CN105156272A - 一种风力发电机组喘流风况控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组喘流风况控制方法，包括如下步骤：(1)通过监测获得机组的风机叶片前端一段距离内的风速分布信号，并将该信号传输给机组的风机主控系统；(2)主控系统对前端风速分布情况进行计算判断，如果判断前端有喘流风，则再结合喘流风距离风机的距离计算出变桨角度及变桨速度，并将上述参数发送至变桨系统。通过该控制方法可以降低风力发电机组在喘流风况的机组振动，一方面可以降低机组的载荷，提高机组疲劳强度，另一方面可以使机组平稳渡过喘流期、减少机组停机、提高机组发电时间。

Description

一种风力发电机组喘流风况控制方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组控制技术领域，尤其涉及一种风力发电机组喘流风况控制方法。

背景技术

安装于山区或者地形复杂地区的风力发电机组经常受到喘流风况的影响。由于喘流风况时风速在短时间迅速增大然后又恢复正常，而风力发电机组在短时间内无法及时做出响应及时收桨，机组由于受力突然增加会发生以下两种故障：1.额定风速以下机组由于受到轴向力突然增加会给机舱一个轴向冲击导致机组振动幅值增加，触发振动报警。2.在额定风速以上机组扭矩和轴向力都突然增加，不但会引发机组振动报警，还可能导致机组发生超速故障。发生上述两种故障机组都会触发停机，维护人员需到达机位进行检查，确保无其他故障原因后才能复位重新启动。

据贵州某风场统计，由于喘流风况引起的振动和超速问题约占该类问题的12％，为了使风力发电机组在喘流风况的地区平稳运行，必须针对喘流风况设计新的控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种风力发电机组喘流风况控制方法，以解决喘流风况下风力发电机组出现振动、超速报警问题，使机组可平稳渡过喘流风况，降低机组载荷、振动，减少机组停机。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种风力发电机组喘流风况控制方法，包括如下步骤：

(1)通过监测获得机组的风机叶片前端一段距离内的风速分布信号，并将该信号传输给机组的风机主控系统；

(2)主控系统对前端风速分布情况进行计算判断，如果判断前端有喘流风，则再结合喘流风距离风机的距离计算出变桨角度及变桨速度，并将上述参数发送至变桨系统。

进一步地，所述步骤(2)中的喘流风的判断标准为：喘流强度△V/△t≥1.33，其中△V表示风速的增长量，△t表示风速增长的时间。

进一步地，所述步骤(2)中，变桨角度及变桨速度的具体获得方法为：主控系统根据风速的增长量△V的大小,计算出变桨角度a，变桨角度a为△V/0.8°/m/s即风速每增大4m/s，桨叶调整5°，按照线性比例进行调节；主控系统再根据喘流风距离风机的距离S及喘流风前端风速V，计算喘流风到达风机的时间t＝S/V，主控系统根据变桨角度a计算机组所需要的变桨速度ω＝a/t，该变桨速度ω为最小变桨速度。

进一步地，所述步骤(2)中，如果所述最小变桨速度小于机组的正常变桨速度ω1，则将该正常变桨速度ω1作为发送给变桨系统的变桨速度；同时，主控系统计算出正常变桨延迟时间参数，具体计算方法为：主控系统根据上述确定的变桨角度a及正常变桨速度ω1，计算调整桨叶角度需要的时间t1＝a/ω1，则正常变桨延迟时间等于t-t1。

进一步地，在进入喘流风况控制后，主控系统会不断计算风机振动幅值以及发电机转速与设定值的差值，当2个差值都小于等于零时，机组自动进入正常控制模式。

进一步地，所述步骤(1)中的风速由安装在机舱顶部或轮毂中心的激光雷达测风仪获得，或由地面式测风雷达获得。

进一步地，所述步骤(1)中，对机组的风机叶片正前方200m范围内的风速进行监控。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

1、该控制方法通过提前监测喘流风，当喘流风到达机组时，机组已经提前收桨以减少机组所受的轴向力和扭矩冲击；降低了机组在喘流强度较大的风况时的机组振动及载荷，提高了机组疲劳强度，使机组可平稳渡过喘流期、减少机组停机、提高机组发电时间。

2、该控制方法中，主控系统会同时计算出变桨延迟时间参数，当遇见喘流不太强距离机组较远时，机组就会延长延迟变桨启动时间、以正常的变桨速度迅速使桨叶收到设定位置，减少喘流对风机的振动冲击和扭矩冲冲击，在保证机组平稳度过喘流期的同时提高机组发电时间。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施方式。

图1为喘流风况控制方案示意图；

图2为控制逻辑示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明的一种风力发电机组喘流风况控制方法，包括如下步骤：

(1)通过监测获得机组的风机叶片前端一段距离内的风速分布信号，并将该信号传输给机组的风机主控系统；

(2)主控系统对前端风速分布情况进行计算判断，如果判断前端有喘流风，则再结合喘流风距离风机的距离计算出变桨角度及变桨速度，并将上述参数发送至变桨系统。

具体实现方案如下：

如图1所示，通过在机舱4上部安装激光雷达测风仪3来进行监测，获得机组的风机叶片1前端一段距离内的风速分布信号，并将该风速分布信号发送给主控系统，该实施例中主控柜位于塔筒5内。

上述优选的监测距离是风机叶片1正前方的200m范围内。

当然，除通过上述方案以外，该发明还可以使用其他监测方法获得风机叶片1的前端风速，如使用地面式测风雷达或者还是使用激光雷达测风仪3，但是将其安装在轮毂2中心。

配合图2所示，激光雷达测风仪对机组前端风速进行监测，风机主控系统对风速分布信号进行处理计算，判断前端是否有喘流风，喘流风的判断标准为：喘流强度△V/△t≥1.33，其中△V表示风速的增长量，△t表示风速增长的时间。即当机组风速在3s内，风速变化大约≥4m/s时，主控系统认为机组即将遭遇喘流风，上述标准为经过大量试验验证的最优方案，在该方案的基础上进行的控制效果最好。

上述变桨角度及变桨速度的具体获得方法为：

主控系统根据风速的增长量△V的大小,计算出变桨角度a，变桨角度a为△V/0.8°/m/s即风速每增大4m/s，桨叶调整5°，按照线性比例进行调节。该变桨角度的确定方法也是经过大量试验验证的最优方案，在该方案的基础上进行的控制效果最好。

主控系统根据喘流风距离风机的距离S及喘流风前端风速V，计算喘流风到达风机的时间t＝S/V，主控系统根据变桨角度a计算机组所需要的变桨速度ω＝a/t，该变桨速度ω为最小变桨速度。

考虑到机组的发电效率，可将上述最小变桨速度与机组的正常变桨速度ω1进行对比，如果最小变桨速度小于机组的正常变桨速度ω1，则将该正常变桨速度ω1作为发送给变桨系统的变桨速度；同时，主控系统计算出正常变桨延迟时间参数，具体计算方法为：主控系统根据上述确定的变桨角度a及正常变桨速度ω1，计算调整桨叶角度需要的时间t1＝a/ω1，则正常变桨延迟时间等于t-t1。当遇见喘流不太强距离机组较远时，机组就会延长延迟变桨启动时间、以正常的变桨速度迅速使桨叶收到设定位置。通过使机组变桨启动时间延时一定时间，再以正常变桨速度变桨，这样可以大大提高机组的发电效率，避免提早变桨带来的效率损失。

如果经过对比，上述最小变桨速度大于机组的正常变桨速度ω1，则将该最小变桨速度作为发送给变桨系统的变桨速度。此时，一般喘流较强，距离机组较近，不进行时间延迟，以较快的变桨速度迅速使桨叶收到设定位置。

在进入喘流风况控制后，主控系统会不断计算风机振动幅值以及发电机转速与设定值的差值，当2个差值都小于等于零时，机组自动进入正常控制模式。即当喘流风经过后，风机的振动幅值和发电机转速都恢复到设定的安全值以下后，机组进入正常控制模式。

综上，本发明可以提前监测喘流风，当喘流风到达机组时，机组已经提前收桨以减少机组所受的轴向力和扭矩冲击。同时，主控系统可对不同的喘流风速及喘流风距离风机的距离做出不同的反应，在喘流风到达机组前提前完成收桨动作，减少喘流对风机的振动冲击和扭矩冲冲击，有效保护风机渡过喘流期，且保证机组的发电效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种风力发电机组喘流风况控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过监测获得机组的风机叶片前端一段距离内的风速分布信号，并将该信号传输给机组的风机主控系统；

(2)主控系统对前端风速分布情况进行计算判断，如果判断前端有喘流风，则再结合喘流风距离风机的距离计算出变桨角度及变桨速度，并将上述参数发送至变桨系统。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组喘流风况控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中的喘流风的判断标准为：喘流强度△V/△t≥1.33，其中△V表示风速的增长量，△t表示风速增长的时间。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电机组喘流风况控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，变桨角度及变桨速度的具体获得方法为：

主控系统根据风速的增长量△V的大小,计算出变桨角度a，变桨角度a为△V/0.8°/m/s即风速每增大4m/s，桨叶调整5°，按照线性比例进行调节；

主控系统再根据喘流风距离风机的距离S及喘流风前端风速V，计算喘流风到达风机的时间t＝S/V，主控系统根据变桨角度a计算机组所需要的变桨速度ω＝a/t，该变桨速度ω为最小变桨速度。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组喘流风况控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，如果所述最小变桨速度小于机组的正常变桨速度ω1，则将该正常变桨速度ω1作为发送给变桨系统的变桨速度；同时，主控系统计算出正常变桨延迟时间参数，具体计算方法为：主控系统根据上述确定的变桨角度a及正常变桨速度ω1，计算调整桨叶角度需要的时间t1＝a/ω1，则正常变桨延迟时间等于t-t1。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组喘流风况控制方法，其特征在于，在进入喘流风况控制后，主控系统会不断计算风机振动幅值以及发电机转速与设定值的差值，当2个差值都小于等于零时，机组自动进入正常控制模式。

6.根据权利要求1所述的风力发电机组喘流风况控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中的风速由安装在机舱顶部或轮毂中心的激光雷达测风仪获得，或由地面式测风雷达获得。

7.根据权利要求1所述的风力发电机组喘流风况控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，对机组的风机叶片正前方200m范围内的风速进行监控。