CN104088753B - 一种大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法，在传统的控制策略基础上，增加了功率尖峰调节，当功率达到一定限值时，开始提前变桨，减小推力，增加最小净空。该方法控制简单、高效，最小净空增加效果明显，发电量损失很小，在增加最小净空的同时还可以减少在额定风速附近由于阵风导致的机组过速停机，有利于降低大型风力发电机组的制造成本，提高竞争力。虽然会损失一部分的电功率，但在不修改关键部件的几何设计的基础上增加了最小净空，减小了载荷，缩短设计周期，降低度电成本。

Description

一种大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法。
背景技术
近几年，在世界范围内尤其是在中国，风电机组的装机容量持续快速提升，可利用的优质风资源越来越少。并且在中国，低风速风资源靠近负荷中心，有利于风电的输出，因此市场急需适用于低风速区域的风力发电机组，为了快速响应市场需求，整机设计厂家通常选择在原有机型的基础上进行技术升级，优化部分组件的设计，增加风轮直径，以适应低风速区域的需求，降低度电成本。但是随着叶片长度的增加，最小净空(叶尖与塔架间的最小距离)要求也随之加大。
从整机设计厂家的角度来考虑，在原有机型的基础上，若不更改轮毂、传动链部分的几何设计，则最小净空很难满足GL规范的要求，且不利于机组安全运行；若更改这些关键部件的几何设计，则开发周期长，成本也会增加。因此，为了尽量不更改原有部件的几何设计，需要在控制策略上进行优化，保证最小净空满足规范要求，同时能保证机组安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法，在不更改机组原有机型关键部件的几何设计基础上，增大风轮直径时，来增加最小净空，同时保证机组安全稳定运行。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法，包括如下步骤：
(1)根据风力发电机组当前载荷及整机结构确定最小允许桨矩角OAB折线或OAB曲线；
(2)检测机组实时输出功率，并对输出功率进行滤波处理，计算当前的输出Pmean；
(3)根据机组当前的输出功率Pmean，按照OAB折线或OAB曲线，计算机组最小允许桨矩角bmin；
(4)根据得到的最小允许桨矩角bmin对变桨控制的目标角度进行限制，以减小推力，减少叶片变形，增加最小净空。
对输出功率进行滤波处理时的滤波时间为1s～5s。
通过将得到的最小允许桨矩角应用于桨矩角限制器实现对变桨控制的目标角度进行限制，桨矩角限制器对变桨控制器PID输出的桨矩角进行限幅，使目标桨矩角不超过最小允许桨矩角。
当最小允许桨矩角OAB为折线时，当前的输出功率为Pmean时最小允许桨矩角bmin的计算公式如下：
若Pmean＜Ppss，则bmin＝bopt；
若Ppss≤Pmean＜Pr，则 b min = ( b r - b opt ) ( P r - P pss ) * ( P mean - P pss ) + b opt ;
若Pmean≥Pr，则bmin＝br；
其中，br为额定功率时的最小允许桨矩角；bopt为最优桨矩角；Pr为额定功率；Ppss为尖峰调节起始功率。
当最小允许桨矩角OAB为曲线时，通过查表法或数学多项式拟合法得出最小允许桨矩角。
本发明大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法在传统的控制策略基础上，增加了功率尖峰调节，当功率达到一定限值时，开始提前变桨，减小推力，增加最小净空。该方法控制简单、高效，最小净空增加效果明显，发电量损失很小，在增加最小净空的同时还可以减少在额定风速附近由于阵风导致的机组过速停机，有利于降低大型风力发电机组的制造成本，提高竞争力。虽然会损失一部分的电功率，但在不修改关键部件的几何设计的基础上增加了最小净空，减小了载荷，缩短设计周期，降低度电成本。
附图说明
图1为本发明控制方法桨矩角限制器允许的最小允许桨矩角的示意图；
图2为本发明控制方法的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
如图2所示，本发明提供了一种大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法，包括如下步骤：
(1)根据风力发电机组当前载荷及整机结构确定最小允许桨矩角OAB折线或OAB曲线；
如图1所示，本实施例的最小允许桨矩角OAB折线/曲线是结合整机载荷状况和年发电量、整机关键部件的几何结构以及开发成本综合考虑得出的，以此来确定尖峰控制中的的最小允许桨矩角，将其作为桨矩角限制器的输入，从而减小特定工况下的推力，减小叶片变小，增加最小净空，保证机组运行安全。
最小允许桨矩角OAB折线/曲线是在风力发电机组安全设计要求、载荷分析和机型升级时部分关键部件的几何结构受限制的基础上提出的，需根据整机载荷及关键部件的几何参数确定，选取时重点考虑叶片长度及变形、翼型、锥角等，其具体实现步骤为：1)根据机组升级要求，计算机组载荷并核对最小净空是否满足GL规范要求；2)根据载荷校对结果考虑是否优化控制策略，使用本发明的尖峰调节控制方法；3)根据载荷结果预设最小允许桨矩角折线/曲线，重新计算载荷，逐步分析，不同的最小允许桨矩角折线/曲线下整机的各种载荷，在满足设计安全要求下得出最佳的最小允许桨矩角折线/曲线；4)将此折线/曲线应用到尖峰调节控制方法中。
(2)检测机组实时输出功率，并对输出功率进行较短时间的滤波处理，滤波时间选择为1s～5s，计算当前的输出Pmean。
(3)根据机组当前的输出功率Pmean，按照OAB折线或OAB曲线，计算机组最小允许桨矩角bmin；
如图1所示，当最小允许桨矩角OAB为折线时，当前的输出功率为Pmean时最小允许桨矩角bmin的计算公式如下：
若Pmean<Ppss，则bmin＝bopt；
若Ppss≤Pmean＜Pr，则 b min = ( b r - b opt ) ( P r - P pss ) * ( P mean - P pss ) + b opt ;
若Pmean≥Pr，则bmin＝br；
其中，br为额定功率时的最小允许桨矩角；bopt为最优桨矩角；Pr为额定功率；Ppss为尖峰调节起始功率。
当最小允许桨矩角OAB为曲线时，通过查表法或数学多项式拟合法得出最小允许桨矩角。
(4)根据得到的最小允许桨矩角bmin对变桨控制的目标角度进行限制，以减小推力，减少叶片变形，增加最小净空。
本实施例是通过将得到的最小允许桨矩角应用于桨矩角限制器实现对变桨控制的目标角度进行限制，桨矩角限制器对变桨控制器PID输出的桨矩角进行限幅，使目标桨矩角不超过最小(最大)允许桨矩角。
虽然在额定风速附近，由于桨矩角不处于最优桨矩角，根据功率在0～1度左右波动，会损失极小的一部分发电量，但是在某种机型进行设计优化升级时，无需更改其他部件的几何设计，适当增加叶片长度，可提高机组的年发电量。
经试验验证，本发明应用到某公司2MW微风速机型上，风轮直径增加后，最小净空过小，采用本发明最小净空由3.46m增加到4.57m，年发电量损失1.2％，以较小的发电量损失来降低整机成本，最终降低度电成本，增加产品竞争性。
以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据风力发电机组当前载荷及整机结构确定最小允许桨矩角OAB折线或OAB曲线；
(2)检测机组实时输出功率，并对输出功率进行滤波处理，计算当前的输出功率Pmean；
(3)根据机组当前的输出功率Pmean，按照OAB折线或OAB曲线，计算机组最小允许桨矩角bmin；
(4)根据得到的最小允许桨矩角bmin对变桨控制的目标角度进行限制，以减小推力，减少叶片变形，增加最小净空。
2.根据权利要求1所述的大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法，其特征在于：对输出功率进行滤波处理时的滤波时间为1s～5s。
3.根据权利要求1所述的大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法，其特征在于：通过将得到的最小允许桨矩角应用于桨矩角限制器实现对变桨控制的目标角度进行限制，桨矩角限制器对变桨控制器PID输出的桨矩角进行限幅，使目标桨矩角不超过最小允许桨矩角。
4.根据权利要求1所述的大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法，其特征在于，当最小允许桨矩角OAB为折线时，当前的输出功率为Pmean时最小允许桨矩角bmin的计算公式如下：
若Pmean＜Ppss，则bmin＝bopt；
若Ppss≤Pmean＜Pr，则
若Pmean≥Pr，则bmin＝br；
其中，br为额定功率时的最小允许桨矩角；bopt为最优桨矩角；Pr为额定功率；Ppss为尖峰调节起始功率。
5.根据权利要求1所述的大型风力发电机组增加最小净空的尖峰调节控制方法，其特征在于：当最小允许桨矩角OAB为曲线时，通过查表法或数学多项式拟合法得出最小允许桨矩角。
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