CN112696312A - 一种风电机组控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电机组控制方法及系统，属于风力发电技术领域。该方法首先实时采集风电机组所处位置的风向、振动、转速和功率数据；然后驱动机舱进行转动，每转动预设角度时，驱动叶片转动一周；根据采集的数据以及机舱和叶片转动的角度，构建功率动态模型和振动动态模型并录入数据库并判断预计最优风能捕获角度；根据最优风能捕获角度相对应的机舱角度和叶片角度，分别驱动机舱和叶片转动至相对应的角度；将叶片继续转动一周，同时采集风电机组的振动和功率信息，判断实际最优风能捕获角度，并将叶片转动至相对应的角度。该方法能够显著提高风电机组的风能捕获率和利用率，提高风电机组的效率；系统构建简单，自动化程度高。

Description

一种风电机组控制方法及系统
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组控制方法及系统。
背景技术
随着空气污染愈加严重，风能作为清洁的可再生能源是改善现状的方案之 一。风电系统是微电网的重要组成部分之一，风速的随机变化会导致风电功率 的明显波动，故风电机组的接入会对微电网的稳定运行造成很大的影响。同时， 风机叶片作为风电机组气动载荷的主要载体，又会直接影响风电机组的安全稳 定运行。因此，对微电网中风电机组叶片载荷的控制十分重要。
但是现有技术在实际使用时，风力过大或风向与叶片不适配时，会使得风 电机组产生振动，长时间振动会导致风电机组损坏，然而对风电机组制动时又 会导致风能捕获利用率较低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种风电机组控制方法及系统，能够显 著提高风电机组的风能捕获率和利用率，提高风电机组的效率。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种风电机组控制方法，包括以下步骤：
S1：实时采集风电机组所处位置的风向、振动、转速和功率数据；
S2：驱动机舱进行转动，机舱每转动预设角度时，驱动叶片转动一周；
S3：根据步骤S1采集的数据以及步骤S2机舱和叶片转动的角度，构建功 率动态模型和振动动态模型并录入数据库；
S4：根据步骤S3得到的功率动态模型以及振动动态模型，判断预计最优 风能捕获角度；
S5：根据步骤S4得到的最优风能捕获角度相对应的机舱角度和叶片角度， 分别驱动机舱和叶片转动至相对应的角度；
S6：将叶片继续转动一周，同时采集风电机组的振动和功率信息，判断实 际最优风能捕获角度，并将叶片转动至相对应的角度。
优选地，步骤S4中，最优风能捕获角度的状态为风电机组的振动频率和 强度处在正常范围内，且功率相对应正常振动频率为最大功率状态。
优选地，步骤S4中，最优风能捕获角度的状态为叶片与风向垂直。
优选地，机舱的转动为无极变速转动。
优选地，叶片的转动为步进转动。
优选地，步骤S2中，预设角度为15°。
本发明公开了一种风电机组控制系统，包括风向传感器、振动传感器、转 速传感器、功率传感器、机舱驱动模块、叶片驱动模块、机舱角度传感器、叶 片角度传感器、数据存储装置、逻辑判断模块、功率动态建模模块、振动动态 建模模块和单片机，风向传感器、振动传感器、转速传感器和功率传感器的输 入端均分别与单片机的输入端连接，机舱驱动模块和叶片驱动模块的输入端与 单片机的输出端连接，单片机的连接端与数据库的连接端双向连接，逻辑判断 模块、功率动态建模模块和振动动态建模模块的连接端均分别与单片机的连接 端双向连接；机舱驱动模块的输出端与机舱角度传感器的输入端连接，且机舱角度传感器的输出端与单片机的输入端连接，叶片驱动模块的输出端与叶片角 度传感器的输入端连接，且叶片角度传感器的输出端与单片机的输入端连接；
功率动态建模模块用于将风力发电机组的实时功率与机舱的角度和叶片 的角度相结合并建立功率动态模型，振动动态建模模块用于将风力发电机组的 实时振动频率和强度与机舱的角度和叶片的角度相结合并建立振动动态模型； 逻辑判断模块用于根据功率动态模型以及振动动态模型，判断预计最优风能捕 获角度。
优选地，机舱驱动模块包括无极变速电机。
优选地，叶片驱动模块包括步进电机。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的风电机组控制方法，通过功率动态模型和振动动态模型判断 出机舱和叶片的预计的最优风能捕获角度，此时通过机舱驱动模块和叶片驱动 模块分别控制机舱和叶片转动至预计角度，叶片驱动模块驱动叶片继续转动一 周，判断实际最优风能捕获角度，并将叶片转动至相对应的角度，此时即使得 风电机组在正常振动范围内可捕获较多的风能，从而提高了风电机组风能捕获 利用率较高的目的。本发明同时还通过设置叶片驱动模块，当叶片震动较大时， 通过叶片驱动模块驱动叶片转动改变风流与叶片表面的接触面，从而可以减小 叶片的振动，直至叶片的振动降低至正常范围内，此时叶片仍然可以转动并捕 获风能，相比于直接制止叶片转动，有效提高了风电机组风能的捕获利用率。
进一步地，由于风力发电机组的叶片为不规则长条状，当风向与叶片垂直 时，则捕获风能利用率最高。
本发明公开了一种风电机组控制系统，系统构建简单，能够显著提高风电 机组的风能捕获率和利用率，提高风电机组的效率。
附图说明
图1为本发明的风电机组控制方法的流程图；
图2为本发明的风电机组控制系统的组成原理图。
图中：1、风向传感器；2、振动传感器；3、转速传感器；4、功率传感器； 5、机舱驱动模块；6、叶片驱动模块；7、机舱角度传感器；8、叶片角度传感 器；9、数据存储装置；10、逻辑判断模块；11、功率动态建模模块；12、振 动动态建模模块；13、单片机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发 明的解释而不是限定。
如图1所示，本发明的风电机组控制方法，包括以下步骤：
S1：实时采集风电机组位置的风向、风电机组的振动、风电机组的转速以 及风电机组的功率；
S2：驱动机舱转动，且机舱转动每转动至目标角度时，驱动叶片转动一周；
S3：基于步骤S1采集的数据和步骤S2机舱和叶片转动的角度构件功率动 态模型以及振动动态模型，并将功率动态模型以及振动动态模型录入数据库；
S4：基于步骤S3中的功率动态模型以及振动动态模型，判断预计最优风 能捕获角度；
S5：基于步骤S4中的最优风能捕获角度相对应的机舱角度和叶片角度， 分别驱动机舱和叶片转动至相对应的角度；
S6：基于步骤S5中机舱和叶片的转动角度，将叶片继续转动一周，同时 采集风电机组的振动和风电机组的功率信息判断实际最优风能捕获角度，并将 叶片转动至相对应的角度。
步骤S4最优风能捕获角度的状态为风电机组的振动频率和强度位于正常 范围内，且功率相对应正常振动频率为最大功率状态。
步骤S4最优风能捕获角度的状态为风电机组的叶片与风向垂直设置。
机舱的转动为无级转动，叶片的转动为步进转动，且转动角度为15°。
请参阅图2，本发明还提供一种风电机组控制系统，包括风向传感器1、 振动传感器2、转速传感器3、功率传感器4、机舱驱动模块5、叶片驱动模块 6、机舱角度传感器7、叶片角度传感器8、数据库9、逻辑判断模块10、功率 动态建模模块11、振动动态建模模块12和单片机13，风向传感器1、振动传 感器2、转速传感器3和功率传感器4的输入端均分别与单片机13的输入端连 接，机舱驱动模块5和叶片驱动模块6的输入端与单片机13的输出端连接，单片机13的连接端与数据存储装置9的连接端双向连接，逻辑判断模块10、 功率动态建模模块11和振动动态建模模块12的连接端均分别与单片机13的 连接端双向连接。
机舱驱动模块5的输出端与机舱角度传感器7的输入端连接，且机舱角度 传感器7的输出端与单片机13的输入端连接，叶片驱动模块6的输出端与叶 片角度传感器8的输入端连接，且叶片角度传感器8的输出端与单片机13的 输入端连接。
风向传感器1用于检测风电机组位置的风向，振动传感器2用于检测风电 机组振动的频率和强度，转速传感器3用于检测风机机组转动转动的转速，功 率传感器4用于检测风电机组的实时功率，机舱驱动模块5用于驱动机舱转动， 叶片驱动模块6用于驱动叶片转动。
功率动态建模模块11用于将风力发电机组的实时功率与机舱的角度和叶 片的角度相结合并建立数据模型，振动动态建模模块12用于将风力发电机组 的实时振动频率和强度与机舱的角度和叶片的角度相结合并建立数据模型，通 过设置叶片驱动模块6，由于风力发电机组的叶片为不规则长条状，当风向与 叶片垂直时，则捕获风能利用率最高，此时风流与叶片表面的接触面接最大， 同时风流较大时也会对叶片产生较大的震动，当叶片震动较大时，通过叶片驱 动模块6驱动叶片转动改变风流与叶片表面的接触面，从而可以减小叶片的振 动，直至叶片的振动降低至正常范围内，此时叶片仍然可以转动并捕获风能， 相比于直接制止叶片转动，该装置有效的提高了风电机组风能的捕获利用率。
工作原理：在使用时，该发明通过将风向传感器1、振动传感器2、转速 传感器3和功率传感器4采集到的信息传递至单片机13处，并使得单片机13 通过功率动态建模模块11和振动动态建模模块12，将风力发电机组的实时功 率与机舱的角度和叶片的角度相结合并建立数据模型，以及风力发电机组的实 时振动频率和强度与机舱的角度和叶片的角度相结合并建立数据模型，并通过 逻辑判断模块10判断出机舱和叶片的预计的最优风能捕获角度，此时通过单 片机13配合机舱驱动模块5和叶片驱动模块6分别控制机舱和叶片转动，并 使得机舱和叶片转动至预计的最优风能捕获角度，此时叶片驱动模块6驱动叶 片继续转动一周，同时通过振动传感器2和功率传感器4采集风电机组的振动 和风电机组的功率信息配合逻辑判断模块10判断实际最优风能捕获角度，并 将叶片转动至相对应的角度，此时即使得风电机组在正常振动范围内可捕获较 多的风能，从而提高了风电机组风能捕获利用率较高的目的。
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描 述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明 的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种风电机组控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：实时采集风电机组所处位置的风向、振动、转速和功率数据；
S2：驱动机舱进行转动，机舱每转动预设角度时，驱动叶片转动一周；
S3：根据步骤S1采集的数据以及步骤S2机舱和叶片转动的角度，构建功率动态模型和振动动态模型并录入数据库；
S4：根据步骤S3得到的功率动态模型以及振动动态模型，判断预计最优风能捕获角度；
S5：根据步骤S4得到的最优风能捕获角度相对应的机舱角度和叶片角度，分别驱动机舱和叶片转动至相对应的角度；
S6：将叶片继续转动一周，同时采集风电机组的振动和功率信息，判断实际最优风能捕获角度，并将叶片转动至相对应的角度。
2.根据权利要求1所述的风电机组控制方法，其特征在于，步骤S4中，最优风能捕获角度的状态为风电机组的振动频率和强度处在正常范围内，且功率相对应正常振动频率为最大功率状态。
3.根据权利要求1所述的风电机组控制方法，其特征在于，步骤S4中，最优风能捕获角度的状态为叶片与风向垂直。
4.根据权利要求1所述的风电机组控制方法，其特征在于，机舱的转动为无极变速转动。
5.根据权利要求1所述的风电机组控制方法，其特征在于，叶片的转动为步进转动。
6.根据权利要求1所述的风电机组控制方法，其特征在于，步骤S2中，预设角度为15°。
7.一种风电机组控制系统，其特征在于，包括风向传感器(1)、振动传感器(2)、转速传感器(3)、功率传感器(4)、机舱驱动模块(5)、叶片驱动模块(6)、机舱角度传感器(7)、叶片角度传感器(8)、数据存储装置(9)、逻辑判断模块(10)、功率动态建模模块(11)、振动动态建模模块(12)和单片机(13)，风向传感器(1)、振动传感器(2)、转速传感器(3)和功率传感器(4)的输入端均分别与单片机(13)的输入端连接，机舱驱动模块(5)和叶片驱动模块(6)的输入端与单片机(13)的输出端连接，单片机(13)的连接端与数据库(9)的连接端双向连接，逻辑判断模块(10)、功率动态建模模块(11)和振动动态建模模块(12)的连接端均分别与单片机(13)的连接端双向连接；机舱驱动模块(5)的输出端与机舱角度传感器(7)的输入端连接，且机舱角度传感器(7)的输出端与单片机(13)的输入端连接，叶片驱动模块(6)的输出端与叶片角度传感器(8)的输入端连接，且叶片角度传感器(8)的输出端与单片机(13)的输入端连接；
功率动态建模模块(11)用于将风力发电机组的实时功率与机舱的角度和叶片的角度相结合并建立功率动态模型，振动动态建模模块(12)用于将风力发电机组的实时振动频率和强度与机舱的角度和叶片的角度相结合并建立振动动态模型；逻辑判断模块(10)用于根据功率动态模型以及振动动态模型，判断预计最优风能捕获角度。
8.根据权利要求7所述的风电机组控制系统，其特征在于，机舱驱动模块(5)包括无极变速电机。
9.根据权利要求7所述的风电机组控制系统，其特征在于，叶片驱动模块(6)包括步进电机。
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