CN113530758A - 基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法 - Google Patents

基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法，包括：控制系统采集前叶轮和后叶轮的转速、风速风向、功率、转矩和桨叶角度信息；通过激光测风系统采集机舱前方一段距离处的风速风向，存入数据存储单元；前后叶轮能量预测分配模块分别计算出前叶轮和后叶轮获取的能量，并分别传给前后叶轮预测最大最小功率模块，计算出各自获取的能量区间；前后叶轮预测最大最小功率模块把前叶轮和后叶轮的预测最大最小功率分别传给前后叶轮控制模块，前后叶轮控制模块分别获取预测最大最小功率后，根据前叶轮、后叶轮的运行区间和预测最大最小功率进行转速‑转矩调节。本发明为双叶轮机组运行稳定性和提供机组的发电量提供技术基础。

Description

基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法
技术领域
本发明涉及一种基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法。
背景技术
目前主流的风力发电机组都是单叶轮风力发电机组，由叶轮、变桨系统、齿轮箱、动力传动装置、发电机、功率调节装置以及控制和监控软件组成。由于评价上网压力，急需研究高效的风能转化风力发电机组。双叶轮风力发电机组具有高效的风能捕获能力，但较单叶轮机组频率特性更为复杂，其避免共振的同时，又可以减少发电量损失的控制策略,是目前急需进行研究的技术。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法，可以提高风电机组的安全性和捕获风的能力。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法，包括以下步骤：
1、控制系统采集前叶轮和后叶轮的转速、风速风向、功率、转矩和桨叶角度信息。
2、通过激光测风系统采集机舱前方一段距离处的风速风向，存入数据存储单元，能量计算单元计算出机组未来一段时间的功率。
3、前叶轮能量预测分配模块和后叶轮能量预测分配模块分别计算出前叶轮和后叶轮获取的能量，并分别传给前叶轮预测最大最小功率模块和后叶轮预测最大最小功率模块，计算出各自获取的能量区间。
4、前叶轮预测最大最小功率模块和后叶轮预测最大最小功率模块把前叶轮和后叶轮的预测最大最小功率分别传给前叶轮控制模块和后叶轮控制模块，前叶轮控制模块和后叶轮控制模块分别获取前叶轮的预测最大最小功率和后叶轮的预测最大最小功率后，根据前叶轮、后叶轮的运行区间和预测最大最小功率进行转速-转矩调节。
在上述方案的基础上，步骤4中，如果当前叶轮运行在前叶轮转速-转矩目标曲线的区间Ab-Bb-Cb-Db上，预测最大功率超过Fb点计算的功率，那么发出穿越指令。如果预测最大功率未大于Fb点计算的功率，则维持现有转速-转矩目标曲线；如果当前叶轮运行在前叶轮转速-转矩目标曲线的区间Eb-Fb-Gb-Hb上，预测最小功率小于Cb点计算的功率，那么发出穿越指令。如果预测最小功率未小于Cb点计算的功率，则维持现有转速-转矩目标曲线；后叶轮控制模块的逻辑与前叶轮控制模块一致。
在上述方案的基础上，S1b为最小并网转速设定点，S2为转速隔离区下限转速设定点，S4为转速隔离区上限转速设定点，S5b为额定转速设定点；在区间Ab-Bb-Cb-Db时，点Ab是：最小转速设定点为S1b，转矩指令最小值所处点；点Bb是：最小转速设定点为S1b，转矩指令最大值所处点；点Cb是：最大转速设定点为S2，转矩指令最小值所处点；点Db是：最大转速设定点为S2，转矩指令最大值所处点。在区间Eb-Fb-Gb-Hb时，点Eb是：最小转速设定点为S4，转矩指令最小值所处点；点Fb是：最小转速设定点为S4，转矩指令最大值所处点；点Gb是：最大转速设定点为S5b，转矩指令最小值所处点；点Hb是：最大转速设定点为S5b，转矩指令最大值所处点。
在上述方案的基础上，前叶轮转速-转矩目标曲线分为三个区间：Ab-Bb-Cb-Db区间、转速隔离区和Eb-Fb-Gb-Hb区间。
在上述方案的基础上，步骤2所述一段距离为100米。
本发明的有益效果：
本发明可以基于激光测风实现串联式双叶轮风力发电机组共振穿越，为双叶轮机组运行稳定性和提供机组的发电量提供技术基础。
附图说明
本发明有如下附图：
图1：前叶轮转速-转矩目标曲线；
图2：后叶轮转速-转矩目标曲线；
图3：控制系统框图。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了提供一种基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法，涉及的风力发电机组包括：
Figure BDA0003160472340000041
风力前涡轮和后涡轮，即前叶轮和后叶轮；
Figure BDA0003160472340000042
塔架；
Figure BDA0003160472340000043
传动链系统、发电系统、偏航系统和刹车系统等相关设备；
Figure BDA0003160472340000044
传感器系统，包括激光测风系统、发电机转速前叶轮传感器、发电机转速后叶轮传感器、发电机功率前叶轮传感器、发电机功率后叶轮传感器、发电机转矩测量前叶轮装置、发电机转矩测量后叶轮装置、机舱振动传感器等；
Figure BDA0003160472340000045
控制系统，包括输入输出模块，控制器，通讯接口模块和通讯总线等控制相关设备。
该风力发电机组为串联式双叶轮风力发电机组。如果塔筒频率处于1倍频范围内，那么在特定转速下可能会产生共振现象。图1为前叶轮转速-转矩目标曲线，分为三部分：Ab-Bb-Cb-Db、Eb-Fb-Gb-Hb、转速隔离区。Qub为机组的额定转矩，Qdb为机组运行区间Ab-Bb-Cb-Db的最高转矩。S3为共振转速点。[S2 S4]为转速隔离区。S1b为最小并网转速设定点，S2为转速隔离区下限转速设定点，S4为转速隔离区上限转速设定点，S5b为额定转速设定点。如果机组运行在区间Ab-Bb-Cb-Db，转矩超过0.95倍的Qdb，则机组转速运行目标曲线按一定斜坡逐渐过渡到Eb-Fb-Gb-Hb。如果机组运行在区间Eb-Fb-Gb-Hb，转矩小于设定转矩，则机组转速运行目标曲线按一定斜坡逐渐过渡到Ab-Bb-Cb-Db。图2为后叶轮转速-转矩曲线，运行规则和图1一致。
本发明为解决上述问题提供了一种基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法。具体实现方式如图3所示。控制系统采集两个叶轮的转速，风速风向，两个叶轮产生的功率和桨叶角度等信息。通过激光测风系统采集机舱前方100米处的风速(100米可调)，存入数据存储单元，能量计算单元计算出机组未来一段时间的功率。前后叶轮能量预测分配模块计算出前后叶轮获取的能量，分别传给前叶轮预测最大最小功率模块和后叶轮预测最大最小功率模块，计算出各自获取的能量区间。最后把前、后叶轮的预测最大最小功率传给各自的叶轮控制模块。
前叶轮控制模块获取前叶轮的预测最大最小功率后，如果当前叶轮运行在前叶轮转速-转矩目标曲线的区间Ab-Bb-Cb-Db上，预测最大功率超过Fb点计算的功率，那么发出穿越指令。如果预测最大功率未大于Fb点计算的功率，则维持现有转速-转矩目标曲线；如果当前叶轮运行在前叶轮转速-转矩目标曲线的区间Eb-Fb-Gb-Hb上，预测最小功率小于Cb点计算的功率，那么发出穿越指令。如果预测最小功率未小于Cb点计算的功率，则维持现有转速-转矩目标曲线；在运行区间Ab-Bb-Cb-Db时，点Ab是：最小转速设定点为S1b，转矩指令最小值所处点；点Bb是：最小转速设定点为S1b，转矩指令最大值所处点；点Cb是：最大转速设定点为S2，转矩指令最小值所处点；点Db是：最大转速设定点为S2，转矩指令最大值所处点。在运行区间Eb-Fb-Gb-Hb时，点Eb是：最小转速设定点为S4，转矩指令最小值所处点；点Fb是：最小转速设定点为S4，转矩指令最大值所处点；点Gb是：最大转速设定点为S5b，转矩指令最小值所处点；点Hb是：最大转速设定点为S5b，转矩指令最大值所处点。后叶轮控制模块的逻辑与前叶轮控制模块一致。前叶轮控制和后叶轮控制其它算法模块不在本发明内，不做详细描述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范围。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、控制系统采集前叶轮和后叶轮的转速、风速风向、功率、转矩和桨叶角度信息；
步骤2、通过激光测风系统采集机舱前方一段距离处的风速风向，存入数据存储单元，能量计算单元计算出机组未来一段时间的功率；
步骤3、前叶轮能量预测分配模块和后叶轮能量预测分配模块分别计算出前叶轮和后叶轮获取的能量，并分别传给前叶轮预测最大最小功率模块和后叶轮预测最大最小功率模块，计算出各自获取的能量区间；
步骤4、前叶轮预测最大最小功率模块和后叶轮预测最大最小功率模块把前叶轮和后叶轮的预测最大最小功率分别传给前叶轮控制模块和后叶轮控制模块，前叶轮控制模块和后叶轮控制模块分别获取前叶轮的预测最大最小功率和后叶轮的预测最大最小功率后，根据前叶轮、后叶轮的运行区间和预测最大最小功率进行转速-转矩调节。
2.如权利要求1所述的基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法，其特征在于：步骤4中，如果当前叶轮运行在前叶轮转速-转矩目标曲线的区间Ab-Bb-Cb-Db上，预测最大功率超过Fb点计算的功率，那么发出穿越指令；如果预测最大功率未大于Fb点计算的功率，则维持现有转速-转矩目标曲线；如果当前叶轮运行在前叶轮转速-转矩目标曲线的区间Eb-Fb-Gb-Hb上，预测最小功率小于Cb点计算的功率，那么发出穿越指令；如果预测最小功率未小于Cb点计算的功率，则维持现有转速-转矩目标曲线；后叶轮控制模块的逻辑与前叶轮控制模块一致。
3.如权利要求2所述的基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法，其特征在于，前叶轮转速-转矩目标曲线分为三个区间：Ab-Bb-Cb-Db区间、转速隔离区和Eb-Fb-Gb-Hb区间。
4.如权利要求3所述的基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法，其特征在于：在区间Ab-Bb-Cb-Db时点Ab是：最小转速设定点为S1b，转矩指令最小值所处点；点Bb是：最小转速设定点为S1b，转矩指令最大值所处点；点Cb是：最大转速设定点为S2，转矩指令最小值所处点；点Db是：最大转速设定点为S2，转矩指令最大值所处点；在区间Eb-Fb-Gb-Hb时，点Eb是：最小转速设定点为S4，转矩指令最小值所处点；点Fb是：最小转速设定点为S4，转矩指令最大值所处点；点Gb是：最大转速设定点为S5b，转矩指令最小值所处点；点Hb是：最大转速设定点为S5b，转矩指令最大值所处点；S1b为最小并网转速设定点，S2为转速隔离区下限转速设定点，S4为转速隔离区上限转速设定点，S5b为额定转速设定点。
5.如权利要求1所述的基于激光测风的串联式双叶轮风力发电机组共振穿越方法，其特征在于：步骤2所述一段距离为100米。
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