CN104265568A - 一种风机的升功率运行控制方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风机的升功率运行控制方法、装置及系统，该风机的升功率运行控制方法包括：根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度与所述风机的发电机的转速测量值获取所述风机的变桨速率给定值；根据所述机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度与所述发电机的转速测量值获取所述发电机的电磁扭矩给定值；将变桨速率给定值与电磁扭矩给定值输入至风机。本发明实施例能够有效避免风机在运行过程中出现失稳以及发电机转速过速等故障，保证发电机较快的升功率速率，还可以避免变桨速率、发电机转速、发电机电磁扭矩给定值、风机输出功率大幅低频波动以及发电机过速故障发生。

Description

一种风机的升功率运行控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风机的升功率运行控制方法、装置及系统。
背景技术
直驱兆瓦风机在并网发电运行模式下，电网会通过中央监控系统中的能量管理设备对风电场的风机进行限功率运行控制。无论是风机输送到电网功率由大到小的降功率过程，还是由小到大的升功率过程中，都规定了各自数值固定的功率变化速率。
当能量管理平台启动，且风机输送到电网功率由小到大的升功率过程中，如果升功率速率取值稍大，兆瓦风机运行就会失稳，体现在变桨速率、发电机转速低频波动幅度越来越大，直至发电机转速过速故障发生。
发明内容
本发明实施例提供一种风机的升功率运行控制方法、装置及系统，实现动态调节升功率速率，有效避免风机运行出现失稳以及发电机转速过速等故障。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种风机的升功率运行控制方法，其中，该方法包括如下步骤：
根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度与所述风机的发电机的转速测量值获取所述风机的变桨速率给定值；
根据所述机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度与所述发电机的转速测量值获取所述发电机的电磁扭矩给定值；
将所述变桨速率给定值与所述电磁扭矩给定值输入至所述风机，以便于所述风机根据所述变桨速率给定值与所述电磁扭矩给定值调节所述风机在升功率过程中的升功率速率。
一种风机的升功率运行控制装置，其中，该装置包括：
第一获取模块，用于根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度与所述风机的发电机的转速测量值获取所述风机的变桨速率给定值；
第二获取模块，用于根据所述机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度与所述发电机的转速测量值获取所述发电机的电磁扭矩给定值；
传输模块，用于将所述变桨速率给定值与所述电磁扭矩给定值输入至所述风机，以便于所述风机根据所述变桨速率给定值与所述电磁扭矩给定值调节所述风机在升功率过程中的升功率速率。
一种风机的升功率运行控制系统，其中，该系统包括：
变桨执行机构、变流器以及上述技术方案中所述的风机的升功率运行控制装置；其中，
所述风机的升功率运行控制装置计算得到变桨速率给定值以及电磁扭矩给定值，将所述变桨速率给定值与所述电磁扭矩给定值分别输入至所述变桨执行机构与所述变流器；
所述变桨执行机构根据所述变桨速率给定值调整变桨速率；
所述变流器根据所述电磁扭矩给定值调整发电机转速，从而调节所述发电机在升功率过程中的升功率速率。
本发明实施例提供的风机的升功率运行控制方法、装置及系统，通过来风方向、与来风方向相垂直的方向这两个方向的第一机舱加速度与第二机舱加速度以及发电机的转速测量值，调节风机在升功率过程中的升功率速率，能够有效避免风机在运行过程中出现失稳以及发电机转速过速等故障，保证发电机较快的升功率速率，从而可以使风机向电网输送更多的功率；此外，还可以避免变桨速率、发电机转速、发电机电磁扭矩给定值、风机输出功率大幅低频波动以及发电机过速故障发生。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的风机的升功率运行控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中的风机的来风方向、与来风方向垂直的方向的示意图；
图3为本发明又一个实施例提供的风机的升功率运行控制方法的流程示意图；
图4为图3所示实施例中微分增益系数与第一差值之间的坐标关系示意图；
图5为现有技术中通过波滤波器的单位阶跃响应的示意图；
图6为图3所示实施例中通过PD控制单位阶跃响应的示意图；
图7为本发明一个实施例提供的风机的升功率运行控制装置的结构示意图；
图8为本发明又一个实施例提供的风机的升功率运行控制装置的结构示意图；
图9为本发明一个实施例提供的风机的升功率运行控制系统的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的风机的升功率运行控制系统的电路结构图；
图11为本发明实施例中所采用的15m/s的定常风的示意图；
图12为本发明实施例与现有技术在50Kw/s升功率过程中变桨速率的比较示意图；
图13为本发明实施例与现有技术在50Kw/s升功率过程中发电机转速的比较示意图；
图14为本发明实施例与现有技术在50Kw/s升功率过程中风机的输出功率的比较示意图；
图15为本发明实施例与现有技术在50Kw/s升功率过程中塔筒底部My弯矩的比较示意图；
图16为本发明实施例与现有技术在50Kw/s升功率过程中叶根My弯矩的比较示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供风机的升功率运行控制方法、装置及系统的进行详细描述。
第一实施例：
图1为本发明一个实施例提供的风机的升功率运行控制方法的流程示意图，图2为本发明实施例中的风机的来风方向、与来风方向垂直的方向的示意图；如图1所示，该风机的升功率运行控制方法包括如下步骤：
步骤101、根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度与风机的发电机的转速测量值获取风机的变桨速率给定值。
步骤102、根据机舱在与来风方向垂直的方向的第二机舱加速度与发电机的转速测量值获取发电机的电磁扭矩给定值。
步骤103、将变桨速率给定值与电磁扭矩给定值输入至风机，以便于风机根据变桨速率给定值与电磁扭矩给定值调节风机在升功率过程中的升功率速率。
如图2所示，XT表示风机90的来风方向，该来风方向具体表示了面向风机90的方向，YT表示与来风方向垂直的方向，ZT表示垂直地面的方向。第一机舱加速度与第二机舱加速度分别由设置在机舱内的加速度传感器获取到。发电机的转速测量值为发电机的实时转速值，通过对该转速测量值进行监测，从而得到变桨速率给定值。
本发明实施例提供的风机的升功率运行控制方法，通过来风方向、与来风方向相垂直的方向这两个方向的第一机舱加速度与第二机舱加速度以及发电机的转速测量值，调节风机在升功率过程中的升功率速率，能够有效避免风机在运行过程中出现失稳以及发电机转速过速等故障，保证发电机较快的升功率速率，从而可以使风机向电网输送更多的功率；此外，还可以避免变桨速率、发电机转速、发电机电磁扭矩给定值、风机输出功率大幅低频波动以及发电机过速故障发生。
第二实施例：
图3为本发明又一个实施例提供的风机的升功率运行控制方法的流程示意图，图4为图3所示实施例中微分增益系数与第一差值之间的坐标关系示意图；如图3所示，该方法包括如下步骤：
步骤301、根据风机的发电机转速测量值获取发电机转速的峰峰值。
步骤302、根据发电机转速的峰峰值获取发电机的转速设定值。
其中，在步骤301和步骤302中，在风机的输出功率从小到大增大的升功率过程中，可以实时监测发电机的峰峰值在转速低频时的波动幅度；在峰峰值的波动幅度符合预设阈值的条件下，将发电机的输出功率给定值除以最优控制增益后开三次方()，具体地，当发电机处于最优增益控制时，其对应的电磁扭矩为：
Q D = K opt × n rated 2 - - - ( 1 )
最优增益时的输出功率为：
P D = Q D × n rated = K opt × n ratetd 3 - - - ( 2 )
发电机的额定转速为
在上述公式(1)～公式(3)中，QD为风机的电磁扭矩，PD为风机的输出功率，Kopt为最优增益，nrated为风机的额定转速。由于是根据最优增益Kopt和额定转速nrated来依次计算风机的电磁扭矩QD和输出功率PD的，但本发明实施例是根据风机输出功率PD来计算发电机转速给定值，所以可以通过公式(3)得到发电机的转速给定值，进一步地，发电机的转速给定值需要满足：从而保证转速给定值小于或者等于发电机的额定转速。进一步地，预设阈值通过载荷(例如，叶根My弯矩、塔筒底部My弯矩等处的载荷)变化的波动幅度大小而调整，本发明实施例对预设阈值的具体值不做限定。
步骤303、根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度获取第一变桨速率。
较佳地，在步骤303中，首先可将风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度进行带通滤波；然后可将带通滤波后的第一机舱加速度通过二阶滤波器进行滤波；最后可将二阶滤波后的第一机舱加速度(单位为m/s2)乘以第一比例增益，得到第一变桨速率(单位为deg/s)，该第一比例增益为常量，量纲由第一机舱加速度与第一变桨速率确定。
步骤304、根据发电机的转速设定值与发电机的转速测量值获取第二变桨速率。
较佳地，在步骤304中，首先，可将发电机的转速设定值与发电机的转速测量值相减，得到第一差值；然后根据第一差值进行比例微分(Proportional Differential，简称为PD)控制计算得到第一中间值；最后可将第一中间值进行低通滤波，得到第二变桨速率。
进一步地，在根据第一差值进行PD控制计算得到第一中间值的步骤中，可以先将第一差值进行微分计算，通过微分后的第一差值确定微分增益系数；根据微分增益系数与第一差值得到经过PD控制的第一中间值。进一步地，若微分计算后的第一差值小于第一设定值时，则PD控制的微分增益系数为第一增益系数；若微分计算后的第一差值大于第一设定值并且小于第二设定值，则微分增益系数从第一增益系数线性增大到第二增益系数，其中，第二增益系数大于第一增益系数；若微分计算后的微分增益系数大于第二设定值，则微分增益系数保持为第二增益系数。由于微分器根据第一差值确定微分增益系数，而第一差值又是根据发电机的转速设定值与发电机的转速测量值相减，因此实现了动态非线性调节发电机的PD控制器的微分增益，从而保证了在发电机的升功率过程中发电机的转速-变桨速率闭环控制，实现了发电机转速-发电机电磁扭矩的控制具备较小的超调量、较快的系统响应速度以及较好的系统相位裕度。
具体地，如图4所示，当PD控制器的输入(第一差值)小于第一设定值a0时，PD控制器的微分增益系数为第一增益系数b0＝1.0；而当PD控制器的输入(第一差值)介于第一设定值a0与第二设定值a1之间时，PD控制器的微分增益系数从第一增益系数b0线性增大到第二增益系数b1(b1＞1.0)；当PD控制器的输入(第一差值)大于第二设定值a1时，PD控制器的微分增益系数保持为b1。
步骤305、将第一变桨速率与第二变桨速率相加，得到取风机的变桨速率给定值。
步骤306、根据风机的机舱在与来风方向垂直的方向的第二机舱加速度获取发电机的第一电磁扭矩。
较佳地，在步骤306中，首先，可将风机的机舱在与来风方向垂直的方向的第二机舱加速度进行积分；其次，将积分后的第二机舱加速度通过带通滤波器进行带通滤波；最后，可将带通滤波后的第二机舱加速度(单位为m/s)乘以第二比例增益，得到第一电磁扭矩(单位为N·s)，该第二比例增益为常量，量纲由第二机舱加速度与第一电磁扭矩确定。
步骤307、根据发电机的转速设定值与发电机的转速测量值获取第二电磁扭矩。
较佳地，在步骤307中，将发电机的转速设定值与发电机的转速测量值相减，得到第二差值；将第二差值进行比例积分(ProportionalIntegration，简称为PI)控制计算得到第二中间值；将第二中间值进行低通滤波，得到第二电磁扭矩。
步骤308、将第一电磁扭矩与第二电磁扭矩相加，得到风机的电磁扭矩给定值。
步骤309、将变桨速率给定值与电磁扭矩给定值输入至风机，以便于风机根据变桨速率给定值与电磁扭矩给定值调节风机在升功率过程中的升功率速率。
本领域技术人员可以理解的是，先通过步骤303～步骤305得到的变桨速率给定值，后通过上述步骤306～步骤308得到的电磁扭矩给定值的执行顺序仅作为示例性说明，也可以先通过步骤306～步骤308得到的电磁扭矩给定值，再通过步骤303～步骤305得到的变桨速率给定值，还可以同时执行步骤303～步骤305、步骤306～步骤308，从而同时得到变桨速率给定值与电磁扭矩给定值，本发明实施例不对具体得到变桨速率给定值与电磁扭矩给定值的先后做限制。
图5为现有技术中通过陷波滤波器的单位阶跃响应的示意图，图6为图3所示实施例中通过PD控制单位阶跃响应的示意图；参见图5和图6，横坐标表示时间(Time)，单位为秒(sec)，纵坐标表示单位阶跃响应的幅值(Amplitude)，从图5和图6的比较中可看出，当2.5Mw直驱风机处于正常工作状态时，幅值为-1；在风机的升功率过程中，现有技术在采用较大的PD控制增益以及陷波幅度较大的陷波滤波器时，从图5可看知风机在第6秒左右时的转速-变桨速率闭环PD控制单位阶跃响应为-1.6，此时系统超调量已经接近([-1.6-(-1)/(-1)]×100％＝60％，而通过本发明实施例所采用的PD控制后电机的转速-变桨速率闭环PD单位阶跃响应，由图6可知，系统超调量在风机启动后的第7秒左右时为([-1.3-(-1)/(-1)]×100％＝30％，与图5所示的现有技术相比已经下降到30％，从而避免了风机的运行失稳，避免变桨速率、发电机转速、发电机电磁扭矩给定值、风机输出功率等低频大幅波动。
第三实施例：
图7为本发明一个实施例提供的风机的升功率运行控制装置的结构示意图；如图7所示，该装置包括：
第一获取模块41，用于根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度与风机的发电机的转速测量值获取风机的变桨速率给定值；
第二获取模块42，用于根据机舱在与来风方向垂直的方向的第二机舱加速度与发电机的转速测量值获取发电机的电磁扭矩给定值；
传输模块43，用于将第一获取模块41得到的变桨速率给定值与第二获取模块42得到的电磁扭矩给定值输入至风机，以便于风机根据变桨速率给定值与电磁扭矩给定值调节风机在升功率过程中的升功率速率。
本发明实施例提供的风机的升功率运行控制装置，通过来风方向、与来风方向相垂直的方向这两个方向的第一机舱加速度与第二机舱加速度以及发电机的转速测量值，第一获取模块41与第二获取模块42分别得到风机的变桨速率给定值与电磁扭矩给定值，从而使得风机根据变桨速率给定值与电磁扭矩给定值调节变桨调节风机在升功率过程中的升功率速率，能够有效避免风机在运行过程中出现失稳以及发电机转速过速等故障，保证发电机较快的升功率速率，从而可以使风机向电网输送更多的功率；此外，还可以避免变桨速率、发电机转速、发电机电磁扭矩给定值、风机输出功率大幅低频波动以及发电机过速故障发生。
第四实施例：
图8为本发明又一个实施例提供的风机的升功率运行控制装置的结构示意图；如图8所示，在上述图7所述实施例的技术方案与有益技术效果的基础上，本发明实施例提供的升功率运行控制装置还包括：
第三获取模块44，用于根据风机的发电机转速测量值获取发电机转速的峰峰值；
第四获取模块45，用于根据发电机转速的峰峰值获取发电机的转速设定值。
进一步地，第四获取模块45具体可包括：监测单元451和处理单元452；其中，在风机的输出功率从小到大增大的升功率过程中，监测单元451实时监测发电机的峰峰值在转速低频时的波动幅度；处理单元452在峰峰值的波动幅度符合预设阈值的条件下，将发电机的输出功率给定值除以最优控制增益后开三次方，得到发电机的转速给定值。
进一步地，第一获取模块41具体可包括：第一获取单元411、第二获取单元412、加法单元413；其中，第一获取单元411根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度获取第一变桨速率；第二获取单元412根据发电机的转速设定值与发电机的转速测量值获取第二变桨速率；加法单元413根据第一变桨速率与第二变桨速率获取风机的变桨速率给定值。
进一步地，第一获取单元411具体可包括：第一带通滤波子单元、二阶滤波子单元与第一乘法子单元(图中未示)；其中，第一带通滤波子单元将风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度进行带通滤波；二阶滤波子单元将带通滤波后的该第一机舱加速度通过二阶滤波器进行滤波；第一乘法子单元，将二阶滤波后的所述第一机舱加速度乘以第一比例增益，得到第一变桨速率。
进一步地，第二获取单元412还可包括：第一减法子单元、PD微分子单元、第二低通滤波子单元(图中未示)；其中，第一减法子单元将发电机的转速设定值与发电机的转速测量值相减，得到第一差值；PD微分子单元根据第一差值进行PD控制计算得到第一中间值；第二低通滤波子单元将第一中间值进行低通滤波，得到第二变桨速率。
进一步地，PD微分子单元包括：微分器与PD控制器；其中，微分器将第一差值进行微分计算，通过微分后的第一差值确定微分增益系数；PD控制器根据微分增益系数与第一差值得到经过PD控制的第一中间值；由于微分器根据第一差值确定微分增益系数，而第一差值又是根据发电机的转速设定值与发电机的转速测量值相减，因此实现了动态调节电机的PD控制器的微分增益，从而保证了在电机的升功率过程中电机的转速-变桨速率闭环控制，实现了电机转速-发电机电磁扭矩的控制具备较小的超调量、较快的系统响应速度以及较好的系统相位裕度。
进一步地，微分器通过如下方式确定微分增益系数：若微分计算后的第一差值小于第一设定值时，则PD控制的微分增益系数为第一增益系数；若微分计算后的第一差值大于第一设定值并且小于第二设定值，则微分增益系数从第一增益系数线性增大到第二增益系数，其中，第二增益系数大于第一增益系数；若微分计算后的微分增益系数大于第二设定值，则微分增益系数保持为第二增益系数。
进一步地，第二获取模块42具体可以包括：第三获取单元421、第四获取单元422、第五获取单元423；其中，第三获取单元421根据风机的机舱在与来风方向垂直的方向的第二机舱加速度获取发电机的第一电磁扭矩；第四获取单元422根据发电机的转速设定值与发电机的转速测量值获取第二电磁扭矩；第五获取单元423根据第一电磁扭矩与第二电磁扭矩获取风机的电磁扭矩给定值。
进一步地，第三获取单元421可以包括：积分子单元、第二带通滤波子单元、第二乘法子单元；其中，积分子单元将风机的机舱在与来风方向垂直的方向的第二机舱加速度进行积分；第二带通滤波子单元将积分后的第二机舱加速度进行带通滤波；第二乘法子单元将带通滤波后的第二机舱加速度乘以第二比例增益，得到第一电磁扭矩。
进一步地，第四获取单元422包括：第二减法子单元、PI控制子单元、第三低通滤波子单元；其中，第二减法子单元将发电机的转速设定值与发电机的转速测量值相减，得到第二差值；PI控制子单元将第二差值进行PI控制计算得到第二中间值；第三低通滤波子单元将第二中间值进行低通滤波，得到第二电磁扭矩。
图9为本发明一个实施例提供的风机的升功率运行控制系统的结构示意图；如图9所示，本发明实施例提供的升功率运行控制系统包括：变桨执行机构61、变流器62以及上述图7或图8所示实施例中的风机的升功率运行控制装置63。
其中，在风机的升功率运行控制装置63通过上述图1或图3所示实施例的风机的升功率运行控制方法得到变桨速率给定值以及电磁扭矩给定值后，将变桨速率给定值输入至变桨执行机构61，电磁扭矩给定值输入至变流器62；变桨执行机构61根据变桨速率给定值调整变桨速率，变流器62根据电磁扭矩给定值调整发电机转速，从而调节发电机在升功率过程中的升功率速率。
实施例五：
图10为本发明的一个具体实施例提供的风机的升功率运行控制系统的电路结构图；如图10所示，在一个具体的实施例中，将安装在风机(WT)90的机舱内的前后方向(fore-aft方向，或者来风的方向)第一机舱加速度信号，经过带通滤波器911、二阶滤波器920以及比例增益模块931之后，获得一个第一变桨速率，加法器941将第一变桨速率与PD控制模块950计算得到的第二变桨速率给定值相加，从而得到变桨速率给定值，将该变桨速率给定值输入至风机90的变桨执行机构。
将安装在风机90机舱内的与来风垂直的方向(side-side方向)第二机舱加速度，首先经过一个积分模块960根据机舱side-side方向的第一机舱加速度获得振动速度信号，之后该振动速度信号经过带通滤波器912以及比例增益模块932，获得一个第一电磁扭矩，该第一电磁扭矩与第二电磁扭矩(该第二电磁扭矩是通过PI控制器980计算得到并经过低通滤波器973低通滤波后电磁扭矩)通过加法器942相加，从而得到电磁扭矩给定值，将该电磁扭矩给定值输入至风机90的变流器执行机构。此外，发电机转速测量值经过低通滤波器971滤波之后，与发电机转速设定值通过减法器943比较后获得两者的差值(本发明实施例中的第一差值)，第一差值通过微分模块951微分后，通过微分增益确定模块952确定PD控制器953的微分增益系数，PD控制器953的输出经过低通滤波器954滤波后，得到第二变桨速率。
对于发电机转速测量值经过低通滤波器971滤波之后的信号，通过第三获取模块44之后，通过图8所示实施例中的第四获取模块45在风机输出功率从小到大增大的升功率过程中，对发电机转速低频波动幅度进行实时监测，如果低频峰峰值波动范围超过规定数值，及时下调升功率的速率，此时发电机输出功率给定值将按照调整后的速率来增加，发电机输出功率给定值除以最优控制增益开三次方便可获得发电机转速给定值。
在通过第四获取模块45获取到发电机转速给定值之后，将发电机转速给定值通过减法器944与发电机转速测量值相减后，作为PI控制器980的输入。
其中，在本发明实施例中，第一带通滤波器911、二阶滤波器912、比例增益模块931分别对应上述图8所示实施例的第一获取单元411中的第一带通滤波子单元、二阶滤波子单元、第一乘法子单元；积分模块960、第二带通滤波器912、比例增益模块932分别对应上述图8所示实施例的第三获取单元431中的积分子单元、第二带通滤波子单元、第二乘法子单元；减法器944、PI控制器980、低通滤波器973分别对应于上述图8所示实施例的第四获取单元422中的第二减法子单元、PI控制子单元、第三低通滤波子单元；加法器942对应上述图8所示实施例中的第五获取单元423。减法器943与PD控制模块950包含在上述图8所示实施例的第二获取单元412中，减法器943对应第一减法子单元，微分增益确定模块952、PD控制器953包含在上述图8所示实施例的PD微分子单元中。本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例的电路结构并不能形成对本发明实施例的限制，只要能够实现与本发明实施例相等同功能的电路结构均为本发明实施例所涵盖的技术方案。
通过上述结构，在风机90输送到电网功率以较快的速率由小到大的升功率过程中，可以动态非线性调节发电机转速-变桨速率闭环PD控制中微分增益，从而达到大幅降低发电机转速-变桨速率闭环控制回路系统超调量、大幅提升系统相位裕度，大幅降低变桨速率低频波动幅度的技术效果，从而解决发电机转速、叶片载荷、塔筒载荷低频波动幅度大以及发电机转速过速故障等技术问题。
图11为本发明实施例中所采用的15m/s的定常风的示意图，图12为本发明实施例与现有技术在50Kw/s升功率过程中变桨速率的比较示意图，图13为本发明实施例与现有技术在50Kw/s升功率过程中发电机转速的比较示意图，图14为本发明实施例与现有技术在50Kw/s升功率过程中风机的输出功率的比较示意图，图15为本发明实施例与现有技术在50Kw/s升功率过程中塔筒底部在来风方向作用下的弯矩(简称为塔筒底部My弯矩)的比较示意图，图16为本发明实施例与现有技术在50Kw/s升功率过程中叶根在挥舞方向的弯矩(简称为叶根My弯矩)的比较示意图；下面通过图11～图16对本发明上述各实施例的有益技术效果进行更加详细的说明。
在图11所示的15m/s的定常风作用下，以50Kw/s的速率将2.5Mw直驱风机的输出功率从1.5Mw增加到2.5Mw升功率过程中，变桨速率、发电机转速、风机输出功率、塔筒底部My弯矩、叶根My弯矩的比较，其中实线为现有技术的方案，虚线表示本发明实施例的技术方案。从图12～图16可以看出采用本发明实施例的技术方案后，变桨速率、发电机转速、风机输出功率、塔筒底部My弯矩、叶根My弯矩等低频波动幅度大幅度衰减。可以有效避免风机运行出现失稳以及发电机转速过速故障，叶根My弯矩、塔筒底部My弯矩载荷大幅度降低。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种风机的升功率运行控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度与所述风机的发电机的转速测量值获取所述风机的变桨速率给定值；
根据所述机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度与所述发电机的转速测量值获取所述发电机的电磁扭矩给定值；
将所述变桨速率给定值与所述电磁扭矩给定值输入至所述风机，以便于所述风机根据所述变桨速率给定值与所述电磁扭矩给定值调节所述风机在升功率过程中的升功率速率。
2.根据权利要求1所述的风机的升功率运行控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述风机的发电机转速测量值获取所述发电机的转速的峰峰值；
根据所述峰峰值获取所述发电机的转速设定值。
3.根据权利要求2所述的风机的升功率运行控制方法，其特征在于，根据所述峰峰值获取所述发电机的转速设定值的步骤包括：
在所述风机的输出功率从小到大增大的升功率过程中，实时监测所述发电机的转速的峰峰值在转速低频时的波动幅度；
在所述峰峰值的波动幅度符合预设阈值的条件下，将所述发电机的输出功率给定值除以最优控制增益后开三次方，得到所述发电机的转速给定值。
4.根据权利要求2或3所述的风机的升功率运行控制方法，其特征在于，所述根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度与所述风机的发电机的转速测量值获取所述风机的变桨速率给定值的步骤包括：
根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度获取第一变桨速率；
根据所述发电机的转速设定值与所述发电机的转速测量值获取第二变桨速率；
将所述第一变桨速率与所述第二变桨速率相加，得到所述风机的变桨速率给定值。
5.根据权利要求4所述的风机的升功率运行控制方法，其特征在于，所述根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度获取第一变桨速率的步骤包括：
将所述风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度进行带通滤波；
将带通滤波后的所述第一机舱加速度通过二阶滤波器进行滤波；
将二阶滤波后的所述第一机舱加速度乘以第一比例增益，得到第一变桨速率。
6.根据权利要求4所述的风机的升功率运行控制方法，其特征在于，所述根据所述发电机的转速设定值与所述发电机的转速测量值获取第二变桨速率的步骤包括：
将所述发电机的转速设定值与所述发电机的转速测量值相减，得到第一差值；
根据所述第一差值进行PD控制计算得到第一中间值；
将所述第一中间值进行低通滤波，得到第二变桨速率。
7.根据权利要求6所述的风机的升功率运行控制方法，其特征在于，所述根据所述第一差值进行PD控制计算得到第一中间值的步骤包括：
将所述第一差值进行微分计算，通过微分后的所述第一差值确定微分增益系数；
根据所述微分增益系数与所述第一差值得到经过所述PD控制的第一中间值。
8.根据权利要求7所述的风机的升功率运行控制方法，其特征在于，所述通过微分后的所述第一差值确定微分增益系数的步骤包括：
若微分计算后的所述第一差值小于第一设定值时，则所述PD控制的微分增益系数为第一增益系数；
若微分计算后的所述第一差值大于所述第一设定值并且小于第二设定值，则所述微分增益系数从所述第一增益系数线性增大到第二增益系数，其中，所述第二增益系数大于所述第一增益系数；
若微分计算后的所述微分增益系数大于第二设定值，则所述微分增益系数保持为所述第二增益系数。
9.根据权利要求2所述的风机的升功率运行控制方法，其特征在于，所述根据所述机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度与所述发电机的转速测量值获取所述发电机的电磁扭矩给定值的步骤包括：
根据风机的机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度获取所述发电机的第一电磁扭矩；
根据所述发电机的转速设定值与所述发电机的转速测量值获取第二电磁扭矩；
根据所述第一电磁扭矩与所述第二电磁扭矩获取所述风机的电磁扭矩给定值。
10.根据权利要求9所述的风机的升功率运行控制方法，其特征在于，所述根据风机的机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度获取所述发电机的第一电磁扭矩的步骤包括：
将所述风机的机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度进行积分；
将积分后的所述第二机舱加速度通过带通滤波器进行带通滤波；
将带通滤波后的所述第二机舱加速度乘以第二比例增益，得到第一电磁扭矩。
11.根据权利要求9或10所述的风机的升功率运行控制方法，其特征在于，所述根据所述发电机的转速设定值与所述发电机的转速测量值获取第二电磁扭矩的步骤包括：
将所述发电机的转速设定值与所述发电机的转速测量值相减，得到第二差值；
将所述第二差值进行PI控制计算得到第二中间值；
将所述第二中间值进行低通滤波，得到第二电磁扭矩。
12.一种风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述风机的升功率运行控制装置包括：
第一获取模块，用于根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度与所述风机的发电机的转速测量值获取所述风机的变桨速率给定值；
第二获取模块，用于根据所述机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度与所述发电机的转速测量值获取所述发电机的电磁扭矩给定值；
传输模块，用于将所述变桨速率给定值与所述电磁扭矩给定值输入至所述风机，以便于所述风机根据所述变桨速率给定值与所述电磁扭矩给定值调节所述风机在升功率过程中的升功率速率。
13.根据权利要求12所述的风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述风机的升功率运行控制装置还包括：
第三获取模块，用于根据所述风机的发电机转速测量值获取所述发电机转速的峰峰值；
第四获取模块，用于根据所述峰峰值获取所述发电机的转速设定值。
14.根据权利要求13所述的风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述第四获取模块包括：
监测单元，用于在所述风机的输出功率从小到大增大的升功率过程中，实时监测所述发电机的转速的峰峰值在转速低频时的波动幅度；
处理单元，用于在所述峰峰值的波动幅度动态调整升功率速率符合预设值时，将所述发电机的输出功率给定值除以最优控制增益后开三次方，得到所述发电机的转速给定值。
15.根据权利要求13或14所述的风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：
第一获取单元，用于根据风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度获取第一变桨速率；
第二获取单元，用于根据所述发电机的转速设定值与所述发电机的转速测量值获取第二变桨速率；
加法单元，用于将所述第一变桨速率与所述第二变桨速率相加，得到所述风机的变桨速率给定值。
16.根据权利要求15所述的风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述第一获取单元包括：
第一带通滤波子单元，用于将所述风机的机舱在来风方向的第一机舱加速度进行带通滤波；
二阶滤波子单元，用于将带通滤波后的所述第一机舱加速度通过二阶滤波器进行滤波；
第一乘法子单元，用于将二阶滤波后的所述第一机舱加速度乘以第一比例增益，得到第一变桨速率。
17.根据权利要求15所述的风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述第二获取单元包括：
第一减法子单元，用于将所述发电机的转速设定值与所述发电机的转速测量值相减，得到第一差值；
PD微分子单元，用于根据所述第一差值进行PD控制计算得到第一中间值；
第二低通滤波子单元，用于将所述第一中间值进行低通滤波，得到第二变桨速率。
18.根据权利要求17所述的风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述PD微分子单元包括：
微分器，用于将所述第一差值进行微分计算，通过微分后的所述第一差值确定微分增益系数；
PD控制器，用于根据所述微分增益系数与所述第一差值得到经过所述PD控制的第一中间值。
19.根据权利要求18所述的风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述微分器通过如下方式确定所述微分增益系数：
若微分计算后的所述第一差值小于第一设定值时，则所述PD控制的微分增益系数为第一增益系数；
若微分计算后的所述第一差值大于所述第一设定值并且小于第二设定值，则所述微分增益系数从所述第一增益系数线性增大到第二增益系数，其中，所述第二增益系数大于所述第一增益系数；
若微分计算后的所述微分增益系数大于第二设定值，则所述微分增益系数保持为所述第二增益系数。
20.根据权利要求13所述的风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述第二获取模块包括：
第三获取单元，用于根据风机的机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度获取所述发电机的第一电磁扭矩；
第四获取单元，用于根据所述发电机的转速设定值与所述发电机的转速测量值获取第二电磁扭矩；
第五获取单元，用于根据所述第一电磁扭矩与所述第二电磁扭矩获取所述风机的电磁扭矩给定值。
21.根据权利要求20所述的风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述第三获取单元包括：
积分子单元，用于将所述风机的机舱在与所述来风方向垂直的方向的第二机舱加速度进行积分；
第二带通滤波子单元，用于将积分后的所述第二机舱加速度通过带通滤波器进行带通滤波；
第二乘法子单元，用于将带通滤波后的所述第二机舱加速度乘以第二比例增益，得到第一电磁扭矩。
22.根据权利要求20或21所述的风机的升功率运行控制装置，其特征在于，所述第四获取单元包括：
第二减法子单元，用于将所述发电机的转速设定值与所述发电机的转速测量值相减，得到第二差值；
PI控制子单元，用于将所述第二差值进行PI控制计算得到第二中间值；
第三低通滤波子单元，用于将所述第二中间值进行低通滤波，得到第二电磁扭矩。
23.一种风机的升功率运行控制系统，其特征在于，所述风机的升功率运行控制系统包括：
变桨执行机构、变流器以及权利要求12～22任一所述的风机的升功率运行控制装置；其中，
所述风机的升功率运行控制装置计算得到变桨速率给定值以及电磁扭矩给定值，将所述变桨速率给定值与所述电磁扭矩给定值分别输入至所述变桨执行机构与所述变流器；
所述变桨执行机构根据所述变桨速率给定值调整变桨速率；
所述变流器根据所述电磁扭矩给定值调整发电机转速，从而调节所述发电机在升功率过程中的升功率速率。
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