CN105201739A - 一种风电机组的载荷控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组的载荷控制方法，在风电机组运行时，测量风电机组的实时风速并得出实时湍流值，当实时湍流值小于预设湍流阈值时，进行正常变速变浆控制模式；当实时湍流值大于预设湍流阈值时，进行风电机组输出功率的判断：当所述输出功率小于所述风电机组的额定功率时，启动提前变浆控制模式；当所述输出功率等于所述风电机组的额定功率时，启动降低性能控制模式。本发明的风电机组的载荷控制方法具有操作简便、可降低风电机组在高湍流下的运行载荷，减小风电机组受力以及提高风电机组可靠性等优点。

Description

一种风电机组的载荷控制方法

技术领域

本发明主要涉及风力发电技术领域，特指一种风电机组的载荷控制方法。

背景技术

近年来，风力发电发展迅速，为了提高风电场的投资回报率，变速变桨风电机组的叶片越来越长，导致整机载荷越来越大，因此减小整机载荷，实现轻量化设计成为新的需求。然而现有变速变桨控制均采取经典PID控制，根据变速变桨风电机组控制原理，其控制策略可分为：(1)额定风速以下段，根据叶片气动性能，桨距角取值为最优桨距角，确保变转速段的最优风能捕获；其中最优风能捕获主要通过对发电机励磁转矩的控制，使风电机组保持最优叶尖速比运行，从而确保风电机组在变转速区间内气动Cp达到设计最优值，实现风能捕获最大化目的；(2)额定风速以上段，转矩控制饱和在转矩上限值，通过桨距角调节，减小风含能量的捕获，维持风电机组额定功率运行，其中变桨控制的原理为：利用传感器测量发电机转速，对发电机转速滤波后，与设定的发电机组转速进行比较，得到转速误差，转速误差作为PID控制器的输入，经过PID控制后得到叶片桨距角，变桨执行机构按照给定的桨距角指令，驱动叶片变桨，使风电机组保持额定功率运行。该控制策略的优点是：控制原理简单可行，满足风电机组变速变桨基本运行功能。但该控制策略未重点考虑对高湍流风下的降载控制，尤其是低风速风电机组，其整机载荷较常规机组而言有增大趋势，从而导致大型机械零部件重量和尺寸偏大，不利于风电机组轻量化设计和提高机组的运行可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简便、可降低风电机组在高湍流下的运行载荷，减小风电机组受力，提高风电机组的可靠性的风电机组的载荷控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种风电机组的载荷控制方法，在风电机组运行时，测量风电机组的实时风速并得出实时湍流值，当实时湍流值小于预设湍流阈值时，进行正常变速变浆控制模式；当实时湍流值大于预设湍流阈值时，进行风电机组输出功率的判断：当所述输出功率小于所述风电机组的额定功率时，启动提前变浆控制模式；当所述输出功率等于所述风电机组的额定功率时，启动降低性能控制模式。

作为本发明的进一步改进：

所述提前变浆控制模式的控制过程为：逐渐增大风电机组的浆距角以降低风电机组的载荷。

所述降低性能控制模式的控制过程为：通过降低发电机组的额定转矩或额定转速的方式降低发电机组的额定功率。

所述降低性能控制模式中将功率调整至额定功率的80％～95％。

所述实时湍流值的计算公式为：

Tur＝|V_{ave_1s}-V_{ave_5min}|(1)

其中V_{ave_1s}＝(V₁+V₂+...+V_N)/N，V_{ave_1s}为当前实时风速的平均值，N为1秒内的实时风速采样点数，V₁、V₂...V_N表示采样点时刻对应的风速；

V_{ave_5min}＝(V₁+V₂+...+V_M)/M，V_{ave_5min}为前5分钟内的风速平均值，M为5分钟内风速采样点数，V₁、V₂...V_M采样点时刻所对应的风速。

所述预设湍流阈值为2m/s。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的风电机组的载荷控制方法，通过对风电机组是否运行在高湍流下进行判断，当运行在高湍流下时则进行输出功率的判断，从而根据输出功率的大小进行相应的控制，即当输出功率小于风电机组的额定功率时，启动提前变浆控制模式；当输出功率等于风电机组的额定功率时，启动降低性能控制模式，从而降低风电机组在高湍流下的运行载荷，减小风电机组的受力，提高风电机组的可靠性。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明在高湍流下的方法流程图。

图3为本发明的风电机组降性能控制模式流程图。

图4为本发明的风电机组提前变浆控制模式流程图。

图5为本发明的风电机组降性能调度查询表一。

图6为本发明的风电机组降性能调度查询表二。

图7为本发明的风电机组降性能调度查询表三。

图8为本发明的风电机组降性能调度查询表四。

图9为本发明的提前变浆模式的查询表一。

图10为本发明的提前变浆模式的查询表二。

图11为本发明的提前变浆模式的查询表三。

图12为本发明的提前变浆模式的查询表四。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至12所示，本实施例的风电机组的载荷控制方法为：在风电机组正常运行时，测量风电机组的实时风速并得出实时湍流值，并对实时湍流值进行实时判断，如当实时湍流值小于预设湍流阈值时，进行正常变速变浆控制模式，即正常采用经典PID控制；如当实时湍流值大于预设湍流阈值时，则进行风电机组输出功率的判断：当所述输出功率小于风电机组的额定功率时，启动提前变浆控制模式；当输出功率等于风电机组的额定功率时，启动降低性能控制模式。本发明的风电机组的载荷控制方法，通过对风电机组是否运行在高湍流下进行判断，当运行在高湍流下时则进行输出功率的判断，从而根据输出功率的大小进行相应的控制，即当输出功率小于风电机组的额定功率时，启动提前变浆控制模式；当输出功率等于风电机组的额定功率时，启动降低性能控制模式，从而降低风电机组在高湍流下的运行载荷，减小风电机组的受力，提高风电机组的可靠性。

本实施例中，提前变浆控制模式的控制过程为：逐渐增大风电机组的浆距角以降低风电机组的载荷。

如图3所示，本实施例中，降低性能控制模式的控制过程为：通过降低发电机组的额定转矩或额定转速的方式降低发电机组的额定功率，其中将额定功率调整至风电机组满功率的80％～95％。

本实施例中，实时湍流值的计算公式为：

Tur＝|V_{ave_1s}-V_{ave_5min}|(1)

其中V_{ave_1s}＝(V₁+V₂+...+V_N)/N，V_{ave_1s}为当前实时风速的平均值，N为1秒内(也可以为任意秒)的实时风速采样点数，V₁、V₂...V_N表示采样点时刻对应的风速；

V_{ave_5min}＝(V₁+V₂+...+V_M)/M，V_{ave_5min}为前5分钟内的风速平均值，M为5分钟内(也可以为任意时间段内)风速采样点数，V₁、V₂...V_M采样点时刻所对应的风速。

本实施例中，预设湍流阈值为2m/s。

本发明的控制方法过程如下：当风电机组在正常运行时，利用测量到的实时风速，计算瞬时湍流，其计算过程如上所述；然后将计算得到的值经60s的移动平均后作为湍流高低的判断依据；其中湍流划分两个阈值：第一阈值(低湍流值，优选值为2m/s)和第二阈值(高湍流值，优选值为4m/s)，若计算得到的湍流低于第一阈值，进行正常的变速变桨控制；若大于第一阈值，启动湍流下的变速变桨控制模式，此时判断发电机的输出功率是否处于额定功率以上运行(如图2所示)，若风电机组处于额定功率以下区段，则启动提前变桨控制模式，具体过程为：根据湍流值，调节风电机组桨距角(如图4所示)，当湍流大于第二阈值时，桨距角增大至大桨距角值(一般推荐1～2°)；当湍流小于第一阈值时，桨距角维持在低桨距角值(一般为-1°～0°)，该值与正常变桨变桨控制时的桨距角值一致；当湍流处于第一阈值至第二阈值之间时，桨距角取值可按图9～12所示的方式进行查询。在湍流值较大时，将风电机组桨距角往顺桨位(90°桨距角位置)调节，牺牲少部分发电性能，削减风电机组在额定时载荷，实现降低载荷目的。

若风电机组运行于额定功率区段，启动性能降低运行控制模式(如图3所示)，该模式为：根据湍流值，查询性能降低百分比，其中调度查询表的形式如图5～8所示，最低功率可选择为满功率的80～95％，然后选择性能降低控制方式，其中降低性能控制模式包括降额定转矩和额定转速；若选择降低额定转矩的控制方式，便按性能降低百分比下调风电机组的额定转矩；若选择降低额定转速的控制方式，便按性能降低百分比下调风电机组额定转速；此两种方式均可使风电机组捕获风能的能力减小，通过变桨卸载，达到降低载荷目的。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种风电机组的载荷控制方法，其特征在于，在风电机组运行时，测量风电机组的实时风速并得出实时湍流值，当实时湍流值小于预设湍流阈值时，进行正常变速变浆控制模式；当实时湍流值大于预设湍流阈值时，进行风电机组输出功率的判断：当所述输出功率小于所述风电机组的额定功率时，启动提前变浆控制模式；当所述输出功率等于所述风电机组的额定功率时，启动降低性能控制模式。

2.根据权利要求1所述的风电机组的载荷控制方法，其特征在于，所述提前变浆控制模式的控制过程为：逐渐增大风电机组的浆距角以降低风电机组的载荷。

3.根据权利要求1或2所述的风电机组的载荷控制方法，其特征在于，所述降低性能控制模式的控制过程为：通过降低发电机组的额定转矩或额定转速的方式降低发电机组的额定功率。

4.根据权利要求3所述的风电机组的载荷控制方法，其特征在于，所述降低性能控制模式中将功率调整至额定功率的80％～95％。

5.根据权利要求1或2所述的风电机组的载荷控制方法，其特征在于，所述实时湍流值的计算公式为：

Tur＝|V_{ave_1s}-V_{ave_5min}|(1)

其中V_{ave_1s}＝(V₁+V₂+...+V_N)/N，V_{ave_1s}为当前实时风速的平均值，N为1秒内的实时风速采样点数，V₁、V₂...V_N表示采样点时刻对应的风速；

V_{ave_5min}＝(V₁+V₂+...+V_M)/M，V_{ave_5min}为前5分钟内的风速平均值，M为5分钟内风速采样点数，V₁、V₂...V_M采样点时刻所对应的风速。

6.根据权利要求5所述的风电机组的载荷控制方法，其特征在于，所述预设湍流阈值为2m/s。