CN110671265A - 一种风力发电机防共振控制方法及装置 - Google Patents

一种风力发电机防共振控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机防共振控制方法及装置，所述方法包括：当风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值且风力发电机的输出功率大于等于预设的第一功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值；当风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值且风力发电机的输出功率大于等于预设的第三功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值。本发明的优点在于：通过对风力发电机转速及输出功率的控制，促使风力发电机快速通过共振带，避免产生共振现象。

Description

一种风力发电机防共振控制方法及装置
技术领域
本发明涉及风力发电，更具体涉及一种风力发电机防共振控制方法及装置。
背景技术
风力发电是将风能转换成机械能，然后再将机械能转化为电能的过程。风力发电机运行过程中，其转子转动的频率容易与结构部件的固有频率(例如塔架的一阶固有频率)相近而产生共振，通常共振带具有较宽的频率范围，如果运行转速落在共振带对应的转速区间内，持续数十秒甚至数秒就会引起整机强烈振动，影响机组性能和破坏结构部件，造成严重的经济损失。
目前，当风速在额定风速以上时，采用恒转速控制，转速为额定转速，因此不容易出现共振。但是，当风速在额定风速以下时，采用最大功率跟踪控制方法，转速随风速成比例调节，以维持最佳尖速比不变，从而获得更多的风能，提供更多的发电量。然而，由于转速随着风速的变化而变化，转速较容易落入共振带对应的转速区间内，从而引起共振。再者，近年来，风力发电机的设计尺寸逐渐变大，相应的，风力发电机的重量上升，固有频率下降，而风力发电机的设计尺寸越大、运行转速越低，因此，在风力发电机运行过程中，塔架等结构部件固有频率与风力发电机转频相同而发生共振的概率也越大。
所以，在风力发电机运行过程中，当其转速值达到共振带对应的转速值附近时，如何快速穿越共振带是目前业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术的风力发电机运行过程中当其转速值达到共振带对应的转速值附近时易发生共振的问题。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种风力发电机防共振控制方法，所述方法包括：当风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值且风力发电机的输出功率大于等于预设的第一功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值，以使风力发电机的转速等于或大于共振带对应的转速上限值；
当风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值且风力发电机的输出功率大于等于预设的第三功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值，以使风力发电机的转速小于或等于共振带对应的转速下限值。通过对风力发电机转速及输出功率的控制，能够促使风力发电机快速通过共振带，避免产生共振现象，从而提高了风力发电机的安全性，延长了使用寿命。
进一步地，所述当风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值时，还包括控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值的步骤。
进一步地，所述控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值之前，还包括对风力发电机的输出功率进行反向调节的步骤，所述反向调节的步骤包括：
控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值；
直至风力发电机的输出功率大于等于预设的第五功率参考值并在第三预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；
其中，所述预设的第五功率参考值大于所述预设的第一功率参考值，所述预设的第一功率参考值大于所述预设的第二功率参考值。
作为上述技术方案更进一步的改进，所述预设的第二功率参考值为0。
进一步地，所述当风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值，还包括控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值的步骤。
进一步地，所述控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值之前，还包括对风力发电机的输出功率进行反向调节的步骤，所述反向调节的步骤包括：
控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值；
直至风力发电机的输出功率小于等于预设的第六功率参考值并在第四预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；
其中，所述预设的第四功率参考值大于所述预设的第三功率参考值，所述预设的第三功率参考值大于所述预设的第六功率参考值。
进一步地，当风力发电机的转速达到共振带对应的转速上限值或转速下限值后，控制风力发电机的输出功率根据预设的最大功率曲线运行。
本发明还提供一种风力发电机防共振控制装置，所述装置包括正向穿越共振带模块和反向穿越共振带模块，
所述正向穿越共振带模块包括第一转速检测单元、第一功率检测单元、第一比对单元以及第一功率控制单元，其中，
所述第一转速检测单元，用于检测风力发电机的转速；
所述第一功率检测单元，用于检测风力发电机的输出功率；
所述第一比对单元，用于比对风力发电机的转速是否增加至共振带对应的转速下限值，比对风力发电机的输出功率是否大于等于预设的第一功率参考值；
所述第一功率控制单元，当第一比对单元比对出风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值，且风力发电机的输出功率大于等于预设的第一功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值，以使风力发电机的转速等于或大于共振带对应的转速上限值；
所述反向穿越共振带模块包括第二转速检测单元、第二功率检测单元、第二比对单元以及第二功率控制单元，其中，
所述第二转速检测单元，用于检测风力发电机的转速；
所述第二功率检测单元，用于检测风力发电机的输出功率；
所述第二比对单元，用于比对风力发电机的转速是否减小至共振带对应的转速上限值，比对风力发电机的输出功率是否大于等于预设的第三功率参考值；
所述第二功率控制单元，用于当第二比对单元比对出风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值且风力发电机的输出功率大于等于预设的第三功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值，以使风力发电机的转速小于或等于共振带对应的转速下限值。
通过对风力发电机转速及输出功率的控制，能够促使风力发电机快速通过共振带，避免产生共振现象，从而提高了风力发电机的安全性，延长了使用寿命。
进一步地，所述正向穿越共振带模块还包括第一稳定单元，第一稳定单元用于当风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值时，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值。
进一步地，所述正向穿越共振带模块还包括第一反向调节单元，第一反向调节单元用于对风力发电机的输出功率进行反向调节，所述第一反向调节单元包括：
转速下限值限定子单元，用于控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值之前，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值；
第一转速控制子单元，用于当风力发电机的输出功率大于等于预设的第五功率参考值并在第三预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；
其中，所述预设的第五功率参考值大于所述预设的第一功率参考值，所述预设的第一功率参考值大于所述预设的第二功率参考值。
作为上一步技术方案的更进一步改进，所述预设的第二功率参考值为0。
进一步地，所述反向穿越共振带模块还包括第二稳定单元，所述第二稳定单元用于当风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值。
进一步地，所述反向穿越共振带模块还包括第二反向调节单元，所述第二反向调节单元对风力发电机的输出功率进行反向调节，所述第二反向调节单元包括：
转速上限值限定子单元，用于控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值之前，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值；
第二转速控制子单元，用于直至风力发电机的输出功率小于等于预设的第六功率参考值并在第四预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；
其中，所述预设的第四功率参考值大于所述预设的第三功率参考值，所述预设的第三功率参考值大于所述预设的第六功率参考值。
进一步地，所述风力发电机防共振装置还包括最大功率跟踪模块，所述最大功率跟踪模块用于当风力发电机的转速达到共振带对应的转速上限值或转速下限值后，控制风力发电机的输出功率根据预设的最大功率曲线运行。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1)本发明提供的风力发电机防共振控制方法及装置，通过对风力发电机转速及输出功率的控制，能够促使风力发电机快速通过共振带，避免产生共振现象，从而提高了风力发电机的安全性，延长了使用寿命；
2)在风力发电机的转速达到共振带对应的转速上限值或下限值时，控制转速稳定在当前转速，避免风力发电机进入共振带运行；
3)在控制输出功率增大或减小之前，还根据输出功率的改变趋势对风力发电机的输出功率进行反向调节，增加输出功率总改变量，也即增大转矩的改变量，从而达到增大风力发电机转子角加速度，进而达到更加快速越过共振带的目的；
4)本发明提供的风力发电机防共振控制方法程序流程简单，易于编程实现，对控制器硬件要求低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的某型风力发电机的最大功率曲线图；
图2为本发明实施例公开的一种风力发电机防共振控制方法中风力发电机正向穿越共振带的示意图；
图3为本发明实施例公开的一种风力发电机防共振控制方法中风力发电机反向穿越共振带的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参阅图1，为本发明实施例提供的某型风力发电机的最大功率曲线图，其中，纵坐标P表示风力发电机的输出功率，横坐标ω表示风力发电机的转速，V1-V7表示各个风速下风力发电机的输出功率与风力发电机的转速ω的关系曲线，且V1＜V2＜V3＜V4＜V5＜V6＜V7，其中V1-V7的运动趋势相同，其大小关系表示各曲线最高点的纵坐标的值的大小顺序，各个风速下风力发电机的最大输出功率点拟合后构成其最大功率曲线，图1中实线为最大功率曲线。在本发明实施例中，风力发电机正常运行状态下，根据所述最大功率曲线运行。
本发明公开的一种风力发电机防共振控制方法包括正向穿越共振带和反向穿越共振带两个过程，以下对这两个过程分别介绍，请参阅图2，图2为本发明实施例公开的一种风力发电机防共振控制方法中风力发电机正向穿越共振带的示意图，随着风速的增加，当检测到风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值ω1-，且风力发电机的输出功率大于等于预设的第一功率参考值P1时，控制风力发电机当前的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值P2，促使风力发电机转子的转速快速增加，从而迅速越过共振频率点对应的转速值ω1，并达到共振带对应的转速上限值ω1+，当转速大于等于ω1+且在第五预设时间范围内保持稳定，则认为正向穿越共振带完成，之后继续控制风力发电机根据最大功率曲线运行。其中，第一预设时间为一个很小的时间值，是一个瞬时值，时间跨度为1-100毫秒。
需要说明的是，上述技术方案提到的风力发电机转速的检测属于现有技术，例如可以通过技术脉冲检测的方法：由两个脉冲电压测速模块和一个发电机速度测量模块构成，先由脉冲电压测速模块测量出发电机电压信号频率，输出一个脉冲列进入发电机速度测量模块，发电机速度测量模块处理后将脉冲转化为对应转速的模拟量输送到风机主控系统，并由主控制系统软件计算电机转速。还可以通过机械传感检测的方法：使用两个独立的接近开关对同一个安装在风机主轴上的齿盘的转动数来进行转速检测，之后输出24V的脉冲信号到超速检测模块，超速检测模块将输出两路发电机当前对应转速的电压模拟量，送至主控制系统，由主控制系统计算机乘以一个系数后转换为发电机转速，并对发电机速度测量模块输出发电机转速。
在本发明实施例中，为确保成功地完成由低转速向高转速的跳跃，所述当风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值ω1-时，还包括控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值ω1-的步骤。
或者，所述控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值之前，还包括对风力发电机的输出功率进行反向调节的步骤，所述反向调节的步骤包括：
控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值ω1-；随着风速的增加，风力发电机的输出功率也增加，直至风力发电机的输出功率大于等于预设的第五功率参考值P5并在第三预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；其中，所述预设的第五功率参考值P5大于所述预设的第一功率参考值P1，所述预设的第一功率参考值P1大于所述预设的第二功率参考值P2。
由于在对风力发电机输出功率进行减小控制之前，先对风力发电机输出功率进行反向(增加)调节，因而，增加了风力发电机输出功率的改变量，也即增大了转矩的改变量，进而使得风力发电机的角速度的改变量
Figure BDA0002245550240000081
增大，风力发电机转子趋于加速状态，风力发电机的转速由ω1-迅速跳跃至ω1+，越过共振带。
具体的，作为本发明实施例的优选技术方案，所述预设的第二功率参考值P2为0，也即控制风力发电机的输出电流为0。
以下介绍风力发电机反向穿越共振带的过程，请参阅图3，图3为本发明实施例公开的一种风力发电机防共振控制方法中风力发电机反向穿越共振带的示意图，随着风速的减小，检测到风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值ω1+，且风力发电机的输出功率大于等于预设的第三功率参考值P3时，控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值P4，促使风力发电机转子的转速快速减小，从而迅速越过共振频率点对应的转速值ω1，并达到共振带对应的转速下限值ω1-，当转速小于等于ω1-且在第六预设时间内保持稳定，则认为反向穿越共振带完成，之后继续控制风力发电机根据最大功率曲线运行。其中，第二预设时间为一个很小的时间值，是一个瞬时值，时间跨度为毫秒级。
这里，所述第四功率参考值P4可以根据多次测试得到最佳设定值，当然，也可以根据风力发电机的功率等级设置为其额定输出功率。
在本发明实施例中，为确保转速成功地完成由高转速向低转速的跳跃，所述当风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值时，还包括控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值ω1+的步骤。
或者，所述控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值P4之前，还包括对风力发电机的输出功率进行反向调节的步骤，所述反向调节的步骤包括：控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值ω1+，随着风速的减小，风力发电机的输出功率也减小，风力发电机的输出功率减小到小于等于预设的第六功率参考值P6并在第四预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；其中，所述预设的第四功率参考值P4大于所述预设的第三功率参考值P3，所述预设的第三功率参考值P3大于所述预设的第六功率参考值P6。
由于在对风力发电机输出功率进行增加控制之前，先对风力发电机输出功率进行反向(减小)调节，因而，增加了风力发电机输出功率的改变量，也即增大了转矩的改变量，进而使得风力发电机的角速度的改变量
Figure BDA0002245550240000091
增大，风力发电机转子趋于反向加速状态，风力发电机的转速由ω1+迅速跳跃至ω1-，越过共振带。
本发明实施例中是基于控制器实现调整风力发电机输出功率的，风力发电系统中控制器也有多种调整风力发电机输出功率的方法。例如，风力发电系统包括风力发电机、整流模块、直流/直流变换器和控制器，风力发电机将风能转换为电能并向整流模块输出三相交流电，整流模块将风力发电机输出的三相交流电进行整流并向直流/直流变换器输出直流电，直流/直流变换器用对直流电进行变压处理，控制器调整直流/直流变换器中功率开关管的占空比从而调整风力发电机的输出功率。控制器调整风力发电机输出功率的方法可以为：通过比例积分算法调整风力发电机的输出功率，其中比例积分算法属于现有技术比较成熟的算法，在此不做赘述。
需要说明的是，本发明实施例中，当风力发电机的转速达到共振带对应的转速上限值或转速下限值后，控制风力发电机的输出功率根据预设的最大功率曲线运行，所述最大功率曲线为各个风速下风力发电机的最大输出功率点的连接曲线。
本发明还提供一种风力发电机防共振控制装置，所述装置包括正向穿越共振带模块和反向穿越共振带模块，
与本发明图2所示方法实施例相对应，所述正向穿越共振带模块包括第一转速检测单元、第一功率检测单元、第一比对单元以及第一功率控制单元，其中，
所述第一转速检测单元，用于检测风力发电机的转速；
所述第一功率检测单元，用于检测风力发电机的输出功率；
所述第一比对单元，用于比对风力发电机的转速是否增加至共振带对应的转速下限值，比对风力发电机的输出功率是否大于等于预设的第一功率参考值；
所述第一功率控制单元，当第一比对单元比对出风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值，且风力发电机的输出功率大于等于预设的第一功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值，以使风力发电机的转速等于或大于共振带对应的转速上限值。
与本发明图3所示方法实施例相对应，所述反向穿越共振带模块包括第二转速检测单元、第二功率检测单元、第二比对单元以及第二功率控制单元，其中，
所述第二转速检测单元，用于检测风力发电机的转速；
所述第二功率检测单元，用于检测风力发电机的输出功率；
所述第二比对单元，用于比对风力发电机的转速是否减小至共振带对应的转速上限值，比对风力发电机的输出功率是否大于等于预设的第三功率参考值；
所述第二功率控制单元，用于当第二比对单元比对出风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值且风力发电机的输出功率大于等于预设的第三功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值，以使风力发电机的转速小于或等于共振带对应的转速下限值。
具体的，所述正向穿越共振带模块还包括第一稳定单元，第一稳定单元用于还用于当风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值时，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值。
具体的，所述正向穿越共振带模块还包括第一反向调节单元，第一反向调节单元用于对风力发电机的输出功率进行反向调节，所述第一反向调节单元包括：
转速下限值限定子单元，用于控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值之前，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值；
第一转速控制子单元，用于直至风力发电机的输出功率大于等于预设的第五功率参考值并在第三预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；
其中，所述预设的第五功率参考值大于所述预设的第一功率参考值，所述预设的第一功率参考值大于所述预设的第二功率参考值。
作为上一步技术方案的更进一步改进，所述预设的第二功率参考值为0。
具体的，反向穿越共振带模块还包括第二稳定单元，所述第二稳定单元用于当风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值。
具体的，所述反向穿越共振带模块还包括第二反向调节单元，所述第二反向调节单元对风力发电机的输出功率进行反向调节，所述第二反向调节单元包括：
转速上限值限定子单元，用于控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值之前，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值；
第二转速控制子单元，用于直至风力发电机的输出功率小于等于预设的第六功率参考值并在第四预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；
其中，所述预设的第四功率参考值大于所述预设的第三功率参考值，所述预设的第三功率参考值大于所述预设的第六功率参考值。
具体的，所述控制风力发电机的输出功率是通过控制器实现，风力发电机将风能转换为电能并向整流模块输出三相交流电，整流模块将风力发电机输出的三相交流电进行整流并向直流/直流变换器输出直流电，直流/直流变换器用对直流电进行变压处理，控制器调整直流/直流变换器中功率开关管的占空比从而调整风力发电机的输出功率。
具体的，所述风力发电机防共振装置还包括最大功率跟踪模块，所述最大功率跟踪模块用于当风力发电机的转速达到共振带对应的转速上限值或转速下限值后，控制风力发电机的输出功率根据预设的最大功率曲线运行。
作为上一步技术方案的更进一步改进，所述最大功率曲线为各个风速下风力发电机的最大输出功率点的连接曲线。
本发明防共振的工作过程和控制原理为：风力发电机正常稳态运行时，控制输出功率跟随最大功率曲线，且满足风力发电机机械运动方程式：
Figure BDA0002245550240000131
其中，T为风力发电机叶轮产生的拖动转矩(N·m)，TZ为风力发电机的电磁转矩(N·m)，J为转动惯量(Kg·m2)，ω为风力发电机转子旋转角速度(rad/s)，
Figure BDA0002245550240000132
可看作风力发电机转子旋转的角加速度(rad/s2)。
当风速处于增加趋势，风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值ω1-且输出功率达到预设的第一功率参考值P1时，减小风力发电机的瞬时输出功率，也即减小瞬时输出电流，电机的瞬时转速n不能突变，所以，输出电流减小使得风力发电机电磁转矩TZ减小，而由于风力发电机风轮的瞬时转速不会突变，即风力发电机叶轮产生的瞬间拖动转矩T不变，则可得：
Figure BDA0002245550240000133
即风力发电机转子趋于加速状态，进而迫使风力发电机转速增加，迅速穿越共振带，达到共振带对应的转速上限值ω1+且在第五预设时间范围内保持稳定，之后控制风力发电机根据最大功率曲线运行。
同理，当风速处于降低趋势，风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值ω1+且输出功率达到预设的第三功率参考值P3时，此时，增大风力发电机的瞬时输出功率，也即增大瞬时输出电流，电机的瞬时转速n不能突变，所以，输出电流增大使得风力发电机电磁转矩TZ增大，而由于风力发电机风轮的瞬时转速不会突变，即风力发电机叶轮产生的瞬间拖动转矩T不变，则可得：
Figure BDA0002245550240000141
即风力发电机转子趋于反向加速状态，进而迫使风力发电机转速快速减小，迅速穿越共振带，达到共振带对应的转速下限值ω1-且在第六预设时间内稳定，之后控制风力发电机根据最大功率曲线运行。
同时，在风力发电机正、反方向穿越共振带之前，还对风力发电机输出功率进行反向调节，增加了输出功率总改变量，也即增大了转矩的改变量，从而达到增大风力发电机转子角加速度的目的。具体控制方法为：在控制风力发电机的输出功率瞬间减小之前，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值ω1-一段时间；随着风速的增加，风力发电机的输出功率增大到预设的第五功率参考值P5时，取消对风力发电机转速的控制；在控制风力发电机的输出功率瞬间增大之前，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值ω1+一段时间；随着风速的减小，风力发电机的输出功率减小到预设的第六功率参考值P6时，取消对风力发电机转速的控制。
在本发明中，当由风力发电机的转速达到共振带对应的转速上限值ω1+或下限值ω1-时，首先进行限转速控制(稳定在当前转速)。
需要说明的是，风力发电机转子旋转角速度ω(rad/s)和风力发电机转子转速n(r/min)可以相互转化，在未特别说明单位的情况下，本发明实施例中所述风力发电机的转速可指风力发电机转子旋转角速度ω(rad/s)或风力发电机转子转速n(r/min)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种风力发电机防共振控制方法，其特征在于，所述方法包括：当风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值且风力发电机的输出功率大于等于预设的第一功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值，以使风力发电机的转速等于或大于共振带对应的转速上限值；
当风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值且风力发电机的输出功率大于等于预设的第三功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值，以使风力发电机的转速小于或等于共振带对应的转速下限值。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机防共振控制方法，其特征在于，所述当风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值时，还包括控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值的步骤。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机防共振控制方法，其特征在于，所述控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值之前，还包括对风力发电机的输出功率进行反向调节的步骤，所述反向调节的步骤包括：
控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值；
直至风力发电机的输出功率大于等于预设的第五功率参考值并在第三预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；
其中，所述预设的第五功率参考值大于所述预设的第一功率参考值，所述预设的第一功率参考值大于所述预设的第二功率参考值。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电机防共振控制方法，其特征在于，所述预设的第二功率参考值为0。
5.根据权利要求1所述的一种风力发电机防共振控制方法，其特征在于，所述当风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值，还包括控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值的步骤。
6.根据权利要求1所述的一种风力发电机防共振控制方法，其特征在于，所述控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值之前，还包括对风力发电机的输出功率进行反向调节的步骤，所述反向调节的步骤包括：
控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值；
直至风力发电机的输出功率小于等于预设的第六功率参考值并在第四预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；
其中，所述预设的第四功率参考值大于所述预设的第三功率参考值，所述预设的第三功率参考值大于所述预设的第六功率参考值。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种风力发电机防共振控制方法，其特征在于，当风力发电机的转速达到共振带对应的转速上限值或转速下限值后，控制风力发电机的输出功率根据预设的最大功率曲线运行。
8.一种风力发电机防共振控制装置，其特征在于，所述装置包括正向穿越共振带模块和反向穿越共振带模块；
所述正向穿越共振带模块包括第一转速检测单元、第一功率检测单元、第一比对单元以及第一功率控制单元，其中，
所述第一转速检测单元，用于检测风力发电机的转速；
所述第一功率检测单元，用于检测风力发电机的输出功率；
所述第一比对单元，用于比对风力发电机的转速是否增加至共振带对应的转速下限值，比对风力发电机的输出功率是否大于等于预设的第一功率参考值；
所述第一功率控制单元，用于当第一比对单元比对出风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值，且风力发电机的输出功率大于等于预设的第一功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值，以使风力发电机的转速等于或大于共振带对应的转速上限值；
所述反向穿越共振带模块包括第二转速检测单元、第二功率检测单元、第二比对单元以及第二功率控制单元，其中，
所述第二转速检测单元，用于检测风力发电机的转速；
所述第二功率检测单元，用于检测风力发电机的输出功率；
所述第二比对单元，用于比对风力发电机的转速是否减小至共振带对应的转速上限值，比对风力发电机的输出功率是否大于等于预设的第三功率参考值；
所述第二功率控制单元，用于当第二比对单元比对出风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值且风力发电机的输出功率大于等于预设的第三功率参考值时，控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值，以使风力发电机的转速小于或等于共振带对应的转速下限值。
9.根据权利要求8所述的一种风力发电机防共振控制装置，其特征在于，所述正向穿越共振带模块还包括第一稳定单元，所述第一稳定单元用于当风力发电机的转速增加至共振带对应的转速下限值时，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值。
10.根据权利要求8所述的一种风力发电机防共振控制装置，其特征在于，所述正向穿越共振带模块还包括第一反向调节单元，所述第一反向调节单元用于对风力发电机的输出功率进行反向调节，所述第一反向调节单元包括：
转速下限值限定子单元，用于控制风力发电机的输出功率在第一预设时间范围内减小至预设的第二功率参考值之前，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速下限值；
第一转速控制子单元，用于当风力发电机的输出功率大于等于预设的第五功率参考值并在第三预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；
其中，所述预设的第五功率参考值大于所述预设的第一功率参考值，所述预设的第一功率参考值大于所述预设的第二功率参考值。
11.根据权利要求10所述的一种风力发电机防共振控制装置，其特征在于，所述预设的第二功率参考值为0。
12.根据权利要求8所述的一种风力发电机防共振控制装置，其特征在于，所述反向穿越共振带模块还包括第二稳定单元，所述第二稳定单元用于当风力发电机的转速减小至共振带对应的转速上限值，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值。
13.根据权利要求8所述的一种风力发电机防共振控制装置，其特征在于，所述反向穿越共振带模块还包括第二反向调节单元，所述第二反向调节单元对风力发电机的输出功率进行反向调节，所述第二反向调节单元包括：
转速上限值限定子单元，用于控制风力发电机的输出功率在第二预设时间范围内增大至预设的第四功率参考值之前，控制风力发电机的转速稳定在共振带对应的转速上限值；
第二转速控制子单元，用于当风力发电机的输出功率小于等于预设的第六功率参考值并在第四预设时间范围内稳定时，取消对风力发电机转速的控制；
其中，所述预设的第四功率参考值大于所述预设的第三功率参考值，所述预设的第三功率参考值大于所述预设的第六功率参考值。
14.根据权利要求8-13任一项所述的一种风力发电机防共振控制装置，其特征在于，还包括最大功率跟踪模块，所述最大功率跟踪模块用于当风力发电机的转速达到共振带对应的转速上限值或转速下限值后，控制风力发电机的输出功率根据预设的最大功率曲线运行。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111502912A (zh) * 2020-04-09 2020-08-07 浙江运达风电股份有限公司 一种柔性塔架风电机组转速共振频率穿越控制方法及系统
CN111911351A (zh) * 2020-07-17 2020-11-10 许昌许继风电科技有限公司 一种风机均化风速预测方法及其用于柔塔风机的控制方法
CN112283025A (zh) * 2020-10-14 2021-01-29 明阳智慧能源集团股份公司 一种避免风电机组限功率运行在共振区域的控制方法
CN113669197A (zh) * 2021-09-28 2021-11-19 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 基于实时运行数据的风力发电机组转速控制方法和系统
CN113847196A (zh) * 2020-06-28 2021-12-28 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组及其避转速控制方法、装置
CN114576090A (zh) * 2020-12-01 2022-06-03 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机组的转速控制方法、装置、设备及介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060033339A1 (en) * 2004-08-11 2006-02-16 Abb Oy Method in a wind power plant
CN104405581A (zh) * 2014-10-24 2015-03-11 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组转速控制方法及控制系统
CN108425796A (zh) * 2018-01-30 2018-08-21 南京风电科技有限公司 一种避免风电机组同时穿越塔筒共振区的控制方法
CN108590956A (zh) * 2018-04-27 2018-09-28 国电联合动力技术有限公司 一种风电机组塔筒共振避让穿越控制方法及风电机组
CN109952429A (zh) * 2016-09-07 2019-06-28 维斯塔斯风力系统集团公司 预测风力涡轮机噪声
CN109996957A (zh) * 2016-11-16 2019-07-09 乌本产权有限公司 风能设备和用于运行风能设备的方法
WO2019138105A1 (de) * 2018-01-15 2019-07-18 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage und verfahren zum steuern einer windenergieanlage

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060033339A1 (en) * 2004-08-11 2006-02-16 Abb Oy Method in a wind power plant
CN104405581A (zh) * 2014-10-24 2015-03-11 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组转速控制方法及控制系统
CN109952429A (zh) * 2016-09-07 2019-06-28 维斯塔斯风力系统集团公司 预测风力涡轮机噪声
CN109996957A (zh) * 2016-11-16 2019-07-09 乌本产权有限公司 风能设备和用于运行风能设备的方法
WO2019138105A1 (de) * 2018-01-15 2019-07-18 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage und verfahren zum steuern einer windenergieanlage
CN108425796A (zh) * 2018-01-30 2018-08-21 南京风电科技有限公司 一种避免风电机组同时穿越塔筒共振区的控制方法
CN108590956A (zh) * 2018-04-27 2018-09-28 国电联合动力技术有限公司 一种风电机组塔筒共振避让穿越控制方法及风电机组

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111502912A (zh) * 2020-04-09 2020-08-07 浙江运达风电股份有限公司 一种柔性塔架风电机组转速共振频率穿越控制方法及系统
CN111502912B (zh) * 2020-04-09 2021-08-17 浙江运达风电股份有限公司 一种柔性塔架风电机组转速共振频率穿越控制方法及系统
CN113847196A (zh) * 2020-06-28 2021-12-28 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组及其避转速控制方法、装置
CN111911351A (zh) * 2020-07-17 2020-11-10 许昌许继风电科技有限公司 一种风机均化风速预测方法及其用于柔塔风机的控制方法
CN111911351B (zh) * 2020-07-17 2024-02-09 许昌许继风电科技有限公司 一种风机均化风速预测方法及其用于柔塔风机的控制方法
CN112283025A (zh) * 2020-10-14 2021-01-29 明阳智慧能源集团股份公司 一种避免风电机组限功率运行在共振区域的控制方法
CN114576090A (zh) * 2020-12-01 2022-06-03 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机组的转速控制方法、装置、设备及介质
CN113669197A (zh) * 2021-09-28 2021-11-19 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 基于实时运行数据的风力发电机组转速控制方法和系统
CN113669197B (zh) * 2021-09-28 2022-08-30 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 基于实时运行数据的风力发电机组转速控制方法和系统

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