CN112628074A - 一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法，包括以下步骤：收集机组毫秒级运行数据；筛除发电机转速率的负值；筛选出每个风速、桨角交集的发电机转速率的正值满足100个以上或4秒钟以上的数据；统计每个风速、桨角交集Bin点范围内，发电机转速变化率正值的均值。绘制风速、桨角和发电机转速率的三维图形；筛选发电机转速率的峰值；通过发电机转速率峰值拟合一条曲线，调整曲线拟合类型，使拟合曲线平滑，曲线垂直发电机转速率等高线。本发明克服了现有技术的不足，具有耗时短、最优桨角曲线更准确、平滑等优点，可以有效解决传统策略的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及风电机组桨角寻优技术领域，具体涉及一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法。
背景技术
随着近十几年国内风电市场蓬勃发展，低风速地区存在大量风轮直径短小的风力发电机组。部分风电业主采用叶片加长改造方式，提高低风速风场发电效率。其中老旧风电机组存在叶片表面磨损、脏污、叶片局部加长方案引起翼型数据变化等特点。最终，引起叶片实际翼型数据和理论翼型数据存在偏差，需通过实测数据优化机组桨角寻优策略。
传统桨角寻优策略，采用不同桨距角测试风电机组效果，最终选择一种最优桨角的方式，实现最优桨角设置。如低风速风场年平均风速7.5m/s以下，传动1.5MW/2MW机组的功率曲线“膝部段”在10m/s-14m/s风速范围，传动桨角寻优策略耗时较长。在功率曲线膝部方位，传统桨角寻优方式普遍采用一个或2个最优桨角。前者实现最优桨角定义，造成风能浪费。后者容易引起桨角跳跃，造成机组振动故障过大等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法，克服了现有技术的不足，具有耗时短、最优桨角曲线更准确、平滑等优点，可以有效解决传统策略的缺点。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法，包括以下步骤：
步骤S1：收集机组毫秒级运行数据；
步骤S2：筛除发电机转速率的负值；
步骤S3：筛选出每个风速、桨角交集的发电机转速率的正值满足100个以上或4秒钟以上的数据；
步骤S4：统计每个风速、桨角交集Bin点范围内，发电机转速变化率正值的均值。然后绘制风速、桨角和发电机转速率的三维图形；
步骤S5：在风速、桨角和发电机转速率三维图中，筛选发电机转速率的峰值；
步骤S6：通过发电机转速率峰值拟合一条曲线，调整曲线拟合类型，使拟合曲线平滑，曲线垂直发电机转速率等高线。
优选地，所述步骤S1中的收集机组毫秒级运行数据包括机组风速数据、机组桨角数据和发电机转速毫秒级数据。
优选地，所述机组风速数据采用选取风速覆盖功率曲线膝部范围进行收集，所述风速范围选用10m/s-15m/s，步长为0.5m/s。
优选地，所述机组桨角数据选用-1deg-5deg，步长为0.2deg/s。
本发明提供了一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法。具备以下有益效果：通过风力发电机组气动风能捕获、多体动力学的特点，通过数据分析角度挖掘风力发电机组桨角寻优方法，解决传统方法耗时长的缺点；针对未1.5MW、2MW、3MW正常运行机组，预计发电量提升约1-2%；针对1.5MW、2MW、3MW发生“功率曲线膝部塌陷”，预计发电量可提升5%以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1 本发明中风速、桨角、发电机速率三维图；
图2 本发明中最优桨角拟合曲线示意图；
图3 本发明中风速、桨角、转速等参数的具体要求图表。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在传统风力发电机组，功率曲线膝部包含“发电机额定转速段”和“满发段”。两个控制阶段，普遍采用“桨角-发电转速闭环控制”，如PID算法或PI算法等。采用该主控逻辑，一般存在如下规律：
1、发电机转速超过额定转速阈值，桨角抬升；
2、桨角抬升，会造成风轮风能捕获变化；
3、风能实时捕获上升，“发电机转速率”上升(抬桨，风能捕获上升)；
4、风能实时捕获下降，“发电机转速率”下降(抬桨，风能捕获下降)；
因此，通过评估“发电机转速率”变化，可以判断桨角抬升的风轮风能捕获差异，最终判断最优风能捕获的桨角，即为最优风能捕获桨距角。
如图1-2所示，本发明提供了一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法，包括以下步骤：
步骤S1：收集机组毫秒级运行数据；包括机组风速数据、机组桨角数据和发电机转速毫秒级数据。
所述机组风速数据采用选取风速覆盖功率曲线膝部范围进行收集，所述风速范围选用10m/s-15m/s，步长为0.5m/s。
所述机组桨角数据选用-1deg-5deg，步长为0.2deg/s。
如图3所示为风速、桨角、转速等参数的具体要求。
步骤S2：筛除发电机转速率的负值；由于在最优桨角位置附近，发电机转速率有增大趋势，所以需要避免发电机变化率的负值干扰；
步骤S3：筛选出每个风速、桨角交集的发电机转速率的正值满足100个以上或4秒钟以上的数据；
步骤S4：统计每个风速、桨角交集Bin点范围内，发电机转速变化率正值的均值。然后绘制风速、桨角和发电机转速率的三维图形；
步骤S5：在风速、桨角和发电机转速率三维图中，筛选发电机转速率的峰值；
步骤S6：通过发电机转速率峰值拟合一条曲线，调整曲线拟合类型，使拟合曲线平滑，曲线垂直发电机转速率等高线。
本发明通过风力发电机组气动风能捕获、多体动力学的特点，通过数据分析角度挖掘风力发电机组桨角寻优方法，解决传统方法耗时长的缺点；针对未1.5MW、2MW、3MW正常运行机组，预计发电量提升约1-2%；针对1.5MW、2MW、3MW发生“功率曲线膝部塌陷”，预计发电量可提升5%以上。
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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：收集机组毫秒级运行数据；
步骤S2：筛除发电机转速率的负值；
步骤S3：筛选出每个风速、桨角交集的发电机转速率的正值满足100个以上或4秒钟以上的数据；
步骤S4：统计每个风速、桨角交集Bin点范围内，发电机转速变化率正值的均值。然后绘制风速、桨角和发电机转速率的三维图形；
步骤S5：在风速、桨角和发电机转速率三维图中，筛选发电机转速率的峰值；
步骤S6：通过发电机转速率峰值拟合一条曲线，调整曲线拟合类型，使拟合曲线平滑，曲线垂直发电机转速率等高线。
2.根据权利要求1所述的一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法，其特征在于：所述步骤S1中的收集机组毫秒级运行数据包括机组风速数据、机组桨角数据和发电机转速毫秒级数据。
3.根据权利要求2所述的一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法，其特征在于：所述机组风速数据采用选取风速覆盖功率曲线膝部范围进行收集，所述风速范围选用10m/s-15m/s，步长为0.5m/s。
4.根据权利要求1所述的一种用于风电机组的新型功率曲线膝部桨角寻优方法，其特征在于：所述机组桨角数据选用-1deg-5deg，步长为0.2deg/s。
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