CN111810358A - 一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法 - Google Patents

一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111810358A
CN111810358A CN202010744078.XA CN202010744078A CN111810358A CN 111810358 A CN111810358 A CN 111810358A CN 202010744078 A CN202010744078 A CN 202010744078A CN 111810358 A CN111810358 A CN 111810358A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotating speed
yaw
control module
speed
wind
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010744078.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111810358B (zh
Inventor
谭诤
王首川
娄静丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XEMC Windpower Co Ltd
Original Assignee
XEMC Windpower Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XEMC Windpower Co Ltd filed Critical XEMC Windpower Co Ltd
Priority to CN202010744078.XA priority Critical patent/CN111810358B/zh
Publication of CN111810358A publication Critical patent/CN111810358A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111810358B publication Critical patent/CN111810358B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • F03D7/0208—Orientating out of wind
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0276—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling rotor speed, e.g. variable speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/32—Wind speeds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

本发明公开了一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法，包括以下步骤：步骤1：切换条件及转速目标值设定；步骤2：偏航控制模块设定；步骤3：转速转矩控制模块设定；步骤4：判断是否启用智能控制；步骤5：机组切换工作点；步骤6：判断实时条件是否发生变化：进入步骤7或返回进入步骤4；步骤7：机组恢复工作点，进入步骤4。本发明在风力发电机组设计时，可降低机组的设计成本，避免设计周期延长，本发明在风力发电机组运行时，可降低机组的偏航载荷，避免相应的故障发生，延长部件的使用寿命，确保机组安全。在实际控制中，根据预设的斜坡速度设定点的转矩‑转速曲线设置最佳的最大转矩，避免了系统冲击，确保机组稳定运行。

Description

一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法
技术领域
本发明涉及风电领域，特别涉及一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法。
背景技术
风力发电机组通常安装在风资源较为丰富地区，而该区域的气候条件又往往比较复杂，各种极端工况时有出现，尤其是山地和海上风电场。因此，在机组设计时，载荷计算需要考虑各种工况以确保安全。
在机组实际运行中，若在高风速工况下（超过机组额定风速但小于切出风速的工况）进行偏航时，由于机组处于额定点，满载运行状态，此时的偏航载荷会非常大。在某些极端工况下，可能会出现载荷计算结果无法满足设计要求，需修改设计、增加部件强度、重新计算的情况，这势必会导致机组的设计成本大幅增加和设计周期不断延长。但此工况出现的概率较小，故而这种无限制增加部件强度的方案并不经济。若直接忽略此极端工况，则在实际运行过程中，会存在一定的风险。此外，若已生产的机组因某种原因需要更换安装地点，但无法满足安装所在地的工况条件时，同样需要采取相应的措施才能确保机组安全运行。再则，机组的高偏航载荷会导致故障频发、部件的疲劳增大，寿命缩短、可利用率降低等一系列问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种算法简单、安全可靠的高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法，包括以下步骤：
步骤1：切换条件及转速目标值设定：根据机组载荷以及机组设计的额定风速、切出风速、额定转速和最小切入转速，设定若干不同等级的切换条件和转速目标值，进入步骤2；
步骤2：偏航控制模块设定：在偏航控制模块中增加相应的等待状态，当机组处于高风速工况且需要偏航时，偏航系统进入预设状态等待叶轮转速降至目标值，进入步骤3；
步骤3：转速转矩控制模块设定：转速转矩控制模块中通过预设的参数和斜坡函数将机组的转速平稳地控制至目标值，目标值为根据给定斜坡速度设定点的转矩-转速曲线设置最佳的最大转矩，进入步骤4；
步骤4：判断是否启用智能控制：机组满载运行时，实时监测风速值，当10分钟平均风速高于某个等级的设定值，且需要偏航动作时，偏航控制模块发送偏航请求和对应等级的叶轮转速目标值至转速转矩控制模块，随即进入等待状态，等待叶轮转速降为目标值，机组进入稳态点运行，进入步骤5；
步骤5：机组切换工作点：转速转矩控制模块接收到偏航请求和转速目标值后，根据预设的参数，将叶轮的转速按照斜坡函数平稳控制至叶轮转速目标值，并在机组进入稳态运行后，将完成标志位反馈给偏航控制模块，进入步骤6；
步骤6：判断实时条件是否发生变化：偏航控制模块收到转速转矩控制模块的反馈信号后，再根据实时的风况条件进行相应的逻辑判断，若高风工况条件未发生改变，则控制偏航系统完成偏航动作，并将完成信号发至转速转矩控制模块，进入步骤7；若高风工况条件的等级发生变化，则将新的叶轮转速目标值发至转速转矩控制模块，返回进入步骤4，等待接收到新的反馈信号再执行偏航；若风向发生变化，无需偏航，直接发送完成信号至转速转矩控制模块，进入步骤7；
步骤7：机组恢复工作点：转速转矩控制模块接收到完成信号，将机组稳定恢复至额定工作点，再次等待偏航控制模块的命令，进入步骤4。
上述高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法，所述步骤1中，假设机组的额定风速为12.5m/s，切出风速为25m/s，额定转速为14.5rpm，最小切入转速为8rpm，则预设两个等级，第一等级为：当10分钟平均风速大于18m/s，转速目标值为12rpm；第二等级为：当10分钟平均风速大于22m/s，转速目标值为9.5rpm。
上述高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法，所述步骤4中，若10分钟平均风速高于设定值18m/s，且需要偏航动作时，偏航控制模块发送偏航请求和叶轮转速目标值12rpm至转速转矩控制模块，随即进入等待状态，等待叶轮转速降为12rpm，机组进入稳态点运行，进入步骤5；若10分钟平均风速高于设定值22m/s，且需要偏航动作时，偏航控制模块发送偏航请求和叶轮转速目标值9.5rpm至转速转矩控制模块，随即进入等待状态，等待叶轮转速降为9.5rpm，机组进入稳态点运行，进入步骤5。
上述高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法，所述步骤5中，为了确保风机控制器在稳定状态下运行，在设定点改变后增加一个斜坡和一个延迟，只有当速度设定点已经变为新的设定点并且在一定时间内是固定的，则认为控制器在稳定状态下运行。
本发明的有益效果在于：本发明根据机组载荷计算的结果以及机组设计的额定风速、切出风速、额定转速和最小切入转速，设定若干不同等级的切换条件和叶轮转速目标值，使得机组在高风速工况下运行时，能根据自身的实际情况，在启动偏航动作前，自动、平稳地进入预设的转速目标值，在偏航动作完成后，可再稳定恢复至额定工作点，降低机组在极端工况下的偏航载荷，以满足设计要求，避免大载荷带来的风险和相应的故障，从而降低了机组的设计成本，提高了机组的安全性、可利用率以及使用寿命。特别是在启动偏航动作前，采用斜坡函数和最佳转矩输出来平稳控制叶轮转速，待系统进入稳态后再执行偏航动作，从而避免出现系统冲击，确保机组安全。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法，包括以下步骤：
步骤1：切换条件及转速目标值设定：根据机组载荷以及机组设计的额定风速、切出风速、额定转速和最小切入转速，设定若干不同等级的切换条件和转速目标值，进入步骤2。
假设机组的额定风速为12.5m/s，切出风速为25m/s，额定转速为14.5rpm，最小切入转速为8rpm，则预设两个等级，第一等级为：当10分钟平均风速大于18m/s，转速目标值为12rpm；第二等级为：当10分钟平均风速大于22m/s，转速目标值为9.5rpm。
步骤2：偏航控制模块设定：在偏航控制模块中增加相应的等待状态，当机组处于高风速工况且需要偏航时，偏航系统进入预设状态等待叶轮转速降至目标值，进入步骤3。
步骤3：转速转矩控制模块设定：转速转矩控制模块中通过预设的参数和斜坡函数将机组的转速平稳地控制至目标值，目标值为根据给定斜坡速度设定点的转矩-转速曲线设置最佳的最大转矩，进入步骤4。
步骤4：判断是否启用智能控制：机组满载运行时，实时监测风速值，当10分钟平均风速高于某个等级的设定值，且需要偏航动作时，偏航控制模块发送偏航请求和对应等级的叶轮转速目标值至转速转矩控制模块，随即进入等待状态，等待叶轮转速降为目标值，机组进入稳态点运行，进入步骤5。
具体的说：若10分钟平均风速高于设定值18m/s，且需要偏航动作时，偏航控制模块发送偏航请求和叶轮转速目标值12rpm至转速转矩控制模块，随即进入等待状态，等待叶轮转速降为12rpm，机组进入稳态点运行，进入步骤5；若10分钟平均风速高于设定值22m/s，且需要偏航动作时，偏航控制模块发送偏航请求和叶轮转速目标值9.5rpm至转速转矩控制模块，随即进入等待状态，等待叶轮转速降为9.5rpm，机组进入稳态点运行，进入步骤5。
步骤5：机组切换工作点：转速转矩控制模块接收到偏航请求和转速目标值后，根据预设的参数，将叶轮的转速按照斜坡函数平稳控制至叶轮转速目标值，并在机组进入稳态运行后，将完成标志位反馈给偏航控制模块。为了确保风机控制器在稳定状态下运行，在设定点改变后增加一个斜坡（例如0.3rpm/s）和一个延迟(例如15s)，只有当速度设定点已经变为新的设定点并且在一定时间内是固定的，则认为控制器在稳定状态下运行，进入步骤6。
步骤6：判断实时条件是否发生变化：偏航控制模块收到转速转矩控制模块的反馈信号后，再根据实时的风况条件进行相应的逻辑判断(步骤1所设参数)，若高风工况条件未发生改变，则控制偏航系统完成偏航动作，并将完成信号发至转速转矩控制模块，进入步骤7；若高风工况条件的等级发生变化，则将新的叶轮转速目标值发至转速转矩控制模块，返回进入步骤4，等待接收到新的反馈信号再执行偏航；若风向发生变化，无需偏航，直接发送完成信号至转速转矩控制模块，进入步骤7。
步骤7：机组恢复工作点：转速转矩控制模块接收到完成信号，将机组稳定恢复至额定工作点，再次等待偏航控制模块的命令，进入步骤4。

Claims (4)

1.一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：切换条件及转速目标值设定：根据机组载荷以及机组设计的额定风速、切出风速、额定转速和最小切入转速，设定若干不同等级的切换条件和转速目标值，进入步骤2；
步骤2：偏航控制模块设定：在偏航控制模块中增加相应的等待状态，当机组处于高风速工况且需要偏航时，偏航系统进入预设状态等待叶轮转速降至目标值，进入步骤3；
步骤3：转速转矩控制模块设定：转速转矩控制模块中通过预设的参数和斜坡函数将机组的转速平稳地控制至目标值，目标值为根据给定斜坡速度设定点的转矩-转速曲线设置最佳的最大转矩，进入步骤4；
步骤4：判断是否启用智能控制：机组满载运行时，实时监测风速值，当10分钟平均风速高于某个等级的设定值，且需要偏航动作时，偏航控制模块发送偏航请求和对应等级的叶轮转速目标值至转速转矩控制模块，随即进入等待状态，等待叶轮转速降为目标值，机组进入稳态点运行，进入步骤5；
步骤5：机组切换工作点：转速转矩控制模块接收到偏航请求和转速目标值后，根据预设的参数，将叶轮的转速按照斜坡函数平稳控制至叶轮转速目标值，并在机组进入稳态运行后，将完成标志位反馈给偏航控制模块，进入步骤6；
步骤6：判断实时条件是否发生变化：偏航控制模块收到转速转矩控制模块的反馈信号后，再根据实时的风况条件进行相应的逻辑判断，若高风工况条件未发生改变，则控制偏航系统完成偏航动作，并将完成信号发至转速转矩控制模块，进入步骤7；若高风工况条件的等级发生变化，则将新的叶轮转速目标值发至转速转矩控制模块，返回进入步骤4，等待接收到新的反馈信号再执行偏航；若风向发生变化，无需偏航，直接发送完成信号至转速转矩控制模块，进入步骤7；
步骤7：机组恢复工作点：转速转矩控制模块接收到完成信号，将机组稳定恢复至额定工作点，再次等待偏航控制模块的命令，进入步骤4。
2.根据权利要求1所述的高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法，其特征在于，所述步骤1中，假设机组的额定风速为12.5m/s，切出风速为25m/s，额定转速为14.5rpm，最小切入转速为8rpm，则预设两个等级，第一等级为：当10分钟平均风速大于18m/s，转速目标值为12rpm；第二等级为：当10分钟平均风速大于22m/s，转速目标值为9.5rpm。
3.根据权利要求2所述的高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法，其特征在于，所述步骤4中，若10分钟平均风速高于设定值18m/s，且需要偏航动作时，偏航控制模块发送偏航请求和叶轮转速目标值12rpm至转速转矩控制模块，随即进入等待状态，等待叶轮转速降为12rpm，机组进入稳态点运行，进入步骤5；若10分钟平均风速高于设定值22m/s，且需要偏航动作时，偏航控制模块发送偏航请求和叶轮转速目标值9.5rpm至转速转矩控制模块，随即进入等待状态，等待叶轮转速降为9.5rpm，机组进入稳态点运行，进入步骤5。
4.根据权利要求3所述的高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法，其特征在于，所述步骤5中，为了确保风机控制器在稳定状态下运行，在设定点改变后增加一个斜坡和一个延迟，只有当速度设定点已经变为新的设定点并且在一定时间内是固定的，则认为控制器在稳定状态下运行。
CN202010744078.XA 2020-07-29 2020-07-29 一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法 Active CN111810358B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010744078.XA CN111810358B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010744078.XA CN111810358B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111810358A true CN111810358A (zh) 2020-10-23
CN111810358B CN111810358B (zh) 2022-04-01

Family

ID=72862818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010744078.XA Active CN111810358B (zh) 2020-07-29 2020-07-29 一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111810358B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112963303A (zh) * 2021-02-22 2021-06-15 上海电气风电集团股份有限公司 一种用于风电机组的偏航载荷监测控制方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103195651A (zh) * 2013-03-11 2013-07-10 山东电力集团公司济宁供电公司 一种基于pi调节的风力发电机优化控制系统及控制方法
CN103477070A (zh) * 2011-02-11 2013-12-25 赛泽利斯公司 控制风力涡轮机包括控制偏转或其它参数的系统和方法
JP2019143584A (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 株式会社日立製作所 風力発電装置とその制御方法
JP2020007921A (ja) * 2018-07-04 2020-01-16 三菱重工業株式会社 風力発電システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103477070A (zh) * 2011-02-11 2013-12-25 赛泽利斯公司 控制风力涡轮机包括控制偏转或其它参数的系统和方法
EP2673501A4 (en) * 2011-02-11 2016-04-13 Xzeres Corp SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING A WIND TURBINE, COMPRISING THE CONTROL OF LACET OR OTHER PARAMETERS
CN103195651A (zh) * 2013-03-11 2013-07-10 山东电力集团公司济宁供电公司 一种基于pi调节的风力发电机优化控制系统及控制方法
JP2019143584A (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 株式会社日立製作所 風力発電装置とその制御方法
JP2020007921A (ja) * 2018-07-04 2020-01-16 三菱重工業株式会社 風力発電システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112963303A (zh) * 2021-02-22 2021-06-15 上海电气风电集团股份有限公司 一种用于风电机组的偏航载荷监测控制方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111810358B (zh) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102518555B (zh) 一种兆瓦级风力机组及其控制方法、控制系统
CN104832371A (zh) 一种风力发电机组控制方法和系统
WO2011140818A1 (zh) 强风下风力发电机组的控制方法
CN102374120A (zh) 一种风力发电机组控制方法及系统
US8759995B2 (en) Control method of a wind turbine generator
CN105484937A (zh) 风力发电机组变桨系统的控制方法及装置
CN111794911B (zh) 风力发电机组偏航启动控制方法
CN105226713A (zh) 一种风力发电机组控制系统及方法
CN111810358B (zh) 一种高风速工况下降低风力发电机组偏航载荷的方法
CN102305177B (zh) 一种风力发电机组启动控制方法及系统
CN104329225B (zh) 风力发电机组功率控制方法
EP4010585A1 (en) Providing auxiliary power using offshore wind turbines
CN105257473A (zh) 一种风电机组低温快速启机控制方法
EP3308016B1 (en) Ramping power in a wind turbine dependent on an estimated available wind power
CN112963304B (zh) 一种包含转矩控制的风电机组超速保护辅助控制方法
CN103174587A (zh) 风力发电系统及其控制方法
CN112196732B (zh) 一种风机主控桨距及转矩指令处理系统
CN105024405A (zh) 三机组传动变频发电系统
CN107701368A (zh) 一种风电机组的叶片顺桨方法
CN112392657B (zh) 一种风力发电机组偏航电机预励磁控制方法
CN114000974B (zh) 一种基于变桨变速风力发电机组的冗余控制方法
CN111894800B (zh) 一种提升环境适应性的风力发电机转速控制方法
CN109519326B (zh) 一种风电机组的控制方法、系统及其风电机组
CN219979443U (zh) 一种偏航继电器装置
CN204835552U (zh) 三机组传动变频发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Lou Jingli

Inventor after: Tan Zheng

Inventor after: Wang Shouchuan

Inventor before: Tan Zheng

Inventor before: Wang Shouchuan

Inventor before: Lou Jingli

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant