CN113623135B - 风电机组防超速停机控制方法 - Google Patents

风电机组防超速停机控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电机组防超速停机控制方法，包括实时采集机组的发电机转速；判定发电机转速是否超过超速阈值，若没有超过，控制系统按照正常运行模式继续运行。若超过，控制系统统计规定时间段内发电机转速超过超速阈值的次数，风力发电机组根据统计得到的次数选择降容控制策略或则顺桨控制策略进行控制。通过顺桨操作可以降低发电机转速，使发电机转速降低到安全值以下，通过降容操作可以降低发电机的额定转速，从而减小风力发电机组的载荷，确保风力发电机组安全，如此可以减少机组的停机次数，降低机组发电量的损失，提升机组发电量，并且避免机组反复停机、启机带来附加的零部件疲劳损伤。

Description

风电机组防超速停机控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电机的控制技术领域，具体涉及一种风电机组防超速停机控制方法。
背景技术
风力发电机组控制系统包括转矩控制和变桨控制，当机组的运行转速达到额定转速以后，通过变桨控制使风电机组的转速保持稳定状态，从而确保风电机组运行平稳。随着风电机组的风轮直径和单机容量的不断增大，整个系统的惯性也不断增大，变桨系统存在严重的滞后性。
在一些复杂的环境下，受地形、气流、植被等因素影响，风场环境湍流大，风速变化剧烈，容易导致风电机组桨距角响应不及时，发电机转速容易超过控制系统的安全保护限制值，触发机组的超速故障，变桨系统执行停机动作。因此，在恶劣环境条件下风电机组容易频繁出现超速停机，这不仅严重影响机组的发电量，还会对机组零部件寿命极为不利。因此现在亟需一种能够减少风电机组超速停机次数的控制方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种风电机组防超速停机控制方法，减少风力发电机组的停机次数。
第一方面，提供了一种风电机组防超速停机控制方法，包括：
实时监测风力发电机组的发电机转速；
判定发电机转速是否超过风力发电机组的超速阈值；
响应于超过超速阈值，统计规定时间段内发电机转速超过超速阈值的次数，并根据次数选择降容控制策略或顺桨控制策略进行控制。
结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，其特征在于，
当次数超出预设的次数阈值时，选择降容控制策略进行控制；
当次数未超出次数阈值时，选择顺桨控制策略进行控制。
结合第一方面的第一种可实现方式，在第一方面的第二种可实现方式中，所述降容控制策略包括：
风力发电机组切换为降容模式运行；
判定降容模式的运行时间是否达到预设的降容运行时限；
响应于达到降容运行时限，风力发电机组切换为正常运行模式运行。
结合第一方面的第一种可实现方式，在第一方面的第三种可实现方式中，所述顺桨控制策略包括：
风力发电机组延迟执行超速停机操作，并在延迟期间执行顺桨操作；
实时监测延迟期间风力发电机组的发电机转速；
判定实时的发电机转速是否触发风力发电机组超速停机；
若触发安全系统超速停机，则风力发电机组的安全系统立刻执行停机操作；
若未触发安全系统超速停机，则判定风力发电机组是否满足正常运行条件；
若不满足，则继续进行顺桨直至延迟时间到达，若满足，则切换为正常运行模式运行。
结合第一方面的第三种可实现方式，在第一方面的第四种可实现方式中，当实时的发电机转速超过风力发电机组安全系统预设的安全阈值时触发安全系统超速停机。
结合第一方面的第三种可实现方式，在第一方面的第五种可实现方式中，所述正常运行条件为发电机转速小于预设的正常阈值。
结合第一方面的第五种可实现方式，在第一方面的第六种可实现方式中，通过发电机的额定转速确定所述正常阈值。
结合第一方面的第三种可实现方式，在第一方面的第七种可实现方式中，当风力发电机组的顺桨时长达到预设的顺桨操作时限时，判定实时的发电机转速是否超过控制系统预设的超速阈值，若超过，则执行停机操作，反之，则切换为正常运行模式运行。
第二方面，提供了一种存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序运行时，执行第一方面、第一方面的第一至七种可实现方式中的任意一种风电机组防超速停机控制方法。
有益效果：采用本发明的风电机组防超速停机控制方法，在不增加机组安全风险的基础上，能够减少机组的停机次数，降低机组发电量的损失，提升机组发电量，并且避免机组反复停机、启机带来附加的零部件疲劳损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例提供的风电机组防超速停机控制方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的风电机组防超速停机控制方法的流程图；
图3为本发明一实施例提供的风电机组防超速停机控制方法的流程图；
图4为本发明提供的控制方法与传统控制方法的变桨角度对比图，其中位于上方的是传统方法的变桨角度，位于下方的本发明的提供的控制方法的变桨角度；
图5为本发明提供的控制方法与传统控制方法的发电机转速对比图，其中位于下方的是传统方法的发电机转速，位于上方的本发明的提供的控制方法的发电机转速；
图6为本发明提供的控制方法与传统控制方法的轮毂载荷对比图，其中位于下方的是传统方法的轮毂载荷，位于上方的本发明的提供的控制方法的轮毂载荷；
图7为本发明提供的控制方法与传统控制方法的塔筒顶部载荷对比图，其中位于下方的是传统方法的塔筒顶部载荷，位于上方的本发明的提供的控制方法的塔筒顶部载荷。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示的风电机组防超速停机控制方法的流程图，该控制方法包括：
实时监测风力发电机组的发电机转速；
判定发电机转速是否超过风力发电机组的超速阈值；
响应于超过超速阈值，统计规定时间段内发电机转速超过超速阈值的次数，并根据次数选择降容控制策略或顺桨控制策略进行控制。
具体而言，风力发电机组的控制系统通过配置的监测系统，可以实时采集机组的发电机转速。控制系统采集到发电机转速后，可以与现有的超速停机控制方法相同，将发电机转速与超速阈值进行比较，超速阈值可以根据风力发电机组的具体型号进行设置，如果发电机转速没有超过超速阈值，则控制系统按照正常运行模式继续运行。如果超过，控制系统则可以统计规定时间段内发电机转速超过超速阈值的次数，规定时间段可以设置为10分钟。
降容控制策略和顺桨控制策略分别对应不同的次数区间，风力发电机组可以根据次数选择降容控制策略或则顺桨控制策略进行控制。风力发电机组通过顺桨操作可以降低风力发电机组载荷，从而降低发电机转速，如果发电机转速降低到安全值以下，控制系统就不必执行超速停机操作，从而减少机组的停机次数。
风力发电机组通过降容操作可以降低发电机的额定转速，从而减小风力发电机组的载荷，确保风力发电机组安全，如此风力发电机组就可以不必进行超速停机。从而减少机组的停机次数，降低机组发电量的损失，提升机组发电量，并且避免机组反复停机、启机带来附加的零部件疲劳损伤。
在本实施例中，优选的，如图2所示，当次数超出预设的次数阈值时，选择降容控制策略进行控制；当次数未超出次数阈值时，选择顺桨控制策略进行控制。
具体而言，控制系统中可以人为设置规定时间段内的次数阈值，当控制系统统计得到的次数超过次数阈值时，表明风力发电机组目前处于环境极端恶劣的运行环境中，风速变化剧烈，容易造成风力发电机组反复停机、启机，此时采用降容操作可以使风力发电机组的载荷降低，确保风力发电机组安全。因为风力发电机组在降容运行期间载荷较小，所以可以不必执行超速停机操作，从而减小风力发电机组的超速停机次数。
当控制系统统计得到的次数未超过次数阈值时，表明风力发电机组目前处于的运行环境中风速变化较为平缓，可以执行顺桨控制策略降低发电机转速，如果发电机转速降低到安全值以下，控制系统就不必执行超速停机操作，从而减少机组的停机次数。
在本实施例中，优选的，如图3所示，所述降容控制策略包括：
风力发电机组切换为降容模式运行；
判定降容模式的运行时间是否达到预设的降容运行时限；
响应于达到降容运行时限，风力发电机组切换为正常运行模式运行。
具体而言，当统计得到的次数大于控制系统预设的次数阈值时，风力发电机组的控制系统执行降容控制策略。控制系统将风力发电机组切换为降容运行模式，降低的机组的满发功率，从而降低风力发电机组载荷，确保风力发电机组安全。
控制系统会监测风力发电机组降容运行的时间，并判定降容运行的时间是否达到预设的降容运行时限，在本实施例中，降容运行时限可以设定为10分钟。当降容运行的时间未达到降容运行时限时，风力发电机组继续保持降容运行，当降容运行的时间达到降容运行时限时，风力发电机组可以切换为正常运行模式，确保风力发电机组的发电量。
在本实施例中，优选的，如图3所示，所述顺桨控制策略包括：
风力发电机组延迟执行超速停机操作，并在延迟期间执行顺桨操作；
实时监测延迟期间风力发电机组的发电机转速；
判定实时的发电机转速是否触发风力发电机组超速停机；
若触发安全系统超速停机，则风力发电机组的安全系统立刻执行停机操作；
若未触发安全系统超速停机，则判定风力发电机组是否满足正常运行条件；
若不满足，则继续进行顺桨直至延迟时间到达，若满足，则切换为正常运行模式运行。
具体而言，当统计得到的次数小于控制系统预设的次数阈值时，风力发电机组延迟10秒执行超速停机操作。在延迟过程中，控制系统执行顺桨操作，控制风力发电机组按照固定速率进行顺桨，并在顺桨过程中实时监测发电机转速。控制系统可以通过实时的发电机转速判定是否触发安全系统设置的超速停机条件。如果触发，则控制系统通过安全系统执行超速停机操作，以确保风力发电机组平稳运行。如果没有触发，控制系统继续判定发电机转速是否满足正常运行条件，如果满足，则风力发电机组停止顺桨，并转换为正常运行模式运行。如果不满足，则控制系统继续执行顺桨操作。10秒钟后，控制系统判定实时的发电机转速是否降低到所述超速阈值，如果没有，控制系统立刻执行停机操作，反之，控制系统切换为正常运行模式运行，风力发电机组可以正常进行发电，以确保风力发电机组的发电量。
在本实施例中，当实时的发电机转速超过风力发电机组安全系统预设的安全阈值时触发安全系统超速停机。控制系统中设置有安全系统对应的安全阈值，控制系统可以将变桨过程中实时采集的发电机转速与安全阈值进行比较，安全阈值可以大于超速阈值。如果发电机转速超过安全阈值，则表明顺桨操作对于降低发电机转速的效果不理想，触发安全系统执行超速停机操作，以确保风力发电机组的安全。反之，则表明顺桨操作对于降低发电机转速有效果，控制系统可以继续进行顺桨操作。
在本实施例中，优选的，所述正常运行条件为发电机转速小于预设的正常阈值。控制系统中可以预设风力发电机组正常运行模式下的发电机转速，如果风力发电机组顺桨后实时的发电机转速小于正常阈值，则控制系统可以恢复到正常运行模式运行，以确保风力发电机组的发电量。
在本实施例中，优选的，可以通过发电机的额定转速确定所述正常阈值。正常阈值可以设定为发电机的额定转速的K倍，0<K<1。
采用风力发电机组专业仿真软件Bladed对传统控制方法和本申请提供的风电机组防超速停机控制方法的控制进行模拟仿真，得到的结果如图4至图7所示。从图4至图7可以看出，在机组进入到正常运行模式前，在发电机转速、变桨角度、极限载荷上，本申请提供的控制方法与传统控制方法一致，并没有因为控制方法的更新产生更大的极限载荷。可见，本申请提供的控制方法能够在不增加机组安全风险的基础上，减少机组的停机次数，降低机组发电量的损失，提升机组发电量，并且避免机组反复停机、启机带来附加的零部件疲劳损伤。
一种存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序运行时，执行上述的风电机组防超速停机控制方法。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种风电机组防超速停机控制方法，其特征在于，包括：
实时监测风力发电机组的发电机转速；
判定发电机转速是否超过风力发电机组的超速阈值；
响应于超过超速阈值，统计规定时间段内发电机转速超过超速阈值的次数，并根据次数选择降容控制策略或顺桨控制策略进行控制；
当次数超出预设的次数阈值时，选择降容控制策略进行控制；
当次数未超出次数阈值时，选择顺桨控制策略进行控制。
2.根据权利要求1所述的风电机组防超速停机控制方法，其特征在于，所述降容控制策略包括：
风力发电机组切换为降容模式运行；
判定降容模式的运行时间是否达到预设的降容运行时限；
响应于达到降容运行时限，风力发电机组切换为正常运行模式运行。
3.根据权利要求1所述的风电机组防超速停机控制方法，其特征在于，所述顺桨控制策略包括：
风力发电机组延迟执行超速停机操作，并在延迟期间执行顺桨操作；
实时监测延迟期间风力发电机组的发电机转速；
判定实时的发电机转速是否触发风力发电机组超速停机；
若触发安全系统超速停机，则风力发电机组的安全系统立刻执行停机操作；
若未触发安全系统超速停机，则判定风力发电机组是否满足正常运行条件；
若不满足，则继续进行顺桨直至延迟时间到达，若满足，则切换为正常运行模式运行。
4.根据权利要求3所述的风电机组防超速停机控制方法，其特征在于，当实时的发电机转速超过风力发电机组安全系统预设的安全阈值时触发安全系统超速停机。
5.根据权利要求3所述的风电机组防超速停机控制方法，其特征在于，所述正常运行条件为发电机转速小于预设的正常阈值。
6.根据权利要求5所述的风电机组防超速停机控制方法，其特征在于，通过发电机的额定转速确定所述正常阈值。
7.根据权利要求3所述的风电机组防超速停机控制方法，其特征在于，当风力发电机组的顺桨时长达到预设的顺桨操作时限时，判定实时的发电机转速是否超过控制系统预设的超速阈值，若超过，则执行停机操作，反之，则切换为正常运行模式运行。
8.一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序运行时，执行如权利要求1-7任一所述的风电机组防超速停机控制方法。
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