CN113357082B - 一种风电机组保护方法 - Google Patents

一种风电机组保护方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113357082B
CN113357082B CN202110736187.1A CN202110736187A CN113357082B CN 113357082 B CN113357082 B CN 113357082B CN 202110736187 A CN202110736187 A CN 202110736187A CN 113357082 B CN113357082 B CN 113357082B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind
vertical
shearing
wind speed
beam surface
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.)
Active
Application number
CN202110736187.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113357082A (zh
Inventor
张建军
孙勇
牛凤国
杨劲
夏彦喆
崔长海
李月成
李学孔
李帅
王雪璐
梁思超
李东辉
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.)
Guangxi Clean Energy Branch Of Huaneng International Power Co ltd
Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd
Zhejiang Windey Co Ltd
Original Assignee
Guangxi Clean Energy Branch Of Huaneng International Power Co ltd
Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd
Zhejiang Windey 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 Guangxi Clean Energy Branch Of Huaneng International Power Co ltd, Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd, Zhejiang Windey Co Ltd filed Critical Guangxi Clean Energy Branch Of Huaneng International Power Co ltd
Priority to CN202110736187.1A priority Critical patent/CN113357082B/zh
Publication of CN113357082A publication Critical patent/CN113357082A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113357082B publication Critical patent/CN113357082B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • F03D7/0264—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for stopping; controlling in emergency situations
    • F03D7/0268—Parking or storm protection
    • 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
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • 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
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • 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
    • 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
    • F05B2270/33—Proximity of blade to tower
    • 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
    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/804—Optical devices
    • F05B2270/8042—Lidar systems
    • 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
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明主要是为了解决强负向风剪切风况下，桨叶由于净空不足容易扫塔的问题，公开了一种风电机组保护方法，通过机载式激光测风雷达实时监测竖直风剪切，在强负向风剪切风况下，风电机组根据评估得到的竖直风剪切采取保护动作，具体步骤包括：通过雷达获取原始径向风速，根据原始径向风速获得光束面风速，根据光束面风速和光束面竖直高度获得实时竖直风剪切，将竖直风剪切与第一竖直风剪切阈值和第二竖直风剪切阈值对比，当竖直风剪切大于第二竖直风剪切阈值时，风电机组停止工作，避免由于桨叶净空不足造成扫塔事故，对风电机组起到保护作用。

Description

一种风电机组保护方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组保护方法。
背景技术
随着煤炭、石油等能源的逐渐枯竭，人类越来越重视可再生能源的利用，风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到世界各国的重视。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合。风力发电是指利用风力发电机组把风的动能转换为电能。随着我国能源转型和风力发电技术的高速发展，低风速高湍流等复杂风场的开发正在快速进行，为了提高风场经济性，大量长桨叶机组被应用于此类风场。然而与普通风场相比，复杂风场更容易出现负向风剪切风况，具体特点是随着竖直高度的增加，风速呈现逐渐减小的趋势。较强的负向风剪切不仅显著增大风轮面的不平衡载荷，增加主轴和齿轮箱的等效疲劳载荷，而且更容易造成因净空不足桨叶扫塔的情况，严重危害整机安全。
发明内容
本发明主要是为了解决强负向风剪切风况下，桨叶由于净空不足容易扫塔的问题，提供了一种风电机组保护方法，通过机载式激光测风雷达实时监测竖直风剪切，在强负向风剪切风况下，风电机组根据评估得到的竖直风剪切采取保护动作，避免由于桨叶净空不足造成扫塔事故。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种风电机组保护方法，包括以下步骤：步骤S1)在风力发电机机舱顶上安装机载式激光测风雷达；步骤S2)设置竖直风剪切的监测周期、第一竖直风剪切阈值、第二竖直风剪切阈值和次数预设值，所述第一竖直风剪切阈值小于所述第二竖直风剪切阈值；步骤S3)通过机载式激光测风雷达获取原始径向风速；步骤S4)根据原始径向风速获得光束面风速；步骤S5)根据光束面风速和光束面竖直高度获得实时竖直风剪切；步骤S6)在一个竖直风剪切的监测周期内，判断步骤S5获得的竖直风剪切是否小于第一竖直风剪切阈值，若是，返回步骤S3；若否，执行步骤S7；步骤S7)在所述竖直风剪切的监测周期内，判断步骤S5获得的竖直风剪切是否小于第二竖直风剪切阈值，若是，执行步骤S8；若否，风电机组执行停机指令；步骤S8)在所述竖直风剪切的监测周期内，判断步骤S5获得的竖直风剪切满足大于第一竖直风剪切阈值且小于第二竖直风剪切阈值的次数是否大于次数预设值，若否，返回步骤S3；若是，执行步骤S9；步骤S9)在原有最优桨距角的基础上实时叠加补偿预设值，直至在下一个监测周期内步骤S5获得的竖直风剪切始终小于第一竖直风剪切阈值，然后返回执行步骤S3。首先在风力发电机机舱顶上安装机载式激光测风雷达；然后在风电机组的监测系统内设置竖直风剪切监测周期、第一竖直风剪切阈值、第二竖直风剪切阈值和次数预设值，所述第一竖直风剪切阈值小于所述第二竖直风剪切阈值；机载式激光测风雷达包括但不限于机载式连续波激光测风雷达、机载式脉冲波激光测风雷达，雷达交替发射四条光束，然后获得各光束在某一测量距离上的实时原始径向风速，测量距离包括但不限于一个或多个，四条光束包括第一光束、第二光束、第三光束和第四光束，第一光束与第二光束组成上光束面，第三光束与第四光束组成下光束面，原始径向风速包括第一光束测得的第一径向风速、第二光束测得的第二径向风速、第三光束测得的第三径向风速，以及第四光束测得的第四径向风速；接着根据实时原始径向风速获得实时光束面风速，即根据第一径向风速和第二径向风速获得上光束面风速，根据第三径向风速和第四径向风速获得下光束面风速；再根据实时光束面风速和光束面竖直高度获得实时竖直风剪切，即根据上光束面风速、下光束面风速、上光束面竖直高度、下光束面竖直高度获得实时竖直风剪切；最后，在某一个监测周期内，将获得的实时竖直风剪切的绝对值与第一竖直风剪切阈值和第二竖直风剪切阈值对比，若实时竖直风剪切的绝对值小于第一竖直风剪切阈值，则风电机组照常工作，不执行额外控制指令，且重新评估实时竖直风剪切；若实时竖直风剪切的绝对值大于第一竖直风剪切阈值且小于第二竖直风剪切阈值，则判断在此监测周期内，实时竖直风剪切绝对值满足大于第一竖直风剪切阈值且小于第二竖直风剪切阈值的次数是否大于次数预设值，若否，则风电机组照常工作，不执行额外控制指令，且重新评估实时竖直风剪切；若是，则风电机组在原有最优桨距角的基础上实时叠加补偿预设值，直至在下一个监测周期内，获得的实时竖直风剪切绝对值始终小于第一竖直风剪切阈值，然后停止叠加，风电机组重新评估实时竖直风剪切；若实时竖直风剪切绝对值大于第二竖直风剪切阈值，则风电机组停止工作。本发明通过机载式激光测风雷达实时监测竖直风剪切，在强负向风剪切风况下，风电机组根据评估得到的竖直风剪切采取保护动作，避免由于桨叶净空不足造成扫塔事故，起到一定的保护作用，延长了风电机组的使用寿命。同时，本发明无需额外安装净空监测雷达，使用设备少，步骤简单，实时性高。
作为优选，步骤S3中，所述机载式激光测风雷达交替发射四条光束，所述四条光束包括第一光束、第二光束、第三光束和第四光束，所述第一光束与第二光束组成上光束面，所述第三光束与第四光束组成下光束面。本发明通过机载式激光测风雷达交替发射四条光束，实时监测竖直风剪切，风电机组根据获得的竖直风剪切采取保护措施，避免强负向风剪切风况下，桨叶由于净空不足扫塔，对风电机组起到一定的保护作用。其中，雷达交替发射的四条光束呈对称分布，四条光束与中心轴线的夹角均相等，第一光束、第二光束位于上方，组成上光束面；第三光束、第四光束位于下方，组成下光束面。
作为优选，步骤S3中，所述原始径向风速包括第一光束测得的第一径向风速、第二光束测得的第二径向风速、第三光束测得的第三径向风速，以及第四光束测得的第四径向风速。本发明采用机载式激光测风雷达测得各光束在某一测量距离上的原始径向风速，由于雷达交替发射四条光束，对应测得四个原始径向风速，包括第一光束测得的第一径向风速、第二光束测得的第二径向风速、第三光束测得的第三径向风速，以及第四光束测得的第四径向风速，为后续获得实时竖直风剪切做准备。
作为优选，步骤S4中，所述光束面风速包括上光束面风速和下光束面风速。雷达交替发射的四条光束中，第一光束、第二光束组成上光束面；第三光束、第四光束组成下光束面，所以步骤S4中的光束面风速包括由第一径向风速和第二径向风速获得的上光束面风速、以及由第三径向风速和第四径向风速获得的下光束面风速。
作为优选，获得上光束面风速的公式为：
其中，Vupper表示上光束面风速，Vlos，1表示第一径向风速，Vlos，2表示第二径向风速，θ表示各光束与中心轴线的夹角。本发明中，雷达交替发射的四条光束呈对称分布，四条光束与中心轴线的夹角均相等，根据第一径向风速、第二径向风速和光束与中心轴线的夹角计算得到上光束面风速。
作为优选，获得下光束面风速的公式为：
其中，Vlower表示下光束面风速，Vlos，3表示第三径向风速，Vlos，4表示第四径向风速，θ表示光束与中心轴线的夹角。本发明中，雷达交替发射的四条光束呈对称分布，四条光束与中心轴线的夹角均相等，根据第三径向风速、第四径向风速和光束与中心轴线的夹角计算得到下光束面风速。
作为优选，获得上光束面竖直高度的公式为：
Hupper＝Hhub+Hlidar+Dtanβ1
其中，Hupper表示上光束面竖直高度，Hhub表示轮毂中央高度，Hlidar表示雷达安装高度，D表示光束测量距离，β1表示上光束面相对水平面的夹角。本发明通过轮毂中央高度、雷达安装高度、光束测量距离、上光束面相对水平面的夹角计算得到上光束面竖直高度，为后续获得竖直风剪切做准备，其中，雷达安装高度是指雷达光源相对轮毂中央的高度距离。
作为优选，获得下光束面竖直高度的公式为：
Hlower＝Hhub+Hlidar-Dtanβ2
其中，Hlower表示下光束面竖直高度，Hhub表示轮毂中央高度，Hlidar表示雷达安装高度，D表示光束测量距离，β2表示下光束面相对水平面的夹角。本发明通过轮毂中央高度、雷达安装高度、光束测量距离、下光束面相对水平面的夹角计算得到下光束面竖直高度，为后续获得竖直风剪切做准备，其中，雷达安装高度是指雷达光源相对轮毂中央的高度距离。
作为优选，获得竖直风剪切的公式为：
其中，VShear表示竖直风剪切，Vupper表示上光束面风速，Vlower表示下光束面风速，Hupper表示上光束面竖直高度，Hlower表示下光束面竖直高度。获得上光束面风速、下光束面风速后，再结合上光束面竖直高度和下光束面竖直高度，计算得到实时竖直风剪切，为后续风电机组是否采取保护措施提供判断依据。
作为优选，步骤S6-S9中，用于与第一竖直风剪切阈值和第二竖直风剪切阈值对比的竖直风剪切是步骤S5中获得的实时竖直风剪切的绝对值。本发明是基于强负向风剪切风况下，对风电机组的一种保护方法，步骤S5获得的实时竖直风剪切为负值，后续步骤S6-S9中，用于与第一竖直风剪切阈值和第二竖直风剪切阈值对比的竖直风剪切是此负向竖直风剪切的绝对值。
因此，本发明的优点是：
(1)在强负向风剪切风况下，风电机组根据实时评估得到的竖直风剪切采取保护措施，避免由于桨叶净空不足造成扫塔事故，对风电机组起到保护作用；
(2)无需额外安装净空监测雷达，使用设备少，成本低，步骤简单，实时性高。
附图说明
图1是本发明实施例的位置关系示意图。
图2是本发明实施例中雷达发射光束的示意图。
图3是本发明的结构示意图。
1、第一光束 2、第二光束 3、第三光束 4、第四光束 5、雷达 6、轮毂。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1-3所示，一种风电机组保护方法，包括以下步骤：步骤S1)在风力发电机机舱顶上安装机载式激光测风雷达5；步骤S2)设置竖直风剪切的监测周期T、第一竖直风剪切阈值VShear1、第二竖直风剪切阈值VShear2和次数预设值N，第一竖直风剪切阈值VShear1小于第二竖直风剪切阈值VShear2；步骤S3)通过机载式激光测风雷达5获取原始径向风速；步骤S4)根据原始径向风速获得光束面风速；步骤S5)根据光束面风速和光束面竖直高度获得实时竖直风剪切VShear；步骤S6)在一个竖直风剪切的监测周期T内，判断步骤S5获得的竖直风剪切是否小于第一竖直风剪切阈值VShear1，若是，返回步骤S3；若否，执行步骤S7；步骤S7)在竖直风剪切的监测周期T内，判断步骤S5获得的竖直风剪切是否小于第二竖直风剪切阈值VShear2，若是，执行步骤S8；若否，风电机组执行停机指令；步骤S8)在竖直风剪切的监测周期T内，判断步骤S5获得的竖直风剪切满足大于第一竖直风剪切阈值VShear1且小于第二竖直风剪切阈值VShear2的次数是否大于次数预设值N，若否，返回步骤S3；若是，执行步骤S9；步骤S9)在原有最优桨距角的基础上实时叠加补偿预设值，直至在下一个监测周期T内步骤S5获得的竖直风剪切始终小于第一竖直风剪切阈值VShear1，然后返回执行步骤S3。首先在风力发电机机舱顶上安装机载式激光测风雷达5；然后在风电机组的监测系统内设置竖直风剪切监测周期T、第一竖直风剪切阈值VShear1、第二竖直风剪切阈值VShear2和次数预设值N，第一竖直风剪切阈值VShear1小于第二竖直风剪切阈值VShear2；机载式激光测风雷达5包括但不限于机载式连续波激光测风雷达、机载式脉冲波激光测风雷达，雷达5交替发射四条光束，然后获得各光束在某一测量距离D上的实时原始径向风速，测量距离D包括但不限于一个或多个，四条光束包括第一光束1、第二光束2、第三光束3和第四光束4，第一光束1与第二光束2组成上光束面，第三光束3与第四光束4组成下光束面，原始径向风速包括第一光束1测得的第一径向风速Vlos，1、第二光束2测得的第二径向风速Vlos，2、第三光束3测得的第三径向风速Vlos，3，以及第四光束4测得的第四径向风速Vlos，4；接着根据实时原始径向风速获得实时光束面风速，即根据第一径向风速Vlos，1和第二径向风速Vlos，2获得上光束面风速Vupper，根据第三径向风速Vlos，3和第四径向风速Vlos，4获得下光束面风速Vlower；再根据实时光束面风速和光束面竖直高度获得实时竖直风剪切VShear，即根据上光束面风速Vupper、下光束面风速Vlower、上光束面竖直高度Hupper、下光束面竖直高度Hlower获得实时竖直风剪切VShear；最后，在某一个监测周期T内，将获得的实时竖直风剪切的绝对值|VShear|与第一竖直风剪切阈值VShear1和第二竖直风剪切阈值VShear2对比，若|VShear|＜VShear1，则风电机组照常工作，不执行额外控制指令，且重新评估实时竖直风剪切VShear；若VShear1＜|VShear|＜VShear2，则判断在此监测周期T内，实时竖直风剪切绝对值|VShear|满足VShear1＜|VShear|＜VShear2的次数是否大于次数预设值N，若否，则风电机组照常工作，不执行额外控制指令，且重新评估实时竖直风剪切VSear；若是，则风电机组在原有最优桨距角的基础上实时叠加补偿预设值，直至在下一个监测周期T内，获得的实时竖直风剪切绝对值|VShear|始终小于第一竖直风剪切阈值VShear1，然后停止叠加，风电机组重新评估实时竖直风剪切VShear；若|VShear|＞VShear2，则风电机组停止工作。本发明通过机载式激光测风雷达5实时监测竖直风剪切VShear，在强负向风剪切风况下，风电机组根据评估得到的竖直风剪切VShear采取保护动作，避免由于桨叶净空不足造成扫塔事故。
如图2所示，步骤S3中，机载式激光测风雷达5交替发射四条光束，四条光束包括第一光束1、第二光束2、第三光束3和第四光束4，第一光束1与第二光束2组成上光束面，第三光束3与第四光束4组成下光束面。本发明通过机载式激光测风雷达5交替发射四条光束，实时监测竖直风剪切VShear，风电机组根据获得的竖直风剪切VShear采取保护措施，避免强负向风剪切风况下，桨叶由于净空不足扫塔，对风电机组起到一定的保护作用。其中，雷达5交替发射的四条光束呈对称分布，四条光束与中心轴线的夹角均相等，第一光束1、第二光束2位于上方，组成上光束面；第三光束3、第四光束4位于下方，组成下光束面。
如图2所示，步骤S3中，原始径向风速包括第一光束1测得的第一径向风速Vlos，1、第二光束2测得的第二径向风速Vlos，2、第三光束3测得的第三径向风速Vlos，3，以及第四光束4测得的第四径向风速Vlos，4。本发明采用机载式激光测风雷达5测得各光束在某一测量距离D上的原始径向风速，由于雷达5交替发射四条光束，对应测得四个原始径向风速，包括第一光束1测得的第一径向风速Vlos，1、第二光束2测得的第二径向风速Vlos，2、第三光束3测得的第三径向风速Vlos，3，以及第四光束4测得的第四径向风速Vlos，4。
如图2所示，步骤S4中，光束面风速包括上光束面风速Vupper和下光束面风速Vlower。雷达5交替发射的四条光束中，第一光束1、第二光束2组成上光束面；第三光束3、第四光束4组成下光束面，所以步骤S4中的光束面风速包括由第一径向风速Vlos，1和第二径向风速Vlos，2获得的上光束面风速Vupper、以及由第三径向风速Vlos，3和第四径向风速Vlos，4获得的下光束面风速Vlower。
如图2所示，获得上光束面风速Vupper的公式为：
其中，Vupper表示上光束面风速，Vlos，1表示第一径向风速，Vlos，2表示第二径向风速，θ表示各光束与中心轴线的夹角。本发明中，雷达5交替发射的四条光束呈对称分布，四条光束与中心轴线的夹角均相等，根据第一径向风速Vlos，1、第二径向风速Vlos，2和光束与中心轴线的夹角θ计算得到上光束面风速Vupper。
如图2所示，获得下光束面风速Vlower的公式为：
其中，Vlower表示下光束面风速，Vlos，3表示第三径向风速，Vlos，4表示第四径向风速，θ表示光束与中心轴线的夹角。本发明中，雷达5交替发射的四条光束呈对称分布，四条光束与中心轴线的夹角均相等，根据第三径向风速Vlos，3、第四径向风速Vlos，4和光束与中心轴线的夹角θ计算得到下光束面风速Vlower。
如图1所示，获得上光束面竖直高度Hupper的公式为：
Hupper＝Hhub+Hlidar+Dtanβ1
其中，Hupper表示上光束面竖直高度，Hhub表示轮毂中央高度，Hlidar表示雷达安装高度，D表示光束测量距离，β1表示上光束面相对水平面的夹角。本发明通过轮毂中央高度Hhub、雷达安装高度Hlidar、光束测量距离D、上光束面相对水平面的夹角β1计算得到上光束面竖直高度Hupper，其中，雷达安装高度Hlidar是指雷达5光源相对轮毂6中央的高度距离。
如图1所示，获得下光束面竖直高度Hlower的公式为：
Hlower＝Hhub+Hlidar-Dtanβ2
其中，Hlower表示下光束面竖直高度，Hhub表示轮毂中央高度，Hlidar表示雷达安装高度，D表示光束测量距离，β2表示下光束面相对水平面的夹角。本发明通过轮毂中央高度Hhub、雷达安装高度Hlidar、光束测量距离D、下光束面相对水平面的夹角β2计算得到下光束面竖直高度Hlower，其中，雷达安装高度Hlidar是指雷达5光源相对轮毂6中央的高度距离。
获得竖直风剪切VShear的公式为：
其中，VShear表示竖直风剪切，Vupper表示上光束面风速，Vlower表示下光束面风速，Hupper表示上光束面竖直高度，Hlower表示下光束面竖直高度。获得上光束面风速Vupper、下光束面风速Vlower后，再结合上光束面竖直高度Hupper和下光束面竖直高度Hlower，计算得到实时竖直风剪切VShear。
步骤S6-S9中，用于与第一竖直风剪切阈值VShear1和第二竖直风剪切阈值VShear2对比的竖直风剪切是步骤S5中获得的实时竖直风剪切的绝对值|VShear|。本发明是基于强负向风剪切风况下，对风电机组的一种保护方法，步骤S5获得的实时竖直风剪切VShear为负值，后续步骤S6-S9中，用于与第一竖直风剪切阈值VShear1和第二竖直风剪切阈值VShear2对比的竖直风剪切是此负向竖直风剪切的绝对值|VShear|。

Claims (4)

1.一种风电机组保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在风力发电机机舱顶上安装机载式激光测风雷达；
步骤S2：设置竖直风剪切的监测周期、第一竖直风剪切阈值、第二竖直风剪切阈值和次数预设值，所述第一竖直风剪切阈值小于所述第二竖直风剪切阈值；
步骤S3：通过机载式激光测风雷达获取原始径向风速；
步骤S4：根据原始径向风速获得光束面风速；
步骤S5：根据光束面风速和光束面竖直高度获得实时竖直风剪切；
步骤S6：在一个竖直风剪切的监测周期内，判断步骤S5获得的竖直风剪切是否小于第一竖直风剪切阈值，若是，返回步骤S3；若否，执行步骤S7；
步骤S7：在所述竖直风剪切的监测周期内，判断步骤S5获得的竖直风剪切是否小于第二竖直风剪切阈值，若是，执行步骤S8；若否，风电机组执行停机指令；
步骤S8：在所述竖直风剪切的监测周期内，判断步骤S5获得的竖直风剪切满足大于第一竖直风剪切阈值且小于第二竖直风剪切阈值的次数是否大于次数预设值，若否，返回步骤S3；若是，执行步骤S9；
步骤S9：在原有最优桨距角的基础上实时叠加补偿预设值，直至在下一个监测周期内步骤S5获得的竖直风剪切始终小于第一竖直风剪切阈值，然后返回执行步骤S3；
步骤S3中，所述机载式激光测风雷达交替发射四条光束，所述四条光束包括第一光束、第二光束、第三光束和第四光束，所述第一光束与第二光束组成上光束面，所述第三光束与第四光束组成下光束面；
步骤S3中，所述原始径向风速包括第一光束测得的第一径向风速、第二光束测得的第二径向风速、第三光束测得的第三径向风速，以及第四光束测得的第四径向风速；
步骤S4中，所述光束面风速包括上光束面风速和下光束面风速；
获得上光束面风速的公式为：
其中，Vupper表示上光束面风速，Vlos，1表示第一径向风速，Vlos，2表示第二径向风速，θ表示各光束与中心轴线的夹角；
获得下光束面风速的公式为：
其中，Vlower表示下光束面风速，Vlos，3表示第三径向风速，Vlos，4表示第四径向风速，θ表示各光束与中心轴线的夹角；
获得竖直风剪切的公式为：
其中，VShear表示竖直风剪切，Vupper表示上光束面风速，Vlower表示下光束面风速，Hupper表示上光束面竖直高度，Hlower表示下光束面竖直高度。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组保护方法，其特征在于，获得上光束面竖直高度的公式为：
Hupper＝Hhub+Hlidar+Dtanβ1
其中，Hupper表示上光束面竖直高度，Hhub表示轮毂中央高度，Hlidar表示雷达安装高度，D表示光束测量距离，β1表示上光束面相对水平面的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种风电机组保护方法，其特征在于，获得下光束面竖直高度的公式为：
Hlower＝Hhub+Hlidar-Dtanβ2
其中，Hlower表示下光束面竖直高度，Hhub表示轮毂中央高度，Hlidar表示雷达安装高度，D表示光束测量距离，β2表示下光束面相对水平面的夹角。
4.根据权利要求1所述的一种风电机组保护方法，其特征在于，步骤S6-S9中，用于与第一竖直风剪切阈值和第二竖直风剪切阈值对比的竖直风剪切是步骤S5中获得的实时竖直风剪切的绝对值。
CN202110736187.1A 2021-06-30 2021-06-30 一种风电机组保护方法 Active CN113357082B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110736187.1A CN113357082B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种风电机组保护方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110736187.1A CN113357082B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种风电机组保护方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113357082A CN113357082A (zh) 2021-09-07
CN113357082B true CN113357082B (zh) 2024-01-02

Family

ID=77537484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110736187.1A Active CN113357082B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种风电机组保护方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113357082B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116412081A (zh) * 2021-12-31 2023-07-11 新疆金风科技股份有限公司 塔架净空的监测方法、装置及电子设备

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012163359A1 (en) * 2011-05-31 2012-12-06 Vestas Wind Systems A/S A wind farm and a method of operating a wind farm
CN103597206A (zh) * 2011-05-06 2014-02-19 维斯塔斯风力系统集团公司 用于保护风力涡轮机不受极端状况影响的方法和装置
GB201515095D0 (en) * 2015-08-25 2015-10-07 Summit Associates Ltd Counter rotating wind turbine
CN106715896A (zh) * 2014-08-15 2017-05-24 维斯塔斯风力系统集团公司 利用湍流预报使涡轮机过额定运转
EP3454159A1 (en) * 2017-09-06 2019-03-13 Alerion Technologies, S.L. Method and device of autonomous navigation
EP3581795A1 (en) * 2018-06-14 2019-12-18 General Electric Company System and method for controlling a wind turbine to minimize rotor blade damage
CN111075650A (zh) * 2019-12-30 2020-04-28 明阳智慧能源集团股份公司 风力发电机组基于激光雷达前馈测风的独立变桨控制方法
CN111749845A (zh) * 2019-03-29 2020-10-09 北京金风科创风电设备有限公司 用于风电机组的降载控制方法和装置
CN111894802A (zh) * 2020-07-10 2020-11-06 南京理工大学 基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法
CN111971476A (zh) * 2018-04-13 2020-11-20 乌本产权有限公司 风能设备、风电场以及用于调节风能设备和风电场的方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103597206A (zh) * 2011-05-06 2014-02-19 维斯塔斯风力系统集团公司 用于保护风力涡轮机不受极端状况影响的方法和装置
WO2012163359A1 (en) * 2011-05-31 2012-12-06 Vestas Wind Systems A/S A wind farm and a method of operating a wind farm
CN106715896A (zh) * 2014-08-15 2017-05-24 维斯塔斯风力系统集团公司 利用湍流预报使涡轮机过额定运转
GB201515095D0 (en) * 2015-08-25 2015-10-07 Summit Associates Ltd Counter rotating wind turbine
EP3454159A1 (en) * 2017-09-06 2019-03-13 Alerion Technologies, S.L. Method and device of autonomous navigation
CN111971476A (zh) * 2018-04-13 2020-11-20 乌本产权有限公司 风能设备、风电场以及用于调节风能设备和风电场的方法
EP3581795A1 (en) * 2018-06-14 2019-12-18 General Electric Company System and method for controlling a wind turbine to minimize rotor blade damage
CN111749845A (zh) * 2019-03-29 2020-10-09 北京金风科创风电设备有限公司 用于风电机组的降载控制方法和装置
CN111075650A (zh) * 2019-12-30 2020-04-28 明阳智慧能源集团股份公司 风力发电机组基于激光雷达前馈测风的独立变桨控制方法
CN111894802A (zh) * 2020-07-10 2020-11-06 南京理工大学 基于Jensen模型和双光束雷达的风机尾流区偏航误差修正方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113357082A (zh) 2021-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Matha Model development and loads analysis of an offshore wind turbine on a tension leg platform with a comparison to other floating turbine concepts: April 2009
CN103080540B (zh) 风电场中风力涡轮机的控制
CN202732222U (zh) 基于风速超前预测的风力发电机组控制装置
CN113357082B (zh) 一种风电机组保护方法
CN113446159B (zh) 一种基于机载式激光测风雷达的风电机组净空控制方法
CN103590975A (zh) 一种环境友好型的风电机组控制系统及方法
CN110608133B (zh) 一种海上风力发电控制系统及方法
CN103225587B (zh) 一种下风向风力发电机组
Lu et al. Integration of large scale wind energy with electrical power systems in China
Liu et al. Research on construction system of large scale non-grid-connected wind power offshore wind farms
CN112629838B (zh) 风电机叶片故障监测方法
Luo et al. The light-weight design of tower for under typhoonÿwind turbine based on the typhoon control strategy
CN210005045U (zh) 用于远海海上风电场的水文气象条件监测系统
CN214845774U (zh) 一种风电机组尾流全方位测量系统
CN112699565B (zh) 一种风力发电的仿真参数计算方法及设备
CN105512820A (zh) 风电场风能资源监测与机组运行状态评估方法
CN108979945A (zh) 一种双向发电的潮流能发电机组及其系统
Gu et al. Study on optimization of wind farm micro-layout
Khodabux et al. An overview on various faults of Wind Turbine parts
CN115935645B (zh) 基于测风塔数据的风电场上调备用容量评估方法及系统
KR20130097515A (ko) 풍력발전기 블레이드의 에어포일구조
Li et al. Innovation Fields for Sustainable Development of Wind Power
Qi et al. Wind generation ramping coordinated control
Simoncelli et al. Remote monitoring system for an onshore steel wind turbine
Puthoff et al. Status Report of 100 kW Experimental Wind Turbine Generator Project

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant