CN103758698A - 用于风电机组的转速控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电机组的转速控制方法和系统。所述风电机组的转速控制方法包括：获取发电机的转速ω，如果确定获取的转速ω落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内，并且确定转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，则根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。由此，在确定风电机组进入共振转频带后，能够快速通过共振转频带并避免在共振转频带的滞留，同时通过对电磁扭矩的限定，降低机组发电功率的损失幅度并减轻风电机组的机械损耗。

Description

用于风电机组的转速控制方法和系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种用于根据发电机的转速改变趋势，对发电机的转速执行控制以快速通过共振转频带的风电机组的转速控制方法以及使用所述方法的系统。

背景技术

风电机组在实际运行中，当运行转速对应的转频与风电机组的结构部件的固有频率相近时，风电机组与结构部件易产生共振（例如转频与塔架的一阶固有频率相近时，与塔架产生共振），产生共振的频率范围即共振转频带，通常范围较宽。如果风电机组运行的转速落在共振转频带，持续数十秒甚至数秒会引起整机强烈振动，影响风电机组性能，严重时还会导致风电机组的结构部件损坏。

在额定风速以上运转时，发电机的转速为额定转速，在生产实践中，对额定转速的设计施工会尽量避开共振转频带；而在额定风速以下运转时，发电机的转速随风速的变化而变化，无法避免频率落入共振转频带，即共振现象无法避免。

近年来，风电机组的设计尺寸比以往变大，相应的，风电机组重量上升、固有频率下降，而风电的设计尺寸越大、运行转速越低，因此，在风电机组运行过程中，塔架等结构部件与风电机组的运行的对应的转频发生共振的概率越大。

发明内容

本发明提供了一种风电机组转速控制方法以及使用所述方法的系统，从而当风电机组进入共振转频带时，根据发电机的转速改变趋势对发电机执行控制，以快速通过共振转频带，解决由于共振转频带产生的整机振动问题。

根据本发明的一方面，提供一种用于风电机组的转速控制方法，包括：获取发电机的转速ω；如果确定获取的转速ω落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内，并且确定转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，则根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。

优选地，如果ω₁+ε₁＜ω＜ω₂－ε₂，则确定转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，其中，ω₁为预设的共振转频带对应的下限转速，ω₂为预设的共振转频带对应的上限转速，ε₁为对应ω₁预设的偏置值，ε₂为对应ω₂预设的偏置值。

优选地，所述根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃包括：根据转速ω的增减状态以及所述增减状态持续的时间确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。

优选地，所述根据转速ω的增减状态以及所述增减状态持续的时间确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃包括，将非负加速度的累计次数T₁和为负加速度的累计次数T₂初始化为0，并且在指定的时间区间内，以预定的时间间隔周期性地执行以下操作，以确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃：获取发电机的转速ω；计算发电机转速的加速度a；如果计算的加速度a为正或零，则T₁=T₁+1，否则T₂=T₂+1；如果T₁≥Thres，或者T₁<Thres且ω>ω_m，则确定执行向上限转速ω₂跳跃；如果T₂≥Thres，或者T₂<Thres且ω＜ω_m，则确定执行向下限转速ω₁跳跃。其中，共振转频带的中间转速ω_m是ω₁和ω₂的中间值，Thres是预定的门限次数。

优选地，所述控制发电机执行向下限转速ω₁跳跃的处理包括：如果ω＜ω_m，则将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁。

优选地，所述控制发电机执行向下限转速ω₁跳跃的处理还包括：如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁。

优选地，所述控制发电机向上限转速ω₂跳跃的处理包括：如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂。

优选地，所述控制发电机向上限转速ω₂跳跃的处理还包括：如果ω＜ω_m，将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂。

优选地，所述的风电机组转速控制方法还包括：如果确定获取的转速ω落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内，并且确定转速ω接近所述转速范围的下限转速ω₁或上限转速ω₂，则相应地将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁或上限转速ω₂。

优选地，所述根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃的处理还包括：根据当前设定的转速设定值相应地设置发电机的电磁扭矩最高值或电磁扭矩最低值。

优选地，所述根据当前所设的转速设定值相应地设置发电机的电磁扭矩最高值或电磁扭矩最低值的处理包括：根据基于最佳尖速比的转速/功率表获得共振转频带的中间转速ω_m对应的最佳发电功率P_m，并且基于当前设定的转速设定值和最佳发电功率P_m设置相应的电磁扭矩最低值或电磁扭矩最高值。

优选地，所述ε₁和所述ε₂根据风电机组恒转速扭矩控制的转速超调量确定。

优选地，ε₁和ε₂分别满足以下条件：ω₁×3%≤ε₁≤ω₁×5%，ω₂×3%≤ε₂≤ω₂×5%。

优选地，所述获取发电机的转速ω的步骤包括：检测风电机组的发电机的转速ω_raw，并且对所述发电机的转速ω_raw执行一阶低通滤波，求得滤波后的转速ω。

所述共振转频带可为以下频率段之一：风电机组与整机的共振频率段、风电机组与塔架的共振频率段、为风电机组与叶轮的共振频率段、能够覆盖所述风电机组与整机的共振频率段以及所述风电机组与塔架机的共振频率段和所述风电机组与叶轮的共振频率段的频率段。

根据本发明的另一方面，提供一种用于风电机组的转速控制系统，包括：转速获取模块，用于获取发电机的转速ω；转速设定模块，用于根据转速获取模块获取的转速ω设定发电机的转速设定值，其中，如果转速设定模块确定获取的转速ω落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内并且转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，则转速设定模块根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。

优选地，如果ω₁+ε₁＜ω＜ω₂－ε₂，则转速设定模块确定转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，其中，ω₁为预设的共振转频带对应的下限转速，ω₂为预设的共振转频带对应的上限转速，ε₁为对应ω₁预设的偏置值，ε₂为对应ω₂预设的偏置值。

优选地，转速设定模块根据转速ω的增减状态以及所述增减状态持续的时间确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。

优选地，转速设定模块将非负加速度的累计次数T₁和为负加速度的累计次数T₂初始化为0，并且在指定的时间区间内，以预定的时间间隔周期性地执行以下操作，以确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃：通过转速获取模块获取发电机的转速ω；计算发电机转速的加速度a；如果计算的加速度a为正或零，则T₁=T₁+1，否则T₂=T₂+1；如果T₁≥Thres，或者T₁<Thres且ω>ω_m，则转速设定模块确定执行向上限转速ω₂跳跃；如果T₂≥Thres，或者T₂<Thres且ω＜ω_m，则转速设定模块确定执行向下限转速ω₁跳跃。其中，共振转频带的中间转速ω_m是ω₁和ω₂的中间值，Thres是预定的门限次数。

优选地，转速设定模块控制发电机执行向下限转速ω₁跳跃的处理包括：如果ω＜ω_m，则将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁。

优选地，转速设定模块控制发电机执行向下限转速ω₁跳跃的处理包括：如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁。

优选地，转速设定模块控制发电机执行向上限转速ω₂跳跃的处理包括：如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂。

优选地，转速设定模块控制发电机执行向上限转速ω₂跳跃的处理还包括：如果ω＜ω_m，将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂。

优选地，如果转速设定模块确定获取的转速ω落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内，并且确定转速ω接近所述转速范围的下限转速ω₁或上限转速ω₂，则转速设定模块还用于相应地将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁或上限转速ω₂。

优选地，所述的风电机组转速控制系统还包括：电磁扭矩控制模块，用于根据转速设定模块当前设定的转速设定值相应地设置发电机的电磁扭矩最高值或电磁扭矩最低值。

优选地，电磁扭矩控制模块用于根据基于最佳尖速比的转速/功率表获得共振转频带的中间转速ω_m对应的最佳发电功率P_m，并且基于当前设定的转速设定值和最佳发电功率P_m设置相应的电磁扭矩最低值或电磁扭矩最高值。

优选地，所述ε₁和所述ε₂根据风电机组恒转速扭矩控制的转速超调量确定。优选地，ε₁和ε₂分别满足以下条件：ω₁×3%≤ε₁≤ω₁×5%，ω₂×3%≤ε₂≤ω₂×5%。

优选地，转速获取模块用于检测风电机组的发电机的转速ω_raw，并且对所述发电机的转速ω_raw执行一阶低通滤波，求得滤波后的转速ω。

所述共振转频带可以是以下频率段之一：风电机组与整机的共振频率段、风电机组与塔架的共振频率段、为风电机组与叶轮的共振频率段、能够覆盖所述风电机组与整机的共振频率段以及所述风电机组与塔架机的共振频率段和所述风电机组与叶轮的共振频率段的频率段。

有益效果

本发明所提供的风电机组的转速控制方法以及使用所述方法的系统，使得风电机组进入共振转频带后，能够快速通过共振转频带并避免在共振转频带的滞留，同时通过对电磁扭矩的限定，降低机组发电功率的损失幅度并减轻风电机组的机械损耗。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1为在维持最佳尖速比的运转情况下风电机组扭矩与转速的关系图；

图2为本发明实施例的风电机组转速控制方法的流程图；

图3为本发明另一实施例的风电机组转速控制方法的部分流程图；

图4为本发明实施例的风电机组的转速控制系统的逻辑框图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1为在维持最佳尖速比的运转情况下风电机组扭矩与转速的关系图。

参照图1，在AB段，发电机的转速期望维持在第一转速，可通过当前发电机的转速与第一转速的差值计算得出相应的电磁扭矩给定值；在CD段，发电机的转速期望维持在第二转速，可通过当前发电机的转速与第二转速的差值计算得出相应的电磁扭矩给定值；EF段为恒功率控制阶段，在此阶段，风电机组输出功率保持恒定，此时转速与电磁扭矩给定成反比。

在BC段，为提高发电效率，电磁扭矩给定值等于最优增益与发电机转速的平方的乘积。然而，BC段通常包含由于因结构部件耦合引起的共振转频带，风电机组在此区间运行不稳定，容易产生整机共振，影响风电机组性能。

本发明的总体发明构思是，首先，定义在BC段中与共振转频带相应的转速范围，当发电机的转速落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内时，对发电机的转速执行控制。其次，设定与共振转频带相应的转速范围的下限转速ω₁以及上限转速ω₂；如果发电机的转速不在下限转速ω₁以及上限转速ω₂的临界范围内，根据发电机的转速以及其改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃，以使风电机组快速通过共振转频带并避免在共振转频带的滞留。在此基础上，引入扭矩限定，以控制转速跳跃过程中产生较大的扭矩跳变并引起机舱振动；还引入功率限定条件，以防止转速跳跃过程中导致功率大量损失。

本领域技术人员可以根据对具体某一风电机组的设计，确定共振转频带、与共振转频带相应的转速范围以及所述转速范围的临界范围。可将所述临界范围定义为所述转速范围内接近的下限转速ω₁和上限转速ω₂的预定转速范围，例如，可根据实验结果和/或行业经验预先设定ω₁和ω₂的偏置值ε₁和ε₂，将[ω₁,ω₁+ε₁]以及[ω₂－ε₂,ω₂]定义为所述临界范围。其中，根据风电机组恒转速扭矩控制的转速超调量确定ε₁和ε₂是一种较为便捷的方式。根据本发明的优选实施例，根据分别以下条件选取ε₁和ε₂：ω₁×3%≤ε₁≤ω₁×5%，ω₂×3%≤ε≤ω₂×5%。

本发明涉及的共振转频带可以是，但不限于，以下频率段中的一个：风电机组与整机的共振频率段、风电机组与塔架的共振频率段、风电机组与叶轮的共振频率段、为能够覆盖风电机组与整机的共振频率段、风电机组与塔架的共振频率段以及风电机组与叶轮的共振频率段的频率段。在实际项目设计施工中，可以根据实际需要，将共振转频带设置为共振现象发生最严重的的结构部件与风电机组共振频率段，结构部件不限于塔架、叶轮或是整机，可以是任意一个部件或者是任意几个部件。

以下参照图2～图3详细描述根据本发明示例性实施例的风电机组转速控制方法。

图2为根据本发明实施例的风电机组转速控制方法的流程图。

参照图2，在步骤S210，获取发电机的转速ω。

根据本发明的优选实施例，步骤S210包括：检测风电机组的发电机的转速ω_raw，并且对所述发电机的转速ω_raw执行一阶低通滤波，求得滤波后的转速ω。这样，可获得抗扰处理的转速数据，以执行更准确的处理。

在步骤S220，确定转速ω是否位于共振转频带内。例如，转速ω的值是不是在预设的下限转速ω₁和上限转速ω₂之间。

如果确定转速ω没有位于共振转频带内，则在步骤S240，进行传统的风电机组转速控制；如果确定转速ω位于共振转频带内，即ω₁＜ω＜ω₂，则执行步骤S230。

在步骤S230，确定转速ω是否处于与共振转频带相应的转速范围的上限转速ω₂或下限转速ω₁各自的临界范围内，换句话说，确定转速ω是否处于所述转速范围两端的临界范围内。具体地，如果确定转速ω满足ω₁≤ω≤ω₁+ε₁或ω₂－ε₂≤ω≤ω₂，则可确定转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，其中，ε₁和ε₂分别是对应ω₁和ω₂预设的偏置值，如果ω₁+ε₁＜ω＜ω₂－ε₂，则可确定转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围内。

如果在步骤S230确定转速ω接近所述上限转速ω₂或下限转速ω₁，则执行步骤S260，对风电机组进行稳态的控制模式。具体为，如果ω₁≤ω≤ω₁+ε₁，则将发电机的转速设定值设下限转速ω₁；如果ω₂－ε₂≤ω≤ω₂，则将发电机的转速设定值设为ω₂。

另一方面，如果在步骤S230，确定转速ω没有接近所述上限转速ω₂，也没有接近下限转速ω₁，即ω₁+ε₁＜ω＜ω₂－ε₂，则执行步骤S250。

在步骤S250，根据转速ω的改变趋势，控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。

根据本发明的示例性实施例，在步骤S250，可先根据转速ω的增减状态以及所述增减状态持续的时间确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃，然后再根据所述向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃的确定执行相应的转速跳跃。

例如，可通过连续计算发电机的加速度以及所述加速度维持正负的持续时间来确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。在具体实施中，所述持续时间可表现为累计时间或累计次数。具体地，所述根据转速ω的增减状态以及所述增减状态持续的时间确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃可包括：将非负加速度的累计次数T₁和为负加速度的累计次数T₂初始化为0，然后，在指定的判断时间区间内，做出向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃的判断，也就是，以预定的时间间隔周期性地执行以下操作，以确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃：

获取发电机的转速ω；

计算发电机转速的加速度a；

如果计算的加速度a为正或零，则T₁=T₁+1，否则T₂=T₂+1；

如果T₁≥Thres，或者T₁<Thres且ω>ω_m，则确定执行向上限转速ω₂跳跃；

如果T₂≥Thres，或者T₂<Thres且ω＜ω_m，则确定执行向下限转速ω₁跳跃，

其中，共振转频带的中间转速ω_m是ω₁和ω₂的中间值，Thres是预定的门限次数。

所述预定的时间间隔可以是，但不限于，主控程序的时间步长；可指定例如在2秒、5秒或10秒的判断时间区间执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃的判断；可预先确定非负加速度的累计次数T₁或为负加速度的累计次数T₂的门限次数（Thres）为例如3次、5次、6次、10次等等。

以上计算的发电机转速的增减以及增减持续的时间反映出发电机转速的改变趋势，根据计算的加速度a以及其为非负和为负的次数，确定执行向下限转速ω₁还是上限转速ω₂跳跃。本领域技术人员可以根据风电机组的设计和性能要求，设置合理的加速度非负以及为负的门限次数。

此后，在步骤S250，根据向下限转速ω₁跳跃或向上限转速ω₂跳跃的确定，控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。在控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃中，至少设置一次发电机的转速设定值。

以下将参照图3详细说明根据本发明的示例性实施例的向下限转速ω₁跳跃的处理，向上限转速ω₂跳跃的处理与所述向下限转速ω₁跳跃的处理类似。

参照图3，在步骤S2501，确定ω＜ω_m是否成立。如果确定ω＜ω_m，则在步骤S2505，将发电机的转速设定值设为ω₁，并相应地对电磁扭矩限值进行设定和执行扭矩控制。

如果在步骤S2501确定ω>ω_m，则执行步骤S2502，将发电机的转速设定值设为ω_m，并相应地对电磁扭矩限值进行设定和执行扭矩控制。在步骤S2503，持续检测转速ω的改变，直到转速ω达到ω_m，然后在步骤S2505，将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁，，并相应地对电磁扭矩限值进行设定和执行扭矩控制，从而使发电机的转速快速跳出共振转频带。

根据本发明的优选实施例，在向下限转速ω₁跳跃的过程中，当发电机转速首次达到下限转速ω₁后，可将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁的时间再持续第一时间长度。这样可以提高系统稳定性，防止系统在转速未达到稳定的情况下再次执行转速跳跃。这里，所述第一时间长度可以是10～30秒，优选的，可以是20秒。

类似地，在向上限转速ω₂跳跃的处理中，如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂；另一方面，如果ω＜ω_m，将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂。

类似地，根据本发明的优选实施例，当发电机转速首次达到上限转速ω₂后，将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂的时间再持续第一时间长度。

通过上述在对发电机的转速落在共振转频带对应的转速范围的处理可以看出，本发明的风电机组转速控制方法能够使得风电机组进入共振转频带后，能够快速通过共振转频带并避免在共振转频带的滞留。

在此基础上，本发明在根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃的处理中，还引入电磁扭矩的限定以及功率的限定条件，从而降低机组发电功率的损失幅度并减轻风电机组的机械损耗。

根据本发明的优选实施例，在步骤S250，所述根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃的处理还包括：根据当前设定的转速设定值相应地设置发电机的电磁扭矩最高值或电磁扭矩最低值。此外，还可根据转速差（发电机转速ω与发电机的转速设定值的差）计算得到电磁扭矩给定值以控制变流器。

具体地，根据本发明的优选实施例，所述根据当前所设的转速设定值相应地设置发电机的电磁扭矩最高值或电磁扭矩最低值的处理包括：根据基于最佳尖速比的转速/功率表获得共振转频带的中间转速ω_m对应的最佳发电功率P_m，并且基于当前设定的转速设定值和最佳发电功率P_m设置相应的电磁扭矩最低值或电磁扭矩最高值。其中，最佳发电功率P_m是共振转频带的中间转速ω_m对应的最佳发电功率，ω_m的优选值为，ω_m=（ω₁+ω₂）/2。

优选的，与ω₁相应的发电机的电磁扭矩最高值Q₁=P_m/ω₁；与ω₂相应的发电机的电磁扭矩最低值Q₂=P_m/ω₂。

可见，通过最佳发电功率P_m分别确定与ω₁对应的电磁扭矩最高值以及与ω₂相应的发电机的电磁扭矩最低值，便于本领域技术人员以较为便捷的方式确定电磁扭矩并执行扭矩控制。从而，通过基于最佳发电功率设定电磁扭矩最高值或电磁扭矩最低值，在快速通过共振转频带的同时，降低机组发电功率的损失幅度并减轻风电机组的机械损耗。

图4为本发明实施例的风电机组的转速控制系统的逻辑框图。

参照图4，根据本发明的示例性实施例的转速控制系统包括转速获取模块410和转速设定模块420。

转速获取模块410用于获取发电机的转速ω。根据本发明的优选实施例，转速获取模块410用于检测风电机组的发电机的转速ω_raw，并且对所述发电机的转速ω_raw执行一阶低通滤波，求得滤波后的转速ω。

转速设定模块420用于根据转速获取模块410获取的转速ω设定发电机的转速设定值。其中，如果转速设定模块420确定获取的转速ω落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内并且转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围内之外，则转速设定模块420根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。可根据实验结果和/或行业经验预先设定下限转速ω₁和上限转速ω₂的偏置值ε₁和ε₂，将[ω₁,ω₁+ε₁]以及[ω₂－ε₂,ω₂]定义为所述临界范围。

具体地，如果ω₁+ε₁＜ω＜ω₂－ε₂，则转速设定模块420确定转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，其中，ω₁为预设的共振转频带对应的下限转速，ω₂为预设的共振转频带对应的上限转速，ε₁为对应ω₁预设的偏置值，ε₂为对应ω₂预设的偏置值。

根据本发明的可选实施例，转速设定模块420根据转速ω的增减状态以及所述增减状态持续的时间确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。

根据本发明的优选实施例，转速设定模块420将非负加速度的累计次数T₁和为负加速度的累计次数T₂初始化为0，并且在指定的时间区间内，以预定的时间间隔周期性地执行以下操作，以确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃：通过转速获取模块410获取发电机的转速ω；计算发电机转速的加速度a；如果计算的加速度a为正或零，则T₁=T₁+1，否则T₂=T₂+1；如果T₁≥Thres，或者T₁<Thres且ω>ω_m，则转速设定模块420确定执行向上限转速ω₂跳跃；如果T₂≥Thres，或者T₂<Thres且ω＜ω_m，则转速设定模块420确定执行向下限转速ω₁跳跃。其中，共振转频带的中间转速ω_m是ω₁和ω₂的中间值，Thres是预定的门限次数。

转速设定模块420控制发电机执行向下限转速ω₁跳跃的处理包括：如果ω＜ω_m，则将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁，并相应地对电磁扭矩限值进行设定和执行扭矩控制；另一方面，如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁，并相应地对电磁扭矩限值进行设定和执行扭矩控制。

类似地，转速设定模块420控制发电机执行向上限转速ω₂跳跃的处理包括：如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂，并相应地对电磁扭矩限值进行设定和执行扭矩控制；另一方面，如果ω＜ω_m，将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂，并相应地对电磁扭矩限值进行设定和执行扭矩控制。

根据本发明的另一示例性实施例，如果转速设定模块420确定获取的转速ω落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内，并且确定转速ω接近所述转速范围的下限转速ω₁或上限转速ω₂，则转速设定模块420还用于相应地将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁或上限转速ω₂。

根据本发明的优选实施例，所述风电机组转速控制系统还包括电磁扭矩控制模块430。电磁扭矩控制模块430用于根据转速设定模块420当前设定的转速设定值相应地设置发电机的电磁扭矩最高值或电磁扭矩最低值，并且根据转速差（发电机转速ω与发电机的转速设定值的差）计算得到电磁扭矩给定值以控制变流器。

电磁扭矩控制模块430用于根据基于最佳尖速比的转速/功率表获得共振转频带的中间转速ω_m对应的最佳发电功率P_m，并且基于转速设定模块420当前设定的转速设定值和最佳发电功率P_m设置相应的电磁扭矩最低值或电磁扭矩最高值。

通过上述参照附图对本发明示例性实施例的描述，可以看出，本发明提供的用于风电机组的转速控制方法和使用上述方法的系统能够通过检测的风电机组的发电机转速确定风电机组进入共振转频带，根据检测的发电机转速以及转速的改变趋势，对发电机的转速进行控制，从而快速通过共振转频带并避免在共振转频带的滞留。此外，通过对基于最佳尖速比对电磁扭矩的设置进行限定，可降低机组发电功率的损失幅度并减轻风电机组的机械损耗。

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 (20)

1.一种用于风电机组的转速控制方法，其特征在于，包括：

获取发电机的转速ω；

如果确定获取的转速ω落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内，并且确定转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，则根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。

2.如权利要求1所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，如果ω₁+ε₁＜ω＜ω₂－ε₂，则确定转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，其中，ω₁和ω₂分别是预设的共振转频带对应的下限转速和上限转速，ε₁和ε₂分别是对应ω₁和ω₂预设的偏置值。

3.如权利要求2所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，所述根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃包括：

根据转速ω的增减状态以及所述增减状态持续的时间确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。

4.如权利要求3所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，所述根据转速ω的增减状态以及所述增减状态持续的时间确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃包括，将非负加速度的累计次数T₁和为负加速度的累计次数T₂初始化为0，并且在指定的时间区间内，以预定的时间间隔周期性地执行以下操作，以确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃：

获取发电机的转速ω；

计算发电机转速的加速度a；

如果计算的加速度a为正或零，则T₁=T₁+1，否则T₂=T₂+1；

如果T₁≥Thres，或者T₁<Thres且ω>ω_m，则确定执行向上限转速ω₂跳跃；

如果T₂≥Thres，或者T₂<Thres且ω＜ω_m，则确定执行向下限转速ω₁跳跃，

其中，共振转频带的中间转速ω_m是ω₁和ω₂的中间值，Thres是预定的门限次数。

5.如权利要求4所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，所述控制发电机执行向下限转速ω₁跳跃的处理包括：

如果ω＜ω_m，则将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁。

6.如权利要求5所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，所述控制发电机执行向下限转速ω₁跳跃的处理还包括：

如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁。

7.如权利要求4所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，所述控制发电机向上限转速ω₂跳跃的处理包括：

如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂。

8.如权利要求7所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，所述控制发电机向上限转速ω₂跳跃的处理还包括：

如果ω＜ω_m，将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂。

9.如权利要求2～8中任一项所述的风电机组转速控制方法，还包括：

如果确定获取的转速ω落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内，并且确定转速ω接近所述转速范围的下限转速ω₁或上限转速ω₂，则相应地将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁或上限转速ω₂。

10.如权利要求9所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，所述根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃的处理还包括：根据当前设定的转速设定值相应地设置发电机的电磁扭矩最高值或电磁扭矩最低值。

11.如权利要求10所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，所述根据当前所设的转速设定值相应地设置发电机的电磁扭矩最高值或电磁扭矩最低值的处理包括：

根据基于最佳尖速比的转速/功率表获得共振转频带的中间转速ω_m对应的最佳发电功率P_m，并且

基于当前设定的转速设定值和最佳发电功率P_m设置相应的电磁扭矩最低值或电磁扭矩最高值。

12.如权利要求11所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，所述ε₁和所述ε₂根据风电机组恒转速扭矩控制的转速超调量确定。

13.如权利要求12所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，ε₁和ε₂分别满足以下条件：

ω₁×3%≤ε₁≤ω₁×5%，

ω₂×3%≤ε₂≤ω₂×5%。

14.如权利要求13所述的风电机组转速控制方法，其特征在于，所述共振转频带为以下频率段之一：风电机组与整机的共振频率段、风电机组与塔架的共振频率段、为风电机组与叶轮的共振频率段、能够覆盖所述风电机组与整机的共振频率段以及所述风电机组与塔架机的共振频率段和所述风电机组与叶轮的共振频率段的频率段。

15.一种用于风电机组的转速控制系统，其特征在于，包括：

转速获取模块，用于获取发电机的转速ω；

转速设定模块，用于根据转速获取模块获取的转速ω设定发电机的转速设定值，其中，如果转速设定模块确定获取的转速ω落入与风电机组的共振转频带相应的转速范围内并且转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，则转速设定模块根据转速ω的改变趋势控制发电机执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。

16.如权利要求15所述的风电机组转速控制系统，其特征在于，如果ω₁+ε₁＜ω＜ω₂－ε₂，则转速设定模块确定转速ω处于所述转速范围的下限转速ω₁和上限转速ω₂各自的临界范围之外，其中，ω₁和ω₂分别是预设的共振转频带对应的下限转速和上限转速，ε₁和ε₂分别是对应ω₁和ω₂预设的偏置值。

17.如权利要求16所述的风电机组转速控制系统，其特征在于，转速设定模块根据转速ω的增减状态以及所述增减状态持续的时间确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃。

18.如权利要求17所述的风电机组转速控制系统，其特征在于，转速设定模块将非负加速度的累计次数T₁和为负加速度的累计次数T₂初始化为0，并且在指定的时间区间内，以预定的时间间隔周期性地执行以下操作，以确定执行向下限转速ω₁或上限转速ω₂跳跃：

通过转速获取模块获取发电机的转速ω；

计算发电机转速的加速度a；

如果计算的加速度a为正或零，则T₁=T₁+1，否则T₂=T₂+1；

如果T₁≥Thres，或者T₁<Thres且ω>ω_m，则转速设定模块确定执行向上限转速ω₂跳跃；

如果T₂≥Thres，或者T₂<Thres且ω＜ω_m，则转速设定模块确定执行向下限转速ω₁跳跃，

其中，共振转频带的中间转速ω_m是ω₁和ω₂的中间值，Thres是预定的门限次数。

19.如权利要求18所述的风电机组转速控制系统，其特征在于，转速设定模块控制发电机执行向下限转速ω₁跳跃的处理包括：

如果ω＜ω_m，则将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁；

如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为下限转速ω₁。

20.如权利要求19所述的风电机组转速控制系统，其特征在于，转速设定模块控制发电机执行向上限转速ω₂跳跃的处理包括：

如果ω>ω_m，则将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂；

如果ω＜ω_m，将发电机的转速设定值设为中间转速ω_m，直到转速ω达到中间转速ω_m，再将发电机的转速设定值设为上限转速ω₂。

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