CN108223268B - 风力发电机组的转速控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机组的转速控制方法和装置，该方法包括：判断当前风况是否为阵风；若当前风况为阵风，且风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则控制风力发电机组进入主动降转速模式；其中，主动降转速模式包括在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速；在第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。在阵风条件并且当前瞬时转速满足主动降转速模式时，通过主动降低风力发电机转速设定值来提高变桨速率，达到主动降低风力发电机组转速的目的，能够在更大范围内减小过速故障的发生概率。

Description

风力发电机组的转速控制方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的转速控制方法和装置。

背景技术

近年来，风力发电以其环保的优点得到了广泛的应用。风力发电机组需要根据不同的环境控制其运行状态。发电机作为风力发电机组的一个关键部件，需要对转速进行控制，防止出现转速失控的恶劣工况。

当风力发电机组的转速达到或超过风力发电机组的切出转速时，则认为风力发电机组发生了过速故障。在某些风湍流速度较大的地区，单位时间内风速上升或下降的幅值较大，极易诱发风力发电机组过速故障，过速故障发生频繁。而现有技术中并未有针对如何解决风力发电机组因过速而导致频繁停机的问题提出任何解决方案。

发明内容

本发明实施例提供一种风力发电机组的转速控制方法和装置，解决了现有技术中的风力发电机组的控制方法适用范围有限，过速故障的发生概率较高的技术问题。

本发明实施例提供一种风力发电机组的转速控制方法，包括：

判断当前风况是否为阵风；

若当前风况为阵风，且所述风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则控制所述风力发电机组进入主动降转速模式；

其中，所述主动降转速模式包括在第一预设时间段内将所述风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速；

在所述第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。

本发明实施例提供一种风力发电机组的转速控制装置，包括：

阵风判断单元，判断当前风况是否为阵风；

主动降转速模式进入单元，若当前风况为阵风，且所述风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则控制所述风力发电机组进入主动降转速模式；

转速调整单元，在第一预设时间段内将所述风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速；

主动降转速模式退出单元，在所述第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。

本发明实施例提供一种风力发电机组的转速控制方法和装置，通过判断当前风况是否为阵风；若当前风况为阵风，且风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则控制风力发电机组进入主动降转速模式；其中，主动降转速模式包括在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速；在第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。在阵风条件并且风力发电机组的当前瞬时转速满足主动降转速模式时，通过主动降低风力发电机转速设定值来提高变桨速率，达到主动降低风力发电机组转速的目的，能够在更大范围内减小过速故障的发生概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明风力发电机组的转速控制方法实施例一的流程图；

图2为本发明风力发电机组的转速控制方法实施例二的流程图；

图3为本发明实施例二中的风力发电机组的各信号和转速设定值的时序图；

图4a为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中风速和转速的第一仿真曲线图；

图4b为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中变桨速率的第一仿真曲线图；

图4c为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中过速故障穿越信号的第一仿真曲线图；

图4d为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中风力发电机组的转速设定值的第一仿真曲线图；

图5a为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中风速和转速的第一仿真曲线图；

图5b为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中变桨速率的第一仿真曲线图；

图5c为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中过速故障穿越信号的第一仿真曲线图；

图5d为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中风力发电机组的转速设定值的第一仿真曲线图；

图6a为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中风速和转速的第二仿真曲线图；

图6b为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中变桨速率的第二仿真曲线图；

图6c为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中过速故障穿越信号的第二仿真曲线图；

图6d为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中风力发电机组的转速设定值的第二仿真曲线图；

图7a为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中风速和转速的第二仿真曲线图；

图7b为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中变桨速率的第二仿真曲线图；

图7c为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中过速故障穿越信号的第二仿真曲线图；

图7d为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中风力发电机组的转速设定值的第二仿真曲线图；

图8为本发明风力发电机组的转速控制装置实施例一的结构示意图；

图9为本发明风力发电机组的转速控制装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

为了清楚起见，首先说明本发明使用的特定词或短语的定义。

风力发电机组的切出转速：风力发电机组发生过速故障的转速，可表示为n₄，单位为：r/min。

风力发电机组的额定转速：风力发电机组达到满发功率时的转速，可表示为n_r，单位为r/min。

风力发电机组的当前瞬时转速：风力发电机组在当前时间内的瞬时转速。

PID算法：比例积分微分算法，比例(英文为：proportion)、积分(英文为：integral)、微分(英文为：derivative)是最早实用化的控制算法之一，其基本思想是利用被控变量的实际值与期望值的偏差来纠正系统的响应，执行调节控制，它被广泛应用于工业控制器中。

EOG：极限运行阵风(英文为：Extreme Operating Gust)。

ECG：极限持续阵风(英文为：Extreme Coherent Gust)。

图1为本发明风力发电机组的转速控制方法实施例一的流程图，如图1所示，本发明的执行主体为风力发电机组的转速控制装置，该风力发电机组的转速控制装置可集成在风力发电机组的主控系统中。则本实施例提供的包括以下几个步骤。

步骤101，判断当前风况是否为阵风。

具体地，本实施例中，判断当前风况是否为阵风可以为：首先获取当前风况数据，根据当前风况数据判断当前平均风速是否达到预设风速阈值，并判断当前风速是否为上升趋势，若当前平均风速达到预设风速阈值，且当前风速为上升趋势，则确定当前风况为阵风。判断当前风况是否为阵风的方法还可以为：首先获取当前风况数据，然后参照GL规范，将当前风况数据与极限运行阵风、极限持续阵风的相关说明进行比较，判断当前风况是否为阵风。

需要说明的是，判断当前风况是否为阵风的方法还可以为其他方法，本实施例中对此不做限定。

步骤102，若当前风况为阵风，且风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则控制风力发电机组进入主动降转速模式。

其中，主动降转速模式包括在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速。

具体地，本实施例中，若当前风况为阵风，且风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则说明很容易诱发风力发电机组的过速故障，即风力发电机的转速很容易大于或等于风力发电机组的切出转速，所以本实施例中通过控制风力发电机组进入主动降转速模式来提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速。主动降转速模式中，可在第一预设时间内降低风力发电机组的转速设定值至期望转速设定值，来控制风力发电机组在降低风力发电机组的转速设定值的过程中提高风力发电机组的变桨速率，在风力发电机组的变桨速率提高的过程中，使风力发电机组的瞬时转速降低。

其中，本实施例中，在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值时，可按照变化速率降低风力发电机组的标准转速设定值。对降低风力发电机组的转速设定值的变化速率不做限定。如该变化速率可以是通过二阶低通滤波器进行调整的，还可以通过其他非线性算法来调整该变化速率，或者将该变化速率设定为一个固定值。

本实施例中，第一预设时间表示将风力发电机组的转速设定值由标准值降低到期望值过程的时间。该第一预设时间可通过多次试验获得。如可以为8秒、10秒等。从标准转速设定值到降低到的期望转速设定值之间的差值也可通过多次试验获得，如可以为0.5rpm、0.8rpm等。

步骤103，在第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。

在第一预设时间段后，将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值的过程中，提高了风力发电机组的变桨速率，降低了风力发电机组的瞬时转速，使风力发电机组的当前瞬时转速很大概率上小于风力发电机组的切出转速，甚至小于预设的穿越转速，能够使风力发电机组顺利避开过速故障。所以退出主动降转速模式，恢复正常运行。

本实施例提供的风力发电机组的转速控制方法，通过判断当前风况是否为阵风；若当前风况为阵风，且风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则控制风力发电机组进入主动降转速模式；其中，主动降转速模式包括在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速；在第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。在阵风条件并且风力发电机组的当前瞬时转速满足主动降转速模式时，通过主动降低风力发电机转速设定值来提高变桨速率，达到主动降低风力发电机组转速的目的，能够在更大范围内减小过速故障的发生概率。

图2为本发明风力发电机组的转速控制方法实施例二的流程图，如图2所示，本实施例提供的风力发电机组的转速控制方法，是在本发明风力发电机组的转速控制方法实施例一的基础上，对步骤101-步骤103的进一步细化，并且在退出主动降转速模式，恢复正常运行之后，还包括判断风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于切出转速；若是，则控制风力发电机组进行故障停机的步骤，则本实施例提供的风力发电机组的转速控制方法包括以下步骤。

步骤201，判断当前风况是否为阵风，若是，则执行步骤202，否则，执行步骤207。

本实施例中，首先获取当前风况数据。当前风况数据可通过安装在风力发电机组上的测风仪测量并滤除噪声后得到。

其中，当前风况数据中包括：风速变化趋势数据，当前平均风速等。风速变化趋势数据包含对风速上升和风速下降的判断。

进一步地，本实施例中，判断当前风况是否为阵风具体包括：

根据当前风况数据判断当前风速是否为上升趋势并判断当前平均风速是否达到预设风速阈值，若当前风速为上升趋势且当前平均风速达到预设风速阈值，则确定当前风况为阵风。

具体地，本实施例中，可根据风速变化趋势数据判断当前风速是否为上升趋势。当前平均风速为当前时间段内的平均风速，当前时间段可以为5秒，10秒等，或其他适宜的数值，本实施例中对此不做限定。其中，预设风速阈值为满足阵风风速的值。

步骤202，判断风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，若是，则执行步骤203，否则，执行步骤205。

具体地，本实施例中，若当前风况为阵风，则首先采集风力发电机组的当前瞬时转速，当前瞬时转速可通过安装在发电机上的传感器测量获得，或者通过风力发电机组的其他部件测得或者通过计算得到。然后判断风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，若是，则说明满足了进入主动降转速模式的条件，否则，不满足主动降转速模式的条件，不能进入主动降转速模式。

其中，预设的穿越转速小于并接近于风力发电机组的切出转速。

步骤203，控制风力发电机组进入主动降转速模式，在第一预设时间段内，同时判断风力发电机组的当前运行状态是否满足过速故障穿越条件，若是，则执行步骤204，否则执行步骤208。

其中，主动降转速模式包括在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速。

其中，本实施例中，在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值具体包括：

在第一预设时间段内按照变化速率将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值。

优选地，在第一预设时间段内按照变化速率将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值具体包括：

首先，按照二阶低通滤波器调整的速率计算在第一预设时间内随时间变化的转速设定值。

然后，根据随时间变化的转速设定值降低风力发电机组的转速设定值。

具体地，本实施例中，二阶低通滤波器可表示为式(1)所示。

其中，s表示拉普拉斯算子，ω₁和ω₂表示两个截止频率，两个截止频率的数值相差很小或相等。d表示阻尼。

具体地，按照二阶低通滤波器调整的速率计算在第一预设时间内每一时刻的变化速率，根据每一时刻变化的速率计算随时间变化的转速设定值。按照计算出的每一时刻的转速设定值降低风力发电机组的转速设定值。

需要说明的是，本实施例中，风力发电机组的转速设定值的下降速率和下降幅值会对提高变桨速率的效果产生直接影响，当风力发电机组的转速设定值下降的速度过小时，变桨速率的提高不足以将风力发电机组的转速控制在切出转速以下，会导致发生发电机过速故障；当转速给定值下降速度过大时，会导致变桨速率提高过快，对变桨环节构成冲击。所以风力发电机组的转速给定值的下降幅值应该被控制在一个合理的范围内，这样既能保证主动降转速功能的设计目的能够很好实现，又不会出现过保护的情况。

进一步地，本实施例中，控制风力发电机组在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，具体包括：

首先，计算第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值的过程中的变桨速率需求值。

然后，根据变桨速率需求值提高风力发电机组的变桨速率。

优选地，本实施例中，计算第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值的过程中的变桨速率需求值，具体包括：

根据风力发电机组在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值的过程中的转速瞬时值与对应的转速设定值之间的差值，按照PID算法计算变桨速率需求值。

具体地，本实施例中，在第一预设时间内的每个时刻对应一个风力发电机组的转速设定值，并且在每一时刻能够获取风力发电机组的瞬时转速。根据第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值的过程中的转速瞬时值与对应的转速设定值之间的差值，按照PID算法计算每个时刻的变桨速率需求值，根据每个时刻的变桨速率需求值提高风力发电机组的变桨速率值。

进一步地，主动降转速模式还包括：在第一预设时间段内将风力发电机组的期望转速设定值提升至标准转速设定值。

具体地，本实施例中，对将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速有一定的时间限制，一旦超过时间限制，控制风力发电机组提升风力发电机组的期望转速设定值至标准转速设定值，然后退出主动降转速模式，恢复正常运行。

需要说明的是，风力发电机组的转速设定值的提升速率、提升幅值也应该控制在一个合理的范围内，保证主动降低风力发电机组转速设定值的功能与风力发电机组的原有功能进行友好的匹配。

进一步地，本实施例中，在控制风力发电机组进入主动降转速模式的过程中，在第一预设时间段内，同时判断风力发电机组的当前运行状态是否满足过速故障穿越条件，由于在主动将转速模式的过程中，风力发电机组的变桨速率提升的很快，而风力发电机组的瞬时转速降低的较为缓慢，所以很容易使风力发电机组的当前状态满足过速故障穿越条件，若风力发电机组的当前运行状态满足过速故障穿越条件，则同时进入过速故障穿越模式。即在进行主动降转速模式的过程中进行过速故障穿越模式。

进一步地，本实施例中，过速故障穿越条件包括：风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，且风力发电机机组的变桨速率大于或等于预设的穿越变桨速率。

具体地，若风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则说明风力发电机组在切出转速的边缘运行，风力发电机组的当前状态满足过速故障穿越的第一个条件。若风力发电机机组的变桨速率大于或等于预设的穿越变桨速率，则说明风力发电机组正在积极的变桨过程中，风力发电机组的当前状态满足进行过速故障穿越的第二个条件。

其中，预设的穿越变桨速率接近并小于变桨速率的最大值。

可以理解的是，本实施例中，控制风力发电机组进入主动降转速模式和控制风力发电机组进入过速故障穿越模式均可以是通过信号控制的。图3为本发明实施例二中的风力发电机组的各信号和转速设定值的时序图。如图3所示，主动降转速使能信号表示是否进行在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值的信号，当该信号由低电平变为高电平时，表示开始进入到将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值的过程。主动降转速使能信号(反)决定了设定转速切换信号2的变化，当该信号由低电平变为高电平时，表示设定转速切换信号2开始进入到高电平8s计时的过程。设定转速切换信号1表示将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值过程的开始和持续时间。设定转速切换信号2表示从主动降转速使能信号(反)由低电平变为高电平开始计时，将风力发电机组的期望转速设定值提升至标准转速设定值的过程的开始和持续时间。故障穿越使能信号表示控制风力发电机组进行过速故障穿越的信号，当该信号为高电平时，表示开始控制风力发电机组进入故障穿越模式。

步骤204，同时进入过速故障穿越模式。

进一步地，过速故障穿越模式包括：

控制风力发电机组在第二预设时间段内提高切出转速，并控制风力发电机组继续进行变桨操作；在第二预设时间段之后，还原切出转速，并退出过速故障穿越模式。

其中，提高的风力发电机组的切出转速的取值本实施例中不做限定。

其中，第二预设时间表示进行过速故障穿越的时间范围。第二预设时间本实施例中也不做限定，如可以为2秒、4秒等。为了保证风力发电机组的安全，提高的风力发电机组的切出转速的取值以及第二预设时间不宜过高。

步骤205，判断风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于切出转速，若是，则执行步骤206，否则执行步骤207。

进一步地，本实施例中，若风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，且风力发电机机组的变桨速率大于或等于预设的穿越变桨速率，则说明风力发电机组正处于切出转速的边缘并正在积极进行变桨，满足了进行过速故障穿越的条件，则控制风力发电机组进入过速故障穿越模式。首先，控制风力发电机组在第二预设时间内提高切出转速，并控制风力发电机组继续进行变桨操作；通过主动提高风力发电机组的切出转速，使得风力发电机组有足够的时间通过变桨操作降低风力发电机组的瞬时转速，从而在第二预设时间后很大概率上使得风力发电机组的当前瞬时转速低于风力发电机组的原始的切出转速。在第二预设时间内继续进行变桨操作后，还原风力发电机组的切出转速，即将提高的风力发电机组的切出转速降低到风力发电机组的切出速率的原始值。在将风力发电机组的切出转速还原后，退出过速故障穿越模式。由于第二预设时间内继续进行变桨操作后，风力发电机组的当前瞬时转速相较于第二预设时间前的风力发电机组的瞬时转速下降了，所以在此对风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于风力发电机组的切出转速进行判断，此时很大概率上风力发电机组的当前瞬时转速小于发电机组的切出转速。

步骤206，控制风力发电机组进行故障停机。

具体地，若风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于切出转速，则满足过速故障的条件，控制发电机组进行故障停机。

步骤207，控制风力发电机组按照当前控制策略运行。

若风力发电机组的当前瞬时转速小于发电机组的切出转速，则控制风力发电机组按照当前控制策略运行，若当前的控制策略仍然为主动降转速模式，则控制风力发电机组按照主动降转速模式运行，若当前控制策略为正常运行的控制策略，则按照正常运行的控制策略控制风力发电机组的运行。

步骤208，在第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。

本实施例中，步骤208的实现方式与本发明风力发电机组的转速控制方法实施例一中的步骤103的实现方式相同，在此不再一一赘述。

执行完步骤208后，返回并执行步骤205。

本实施例提供的风力发电机组的转速控制方法，通过控制风力发电机组进入主动降转速模式，在第一预设时间段内，同时判断风力发电机组的当前运行状态是否满足过速故障穿越条件；若风力发电机组的当前运行状态满足过速故障穿越条件，则同时进入过速故障穿越模式，能够减少在主动降转速模式过程中过速故障的发生概率，所以进一步减小了过速故障的发生概率，进而减小了启停机的次数，减小了风力发电机组启停机过程产生的疲劳载荷，也提高了风力发电机组的发电量和平均故障间隔的时间。

本实施例提供的的风力发电机组的转速控制方法，主动降转速模式还包括：在第一预设时间段内将风力发电机组的期望转速设定值提升至标准转速设定值。保证了风力发电机组继续按照正常状态运行。

为了进一步说明本实施例提供的风力发电机组的转速控制方法的技术方案和凸显有益效果，进行了下面的两组仿真对比试验。该仿真对比试验借助于硬件在环仿真平台实施，该仿真平台由Bladed和PLC构成，两者之间互相通信，构成一个风力发电机实况仿真平台。仿真试验所用的叶片半径为42.2米，满发功率为1500Kw，n_r＝16.6rpm，n₄＝18.8rpm。表1为两组仿真对比试验的强阵风的参数表。

表1：强阵风的参数表

仿真对比试验一：在现有技术中的风力发电机组的控制方法和本发明实施例中风力发电机组的转速控制方法的基础上，依据第一组强阵风参数进行仿真试验。

其中，图4a为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中风速和转速的第一仿真曲线图，图4b为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中变桨速率的第一仿真曲线图，图4c为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中过速故障穿越信号的第一仿真曲线图，图4d为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中风力发电机组的转速设定值的第一仿真曲线图。图4a中的实线表示在中心位置的额定风速随时间的仿真曲线，图4a中的虚线表示风力发电机组的转速随时间的仿真曲线。如图4a和图4b所示，在阵风到来时，风力发电机组的瞬时转速快速上升，达到n₄后进行故障停机，而通过图4b可以看出，在过速故障的触发前的时刻，变桨速率为5.3度/秒，未能达到过速故障穿越的条件，因此在图4c中，过速故障穿越信号一直为低电平，过速故障的功能未能开启。在现有技术中的风力发电机的控制方法中未对风力发电机组的转速设定值进行降低，所以风力发电机组的转速设定值一直为标准的转速设定值。

其中，图5a为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中风速和转速的第一仿真曲线图，图5b为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中变桨速率的第一仿真曲线图，图5c为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中过速故障穿越信号的第一仿真曲线图，图5d为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中风力发电机组的转速设定值的第一仿真曲线图。图5a中的实线表示在中心位置的额定风速随时间的仿真曲线，图5a中的虚线表示风力发电机组的转速随时间的仿真曲线。如图5a和图5b和图5d所示，在检测到阵风到来时，且风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，风力发电机组的转速设定值在第一预设时间10秒内下降了0.5rpm，在此过程中，图5b所示的变桨速度最大值为5.8度/秒，未达到预设的变桨速率的最大值，虽然没有达到过速故障的穿越条件，但与图4b中所示的变桨速度相比，变桨速率增大了0.5度/秒，桨距角随之增大，从而风力发电机组的转速控制在了预设穿越转速以下，不需要进行过速故障穿越即可顺利通过阵风，因此在图5c中，过速故障穿越信号一直为低电平，过速故障的功能未能开启。由此可知，本发明实施例提供的风力发电机组的转速控制方法，通过控制进入主动降转速模式，主动降低风力发电机组的转速设定值来控制变桨速率提高，以降低风力发电机组的瞬时转速，具有一定的降转速的功能。

仿真对比试验二：在现有技术中的风力发电机组的控制方法和本发明实施例中风力发电机组的转速控制方法的基础上，依据第二组阵风参数进行仿真试验。

其中，图6a为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中风速和转速的第二仿真曲线图，图6b为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中变桨速率的第二仿真曲线图，图6c为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中过速故障穿越信号的第二仿真曲线图，图6d为在阵风下现有技术的风力发电机组的控制方法中风力发电机组的转速设定值的第二仿真曲线图。图6a中的实线表示在中心位置的额定风速随时间的仿真曲线，图6a中的虚线表示风力发电机组的转速随时间的仿真曲线。如图6a和图6b所示，在阵风到来时，风力发电机组的瞬时转速快速上升，达到n₄后进行故障停机，而通过图6b可以看出，在过速故障的触发前的时刻，变桨速率为4.4度/秒，未能达到过速故障穿越的条件，因此在图6c中，过速故障穿越信号一直未低电平，过速故障的功能未能开启。在现有技术中的风力发电机的控制方法中未对风力发电机组的转速设定值进行降低，所以风力发电机组的转速设定值一直为标准的转速设定值。

其中，图7a为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中风速和转速的第二仿真曲线图，图7b为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中变桨速率的第二仿真曲线图，图7c为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中过速故障穿越信号的第二仿真曲线图，图7d为在阵风下本发明的风力发电机组的控制方法中风力发电机组的转速设定值的第二仿真曲线图。图7a中的实线表示在中心位置的额定风速随时间的仿真曲线，图7a中的虚线表示风力发电机组的转速随时间的仿真曲线。如图7a和图7b和图7d所示，在检测到阵风到来，且风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速时，风力发电机组的转速设定值在第一预设时间10秒内由16.6rpm下降了0.5rpm到16.1rpm，在此过程中，图7b所示的变桨速度最大值为6.5度/秒，达到过速故障的穿越条件，因此在图7c中，过速故障穿越信号在过速故障穿越时为高电平，过速故障的功能开启后，风力发电机组的转速在第二预设时间内先增大至最大值19.06rpm，之后开始下降，最后风力发电机组的瞬时转速维持在低于n₄的稳定水平，顺利地通过了阵风，由此可知，本发明实施例提供的风力发电机组的转速控制方法，通过主动降低风力发电机组的转速设定值来控制变桨速率提高，为过速穿越创造了触发条件。

通过上述的仿真对比试验，本发明实施例提供的风力发电机组的转速控制方法在阵风到来时，能提升变桨速率，通过降低风力发电机组的转速设定值，不仅能够主动变桨降低风力发电机组的瞬时转速，还能够为过速故障的穿越创造条件，能够有效降低风力发电机组在阵风工况下的过速风险，为风力发电机组的安全稳定运行提供保障。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

图8为本发明风力发电机组的转速控制装置实施例一的结构示意图，如图8所示，本实施例提供的风力发电机组的转速控制装置包括：阵风判断单元81，主动降转速模式进入单元82，转速调整单元83和主动降转速模式退出单元84。

其中，阵风判断单元81，判断当前风况是否为阵风。主动降转速模式进入单元82，若当前风况为阵风，且风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则控制风力发电机组进入主动降转速模式。转速调整单元83，在第一预设时间段内将风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速。主动降转速模式退出单元84，在第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。

本实施例提供的风力发电机组的转速控制装置可以执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图9为本发明风力发电机组的转速控制装置实施例二的结构示意图，如图9所示，本实施例提供的风力发电机组的转速控制装置在本发明风力发电机组的转速控制装置实施例一的基础上，还包括：过速故障条件判断单元91，过速故障穿越模式进入单元92，当前瞬时转速判断单元93和故障停机控制单元94。

进一步地，过速故障条件判断单元91，在第一预设时间段内，同时判断风力发电机组的当前运行状态是否满足过速故障穿越条件。过速故障穿越模式进入单元92，若风力发电机组的当前运行状态满足过速故障穿越条件，则同时进入过速故障穿越模式。主动降转速模式退出单元84，若风力发电机组的当前运行状态不满足过速故障穿越条件，则在第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。

进一步地，过速故障穿越条件包括：风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，且风力发电机机组的变桨速率大于或等于预设的穿越变桨速率。

进一步地，转速调整单元83，控制风力发电机组在第二预设时间段内提高切出转速，并控制风力发电机组继续进行变桨操作；在第二预设时间段之后，还原切出转速，并退出过速故障穿越模式。

进一步地，当前瞬时转速判断单元93，在还原切出转速，并退出过速故障穿越模式之后，判断风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于切出转速。故障停机控制单元94，若风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于切出转速，则控制风力发电机组进行故障停机。

进一步地，转速调整单元83，在第一预设时间段内将风力发电机组的期望转速设定值提升至标准转速设定值。

进一步地，当前瞬时转速判断单元93，在退出主动降转速模式，恢复正常运行之后，判断风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于切出转速。故障停机控制单元94，若风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于切出转速，则控制风力发电机组进行故障停机。

本实施例提供的风力发电机组的转速控制装置可以执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种风力发电机组的转速控制方法，其特征在于，包括：

判断当前风况是否为阵风；

若当前风况为阵风，且所述风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则控制所述风力发电机组进入主动降转速模式；

其中，所述主动降转速模式包括在第一预设时间段内将所述风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速；

在所述第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述第一预设时间段内，同时判断所述风力发电机组的当前运行状态是否满足过速故障穿越条件；

若所述风力发电机组的当前运行状态满足过速故障穿越条件，则同时进入过速故障穿越模式；

若所述风力发电机组的当前运行状态不满足过速故障穿越条件，则在所述第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述过速故障穿越条件包括：

所述风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，且所述风力发电机机组的变桨速率大于或等于预设的穿越变桨速率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述过速故障穿越模式包括：

控制所述风力发电机组在第二预设时间段内提高切出转速，并控制风力发电机组继续进行变桨操作；

在所述第二预设时间段之后，还原所述切出转速，并退出所述过速故障穿越模式。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述还原所述切出转速，并退出所述过速故障穿越模式之后，还包括：

判断风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于所述切出转速；

若是，则控制所述风力发电机组进行故障停机。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述主动降转速模式还包括：

在所述第一预设时间段内将所述风力发电机组的期望转速设定值提升至标准转速设定值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述退出主动降转速模式，恢复正常运行之后，还包括：

判断风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于所述切出转速；

若是，则控制所述风力发电机组进行故障停机。

8.一种风力发电机组的转速控制装置，其特征在于，包括：

阵风判断单元，判断当前风况是否为阵风；

主动降转速模式进入单元，若当前风况为阵风，且所述风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，则控制所述风力发电机组进入主动降转速模式；

转速调整单元，在第一预设时间段内将所述风力发电机组的标准转速设定值降低至期望转速设定值，以提高风力发电机组的变桨速率，进而降低风力发电机组的瞬时转速；

主动降转速模式退出单元，在所述第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

过速故障穿越条件判断单元，在所述第一预设时间段内，同时判断所述风力发电机组的当前运行状态是否满足过速故障穿越条件；

过速故障穿越模式进入单元，若所述风力发电机组的当前运行状态满足过速故障穿越条件，则同时进入过速故障穿越模式；

主动降转速模式退出单元，若所述风力发电机组的当前运行状态不满足过速故障穿越条件，则在所述第一预设时间段之后，退出主动降转速模式，恢复正常运行。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述过速故障穿越条件包括：

所述风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于预设的穿越转速，并小于切出转速，且所述风力发电机机组的变桨速率大于或等于预设的穿越变桨速率。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述转速调整单元，

控制所述风力发电机组在第二预设时间段内提高切出转速，并控制风力发电机组继续进行变桨操作；在所述第二预设时间段之后，还原所述切出转速，并退出所述过速故障穿越模式。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：

当前瞬时转速判断单元，在还原所述切出转速，并退出所述过速故障穿越模式之后，判断风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于所述切出转速；

故障停机控制单元，若风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于所述切出转速，则控制所述风力发电机组进行故障停机。

13.根据权利要求8-12任一项所述的装置，其特征在于，所述转速调整单元，

在所述第一预设时间段内将所述风力发电机组的期望转速设定值提升至标准转速设定值。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，

当前瞬时转速判断单元，在退出主动降转速模式，恢复正常运行之后，判断风力发电机组的当前瞬时转速是否大于或等于所述切出转速；

故障停机控制单元，若风力发电机组的当前瞬时转速大于或等于所述切出转速，则控制所述风力发电机组进行故障停机。