CN112922778B - 一种风电机组偏航优化方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组偏航优化方法及系统，属于风电机组技术领域，充分考虑到机组偏航过程中易出现，但往往被忽视的两种情况，根据不同的情况，制定符合机组运行特征的控制策略；实时监测偏航过程中的偏航刹车压力，并反馈给主控，及时启动偏航中的各驱动部件；本方法无需额外安装传感器，借助机组自带的监测设备即可达到想要的效果；处理方法计算量小，减少了主控模块的运算负担。本发明方法能够提高机组在偏航过程中的稳定性，减轻偏航过程中的故障对机组的损伤，同时避免了停机导致的发电量损失。本发明方法经济性好，实用性强，可以大大减轻风电机组偏航时段造成的损伤。

Description

一种风电机组偏航优化方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明属于风电机组技术领域，涉及一种风电机组偏航优化方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

作为使用最为广泛和发展最快的可再生能源之一，为了降低度电成本，满足平价上网的要求，风力发电近几年在朝着机组大型化的方向发展，大容量、长叶片和高塔筒成为显著的特征。相应的，机组的载荷、受力等也发生了较大变化，在湍流、风切变、受力不平衡等情况的影响下，易引发停机故障，造成发电量损失。

风电机组在偏航对风过程中，易受到外界载荷突变(例如风湍流变大、风向突变等)的影响，产生较大的振动冲击，从而造成机组报故障停机，严重的甚至损坏偏航电机。这种情况下，一方面具有安全隐患，增加了机组的维护成本，另一方面造成了发电量损失，严重影响了风力发电机组的安全性和经济性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中，风电机组偏航对风过程容易造成安全隐患和发电量损失的缺点，提供一种风电机组偏航优化方法、系统、设备及存储介质。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种风电机组偏航优化方法，包括如下步骤：

步骤1)获取风电机组的实时偏航刹车压力，当获取的偏航刹车压力达到预设的半泄压力时，风电机组进行偏航；

步骤2)获取风电机组实时的风速和发电机转速，根据风速和发电机转速波动情况调整风电机组偏航时的桨距角，使风电机组平稳偏航，直至偏航结束。

优选地，步骤2)的具体过程为：

设定监测周期，当发出偏航指令时，获取监测周期内的平均风速WS_m和转速波动率SF，

当WS_m≤5m/s，风电机组继续正常偏航；

当5m/s＜WS_m≤7m/s，且SF≥0.15，机组桨距角收5°，降低转矩；否则，机组继续正常偏航；

当7m/s＜WS_m≤9m/s，且SF≥0.1，机组桨距角收10～15°，降低转矩；否则，机组继续正常偏航；

当WS_m>9m/s，且SF≥0.05，机组桨距角收15～30°，降低转矩；否则，机组继续正常偏航。

优选地，所述转速波动率SF通过式

式(1)中，SF为转速波动率；GS_i为第i时刻发电机的转速。

优选地，所述监测周期为2～3min。

优选地，所述的平均风速为偏航前的平均风速。

一种风电机组偏航优化系统，包括：

偏航刹车压力监测模块，用于获取偏航时的刹车压力；

偏航软启模块，用于驱动风电机组偏航；

风速监测模块，用于获取风电机组的实时风速；

发电机转速监测模块，用于获取发电机组的实时转速；

主控模块，分别与偏航刹车压力监测模块和偏航软启模块相交互；当偏航刹车压力由全刹压力降至半泄压力时，主控模块向偏航软启模块发出指令，启动偏航软启模块开始工作，驱动风电机组开始偏航。

优选地，风电机组偏航优化系统还包括与主控模块电连接的数据处理模块，数据处理模块分别与风速监测模块和发电机转速监测模块相交互，用于获取平均风速和发电机组的转速波动率。

优选地，风电机组偏航优化系统还包括与主控模块电连接的变桨模块，用于接收主控模块发出的变桨指令，调整机组的桨距角和转矩。

进一步优选地，所述变桨模块包括调整转矩的变流器。

一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述风电机组偏航优化方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述风电机组偏航优化方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种优化风电机组偏航优化方法，充分考虑到机组偏航过程中易出现但往往被忽视的两种情况，一种情况是偏航过程中，仅监测偏航刹车压力的大小，不以其大小值作为判断依据，仅仅靠设置时间长短来启动偏航电机；另一种是机组偏航过程中，风速风向突然发生较大变化，由于机组偏航过程中没有采取相应降载措施，使得机舱位置异常动作，引发机组报故障停机，严重的甚至损坏偏航电机。本发明能够根据不同的情况，制定符合机组运行特征的控制策略；实时监测偏航过程中的偏航刹车压力，并反馈给主控，及时启动偏航中的各驱动部件；本方法无需额外安装传感器，借助机组自带的监测设备即可达到想要的效果；处理方法计算量小，减少了主控模块的运算负担。本发明方法能够提高机组在偏航过程中的稳定性，减轻偏航过程中的故障对机组的损伤，同时避免了停机导致的发电量损失。本发明方法经济性好，实用性强，可以大大减轻风电机组偏航时段造成的损伤。

进一步地，风速仅作为区间的划分，不作为指标计算的参数，减少风速获取方法不准确的影响，采用发电机转速这个比较准确的数据，计算转速波动率，进而判断偏航前几分钟的风速风向波动情况，准确可靠。

本发明还公开了一种风电机组偏航优化系统，通过利用机组本身的相关传感器，对偏航刹车压力、风速和发电机转速的进行巧妙合理的利用，一方面大大减少甚至避免了偏航泄压完成后至偏航驱动电机的空白时间，使机组迅速进入实质偏航状态，另一方面，通过计算发电机转速波动率，配合风速的情况，判断机组偏航时段的风速风向变化情况，划分运行状态，使机组进行相应的偏航降载策略，达到减少载荷过大对机组产生损伤的目的。

附图说明

图1为本发明一种优化风电机组偏航过程的方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种优化风电机组偏航过程的方法及系统，主要针对两种情况，一种情况是偏航过程中，仅监测偏航刹车压力的大小，不以其大小值作为判断依据，仅仅靠设置时间长短来启动偏航电机；另一种是机组偏航过程中，风速风向突然发生较大变化，由于机组偏航过程中没有采取相应降载措施，使得机舱位置异常动作，引发机组报故障停机，严重的甚至损坏偏航电机。避免这两种情况对机组产生的损伤。本发明通过实时采集机组的风速、风向、发电机转速和偏航刹车压力，进而调整控制机组偏航过程中的相关参数，使机组平稳的进行偏航。

实施例1

一种风电机组偏航优化方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤1)获取风电机组的实时偏航刹车压力，当获取的偏航刹车压力达到预设的半泄压力时，风电机组进行偏航；

步骤2)获取风电机组实时的风速、风向和发电机转速，根据风速和发电机转速调整风电机组偏航时的桨距角，直至风电机组平稳偏航。

步骤2)的具体过程为：

本实施例中包括数据处理模块、主控模块、变桨单元和变流器。

当主控模块对机组发出偏航指令时，计算得到前2分钟周期内的WS_m和SF，根据WS_m和SF的数值，对机组做出相应的控制策略。

设定监测周期，当发出偏航指令时，获取监测周期内的平均风速WS_m和转速波动率SF，则

状态1：若WS_m≤5m/s，此时，不考虑SF的结果，机组继续正常偏航；

状态2：若5m/s＜WS_m≤7m/s，且SF≥0.15，主控模块向变桨模块发出变桨指令，机组桨距角收5°(该角度可根据具体机型设置，此处为经验值，以下不再赘述)，同时，不能让机组脱网，向变流器发出指令，降低转矩(转矩降低值可根据具体机型及工况条件设置，以下不再赘述)；否则，机组继续正常偏航；

状态3：若7m/s＜WS_m≤9m/s，且SF≥0.1，主控模块向变桨模块发出变桨指令，机组桨距角收10°～15°，同时，不能让机组脱网，向变流器发出指令，降低转矩；否则，机组继续正常偏航；

状态4：若WS_m>9m/s，且SF≥0.05，主控模块向变桨模块发出变桨指令，机组桨距角收15°～30°，同时，不能让机组脱网，向变流器发出指令，降低转矩；否则，机组继续正常偏航。待机组偏航完成后，机组恢复正常运行。

转速波动率SF通过式

式(1)中，SF为转速波动率；GS_i为第i时刻发电机的转速。

实施例2

一种风电机组偏航优化系统，包括：

偏航刹车压力监测模块，用于获取偏航时的刹车压力；

偏航软启模块，用于驱动风电机组偏航；

风速监测模块，用于获取风电机组的实时风速；

发电机转速监测模块，用于获取实时的发电机组的转速；

数据处理模块，用于获取平均风速和发电机组的转速波动率；

主控模块，当偏航刹车压力由全刹压力降至半泄压力时，主控模块向偏航软启模块发出指令，偏航软启启动，驱动风电机组偏航。

实施例3

当机组收到偏航指令的时候，本发明系统开始进入工作状态：

第一，实时监测机组的偏航刹车压力，当偏航刹车压力达到设置的半泄压力P_0.5时，向机组主控发出指令，启动偏航软启，偏航电机开始工作，驱动机组进行偏航，该方法大大减少了偏航压力由全压到达P_0.5后，等待偏航软启启动的时间，防止此时发生风速和风向的突变对机组的产生冲击损伤，因为这段时间机组仅仅靠P_0.5的压力和偏航电机固定住，力量完全不够；

第二，实时监测风速和发电机转速，根据风速段和发电机转速波动情况调整偏航时的桨距角，让机组桨距角收一定的角度，降低所受载荷，使偏航过程平稳进行，防止出现机组偏航过程中，风速风向突然发生较大变化导致停机的情况。

通过上述方法，进而对机组控制策略进行优化，使机组能够在偏航过程中平稳运行，避免因风速风向突变对机组造成的损伤。

实施例4

本实施例中包括偏航刹车压力监测模块、机组主控模块、偏航软启和偏航驱动电机；

当机组收到主控模块发来的偏航指令时，偏航刹车压力监测模块实时监测偏航刹车压力，当压力由全刹压力P₀降至半泄压力P_0.5，主控模块向偏航软启发出启动的指令，偏航软启启动，随后偏航驱动电机动作，驱动机组偏航；

该过程实时监测偏航刹车压力，能够大大减少机组偏航刹车降至P_0.5后，预设时间太长导致的整个机舱锁紧力不足的情况。因为正常情况下，风电机组的机舱是靠偏航刹车压力P₀和偏航电机的共同作用固定的，当偏航时，偏航刹车压力降至P_0.5，等于整个机舱的锁紧力降低了，若此时风速风向发生大的波动，会使机舱发生异常转动，产生振动冲击报故障，严重的情况会损坏偏航电机。

实施例5

本实施例中包括风速监测模块、发电机转速监测及处理模块和主控模块。

风速监测模块以2分钟(考虑到正常情况下，机组的偏航过程就几分钟，要分析离偏航时段最接近的风速情况，所以该时间不宜过长，2～3分钟为宜)为一组，计算该2分钟内的平均风速WS_m，当主控下达偏航指令时，分析上一个2分钟周期内的WS_m，也就是说，本发明中，只需记录2个周期的风速数据量就可以达到预期效果，占主控模块的内存小，对得到的WS_m，与发电机转速监测及处理模块一起进行判断分析。2个周期的平均风速，即现在要偏航的时刻并不一定正好卡在2分钟计算周期结束的时候，2个周期的风速能确保机组肯定能收到一个判断当前状态的平均风速的值。

发电机转速监测与处理模块，目的是监测偏航前2分钟(与风速监测的情况设置一致)内机组的转速波动情况，根据转速波动的大小即可判断该段时间风速风向的波动情况，进而调整机组在偏航过程中的控制策略，通过调整桨距角的大小，减小机组的迎风面积，降低载荷，减轻风速风向变化大对机组偏航过程中的损伤。有人通过计算偏航前时间T内风速的湍流情况来调整控制策略，该方法的问题在于机舱风速仪本身受叶片扰流影响，会使风速变化较大，导致测的结果不准确，而本专利通过监测发电机转速的波动来评价风速风向的变化情况，更加准确合理。

机组2分钟内的转速波动计算如下：

按采样频率1Hz的秒级数据计算波动情况，2分钟可采集120个点,

其中，SF—2分钟内的转速波动率；GS_i—某时刻发电机的转速。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图中的每一流程。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图多个流程中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图多个流程中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图多个流程和中指定的功能的步骤。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风电机组偏航优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)获取风电机组的实时偏航刹车压力，当获取的偏航刹车压力达到预设的半泄压力时，风电机组进行偏航；

步骤2)获取风电机组实时的风速和发电机转速，根据风速和发电机转速波动情况调整风电机组偏航时的桨距角，使风电机组平稳偏航，直至偏航结束；

步骤2)的具体过程为：

设定监测周期，当发出偏航指令时，获取监测周期内的平均风速WS_m和转速波动率SF，

当WS_m≤5m/s，风电机组继续正常偏航；

当5m/s＜WS_m≤7m/s，且SF≥0.15，机组桨距角收5°，降低转矩；否则，机组继续正常偏航；

当7m/s＜WS_m≤9m/s，且SF≥0.1，机组桨距角收10～15°，降低转矩；否则，机组继续正常偏航；

当WS_m>9m/s，且SF≥0.05，机组桨距角收15～30°，降低转矩；否则，机组继续正常偏航。

2.根据权利要求1所述的风电机组偏航优化方法，其特征在于，所述转速波动率SF的计算过程如下

式(1)中，SF为转速波动率；GS_i为第i时刻发电机的转速。

3.根据权利要求1所述的风电机组偏航优化方法，其特征在于，所述监测周期为2～3min。

4.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述风电机组偏航优化方法的步骤。

5.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述风电机组偏航优化方法的步骤。

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