CN106704104B - 一种提高大风偏差下风力发电机组净空的方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提高大风偏差下风力发电机组净空的方法，包括以下步骤：S1：采集风力发电机组的偏航误差，选择合适的滤波时间对所述偏航误差进行滤波；S2：判断所述偏航误差大于设定误差值的时间是否超过预设持续时间，从而确定所述风力发电机组是否处于特殊工况；S3：若是处于特殊工况，则调整所述风力发电机组的运行参数；所述运行参数包括机组最小桨距角及机组额定转速。相应的本发明还公开一种提高大风偏差下风力发电机组净空的系统。

Description

一种提高大风偏差下风力发电机组净空的方法及其系统
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种提高大风偏差下风力发电机组净空的方法及其系统。
背景技术
现有的风力发电机组，在设计载荷范围内，利益驱使往往追求最大发电量。从近两年市面上机组运行情况来看，由于特殊工况(极限湍流、阵风等)导致机组“飞车”或者倒塔现象时有发生。因此，对机组特殊工况下参数设计及优化是很有必要的。现有机组设计很少针对净空及降载，精细化的设计机组控制方案，导致现场机组运行存在一定安全隐患，同时机组运行载荷较大；
随着市场发展需求，风力发电机组设计叶轮直径逐渐变大，因此，风剪切对于机组叶轮平衡影响不容小觑，风剪切带来最直接的安全隐患就是叶片打塔，机组净空小，对于机组安全运行有很大影响。因此在设计阶段，如何进行安全域量的设计及载荷控制策略精细化设计成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，对机组在剪切风、风向变化大的工况下，通过判断偏航误差及其持续时间，改变桨距角最小限定值，同时减小机组额定转速，在减小叶片和塔架间隙的同时，降低机组塔顶载荷Mxy(IEC坐标系)大小，保证机组安全稳定运行。
为此，本发明提出如下技术方案：
一种提高大风偏差下风力发电机组净空的方法，包括以下步骤：
S1：采集风力发电机组的偏航误差，选择合适的滤波时间对所述偏航误差进行滤波；
S2：判断所述偏航误差大于设定误差值的时间是否超过预设持续时间，从而确定所述风力发电机组是否处于特殊工况；
S3：若是处于特殊工况，则调整所述风力发电机组的运行参数；所述运行参数包括机组最小桨距角及机组额定转速。
根据本发明提出的提高大风偏差下风力发电机组净空的方法，其中，所述合适的滤波时间的选择依据为，既保证偏航控制的稳定性，又保证在特殊工况下能够及时识别偏航误差。
根据本发明提出的提高大风偏差下风力发电机组净空的方法，其中，所述特殊工况包括风向变化大和垂直剪切风。
根据本发明提出的提高大风偏差下风力发电机组净空的方法，其中，所述步骤S3中还包括添加滞环，用以避免因频繁调整运行参数而增加变桨动作。
本发明同时还提出一种提高大风偏差下风力发电机组净空的系统，包括：
偏航误差采集模块，用于采集风力发电机组的偏航误差，选择合适的滤波时间对所述偏航误差进行滤波；
偏航误差判断模块，与所述偏航误差采集模块相连，用于判断所述偏航误差大于设定误差值的时间是否超过预设持续时间，从而确定所述风力发电机组是否处于特殊工况；
参数调整模块，与所述偏航误差判断模块相连，当所述风力发电机组处于特殊工况时，调整所述风力发电机组的运行参数；所述运行参数包括机组最小桨距角及机组额定转速。
根据本发明提出的提高大风偏差下风力发电机组净空的系统，其中，所述合适的滤波时间的选择依据为，既保证偏航控制的稳定性，又保证在特殊工况下能够及时识别偏航误差。
根据本发明提出的提高大风偏差下风力发电机组净空的系统，其中，所述特殊工况包括风向变化大和垂直剪切风。
根据本发明提出的提高大风偏差下风力发电机组净空的系统，其中，所述参数调整模块中还添加有滞环，用以避免因频繁调整运行参数而增加变桨动作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过判断机组在特定风况下偏航误差及持续时间，并软件设定触发条件，满足要求后，对机组最小变桨角度及额定转速针对性进行设计，增大机组在大风向变化下叶片与塔架间隙，同时降低机组运行时叶轮不平衡载荷及塔顶载荷；
(2)本发明基于控制的机组降载及安全运行优化设计，通过软件参数设计直接达到机组载荷及运行优化目的，实现方式较为方便，效果相对明显，可以根据现场风况推广应用。
附图说明
图1为变速变桨双馈机组控制原理结构图；
图2为本发明的提高大风偏差下风力发电机组净空的方法的流程图；
图3为本发明的提高大风偏差下风力发电机组净空的方法的控制逻辑图；
图4为本发明中线性插值法的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明以目前市面上常见的变桨变速机组控制为主，以基于PID调节的机组变桨、转矩控制过程为核心，说明特定风况对机组控制的影响，通过详细分析本发明基本方案，确立机组在此工况下对运行特性及加上此方案后的改进效果。
增大机组净空、同时降低机组极限载荷最有效的方法是降低发电机转速，根据特定工况需要，本发明确立了在特定风况下降低机组额定转速及调整最小桨距角的方案，保证机组平稳渡过风向变化过大的工况。
图1所示是变速变桨双馈机组控制原理图，其中虚线框内部分即为发明提高大风偏差下风力发电机组净空的系统结构图，包括偏航误差采集模块、偏航误差判断模块和参数调整模块，分别用以采集机组偏航误差，并通过控制器算法分析判断偏航误差超过设定值的持续时间，确定此时机组是否处于风向变化大、垂直剪切风等特殊工况，进而为了保证机组运行安全，确定机组最小桨距角限值及额定转速设定值。
请继续参阅图2，为本发明的提高大风偏差下风力发电机组净空的方法的流程图。
鉴于现场风资源情况复杂，风向变化频繁，机组尾流影响云不可忽视，一般现场机组，我们在设计过程中会给偏航误差一个范围，如-12°至12°，防止机组偏航动作过于频繁。
但是，在特定风况下，如风向变化过大，机组在发电运行时，会导致机组叶片与塔筒表面间隙变小，同时引起机组塔筒载荷及叶轮不平衡增大，特别是塔顶Mxy(IEC坐标)增大。如不采取手段解决此问题，会导致机组在此风况下发生叶片打塔危险，同时影响机组运行寿命。本发明基于此在风向变化过大时，通过限制桨距角和降低机组额定转速实现电机转速降低，避免以上危险发生。
根据图2所示，本发明的提高大风偏差下风力发电机组净空的方法在设定参数初始化之后，首先采集偏航误差并对其进行滤波，判断滤波后的偏航误差是否超出预设值；如否，返回最初初始化的参数；如是，判断偏航误差持续时间是否超出预设时间，如未超出则继续返回计时步骤；如已超出预设时间则重新设定桨距角的最小限值和额定转速。
其中，本发明中的偏航误差判断拟采用分段逐级控制或者线性插值法(如图4所示)，根据不同偏航误差设定，选择不同的持续时间，进而给定机组不同程度的设定值，在保持机组安全稳定运行的前提下，保证机组发电量损失最低。本发明算法也可通过简单PID调节器实现，实现连续平滑控制。具体控制逻辑如图3所示。
其中线性插值法的表达式为：
上式中X、Y分别为偏航误差设定值、持续时间设定值，通过偏航误差设定值确定所需持续时间设定值。
通过以上算法，可以实时给定在特定风况下的最小桨距角及额定转速设定值，一旦机组脱离此工况超过设定时间，或者风向变化符合实际要求后，机组即可退出此控制逻辑，正常运行发电。
综上所述，通过本发明的技术方案，风力发电机组在特定工况下可及时降速，增大叶片净空并降低机组载荷，同时本发明灵活的机组逻辑切换机制，可及时恢复机组原逻辑参数，减小由于降载及净空优化带来的发电量损失。从长远来看，本发明的降载、减小净空效果可延长机组关键部件寿命，减小叶片打塔架带来的重大损失，提高了机组可靠性，进而提升机组发电量。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种提高大风偏差下风力发电机组净空的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采集风力发电机组的偏航误差，选择合适的滤波时间对所述偏航误差进行滤波；
S2：判断所述偏航误差大于设定误差值的时间是否超过预设持续时间，从而确定所述风力发电机组是否处于特殊工况；
S3：若是处于特殊工况，则调整所述风力发电机组的运行参数；所述运行参数包括机组最小桨距角及机组额定转速，
所述合适的滤波时间的选择依据为，既保证偏航控制的稳定性，又保证在特殊工况下能够及时识别偏航误差，
所述特殊工况包括风向变化大，
所述步骤S3中还包括添加滞环，用以避免因频繁调整运行参数而增加变桨动作，
偏航误差判断利用分段逐级控制或线性插值法。
2.一种提高大风偏差下风力发电机组净空的系统，其特征在于，包括：
偏航误差采集模块，用于采集风力发电机组的偏航误差，选择合适的滤波时间对所述偏航误差进行滤波；
偏航误差判断模块，与所述偏航误差采集模块相连，用于判断所述偏航误差大于设定误差值的时间是否超过预设持续时间，从而确定所述风力发电机组是否处于特殊工况；
参数调整模块，与所述偏航误差判断模块相连，当所述风力发电机组处于特殊工况时，调整所述风力发电机组的运行参数；所述运行参数包括机组最小桨距角及机组额定转速，
所述合适的滤波时间的选择依据为，既保证偏航控制的稳定性，又保证在特殊工况下能够及时识别偏航误差，
所述特殊工况包括风向变化大，
所述参数调整模块中还添加有滞环，用以避免因频繁调整运行参数而增加变桨动作，
偏航误差判断利用分段逐级控制或线性插值法。
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