2_ci)+bo。當(dāng)c < Co時，b = a;當(dāng)。>。11時，b = bn—I。其中，CO?Cn及bo?bn—I—般通過建模仿真得到，且co>a。
[0028]需要說明的是，除了上述通過折線表征不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應(yīng)關(guān)系，并基于線性插值計算最小變槳位置外，均可使用其他差值算法來代替，或者采用基于如前所述的不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應(yīng)關(guān)系表，通過查表法計算動態(tài)最小槳距角。例如，查找該對應(yīng)關(guān)系表可知平均槳距角c位于c>cn的變槳角度范圍內(nèi)，而變槳角度范圍c > (^對應(yīng)的最小變槳位置是b = bn-1，那么動態(tài)最小槳距角即是bn。
[0029]在實際應(yīng)用中，當(dāng)機組遇到先快速下降、后快速上升的陣風(fēng)時，機組葉片向設(shè)定的最小變槳位置a開槳，當(dāng)達到動態(tài)最小槳距角b時，機組停止開槳，在風(fēng)速回升時，葉片可以更快的達到控制器需求位置，從而避免機組過速。
[0030]步驟120:獲取滿發(fā)狀態(tài)下風(fēng)力發(fā)電機組的機組運行參數(shù)，并通過對機組運行參數(shù)進行線性插值來計算變槳參數(shù)增益。
[0031]根據(jù)本發(fā)明示例性的實施例，步驟120中通過對機組運行參數(shù)進行線性插值來計算變槳參數(shù)增益的處理可包括:計算機組運行參數(shù)的實際值和設(shè)定值之間的差值;根據(jù)差值計算機組運行參數(shù)的加速度;計算差值和機組運行參數(shù)的加速度的乘積，得到機組運行參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù);根據(jù)機組運行參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)，查找預(yù)設(shè)的不同機組運行參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)范圍與變槳參數(shù)增益的對應(yīng)關(guān)系，并基于線性插值算法得到變槳參數(shù)增益。
[0032]需要說明的是，機組運行參數(shù)可具體為葉輪轉(zhuǎn)速或機組輸出功率，變槳參數(shù)增益可具體為變槳速率增益或變槳位置增益。
[0033]下面以機組運行參數(shù)是葉輪轉(zhuǎn)速，變槳參數(shù)增益是變槳位置增益為例，詳細說明上述處理過程。
[0034]在具體的實現(xiàn)方式中，圖4為本發(fā)明實施例一中不同葉輪轉(zhuǎn)速狀態(tài)范圍與變槳位置增益的對應(yīng)關(guān)系的示例性示意圖，圖5為本發(fā)明實施例一的風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法中步驟120的示例性示意圖。
[0035]參照圖4和圖5，在滿發(fā)狀態(tài)下，通過測量設(shè)備獲取機組的葉輪轉(zhuǎn)速的實際值，計算機組葉輪轉(zhuǎn)速實際值與設(shè)定值之間的差值，得到葉輪轉(zhuǎn)速偏差W。將當(dāng)前時刻轉(zhuǎn)速偏差與前一周期轉(zhuǎn)速偏差求取差值，求取的差值除以運算周期，得到葉輪轉(zhuǎn)速加速度dw。由此，計算葉輪轉(zhuǎn)速偏差w和葉輪轉(zhuǎn)速加速度dw的乘積，得到葉輪轉(zhuǎn)速狀態(tài)數(shù)據(jù)S。這里，滿發(fā)狀態(tài)既可包括正常運行時的滿發(fā)狀態(tài)，又包括限功率運行時的滿發(fā)狀態(tài)。
[0036]設(shè)定葉輪轉(zhuǎn)速狀態(tài)數(shù)據(jù)S的判定范圍為S1-S2(C)< SKS2)，當(dāng)S〈Sd#，變槳位置增益n=l ；當(dāng)Si < S < S2時，通過線性插值計算得到變槳位置增益η= (η『1).(S-Si)/(S2_Si)+l ；當(dāng)S 2 S2時，η = no，其中，no、S1、S2—般通過建模仿真得到，且I ^ n ^ no。
[0037]步驟130:根據(jù)動態(tài)最小槳距角和/或利用參數(shù)增益調(diào)整后的變槳控制器的輸出進行變槳控制。
[0038]根據(jù)本發(fā)明示例性的實施例，步驟130可包括:當(dāng)所述利用參數(shù)增益調(diào)整后的變槳控制器的輸出小于所述動態(tài)最小槳距角，將所述動態(tài)最小槳距角作為最終變槳控制輸出；當(dāng)所述利用參數(shù)增益調(diào)整后的變槳控制器的輸出大于所述動態(tài)最小槳距角，將所述利用參數(shù)增益調(diào)整后的變槳控制器的輸出作為最終變槳控制輸出。
[0039]在實際應(yīng)用中，需要說明的是，僅利用參數(shù)增益或者動態(tài)最小槳距角進行控制的方法均僅需直接輸出動態(tài)最小槳距角或利用參數(shù)增益調(diào)整后的變槳控制器的輸出，按照輸出進行變槳即可。
[0040]下面結(jié)合具體的處理示例，來進一步更直觀地說明一下本發(fā)明實施例的具體應(yīng)用。
[0041]圖6為本發(fā)明實施例一的風(fēng)力發(fā)電機組的變槳控制方法的應(yīng)用場景示意圖，參照圖6，其中，如前所述的步驟110就可通過虛線框中示出的“測量槳距角”和“動態(tài)最小槳距角”實現(xiàn)，如前所述的步驟120就可通過虛線框示出的“測量轉(zhuǎn)速”、“設(shè)定的轉(zhuǎn)速”和“非線性增益”實現(xiàn)。如前所述的利用參數(shù)增益調(diào)整后的變槳