CN113847197A - 风力发电机组及其避转速控制方法、装置 - Google Patents

风力发电机组及其避转速控制方法、装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种风力发电机组及其避转速控制方法、装置。所述方法包括：根据发电机的转速处于避转速区间的统计信息，识别风力发电机组是否反复通过避转速区间；当确定风力发电机组反复通过避转速区间时，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。所述风力发电机组及其避转速控制方法、装置，能够通过调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数来避免发电机转速反复进入或经常处于避转速区间而导致机组共振异常、载荷超限等的问题，保证了机组运行的安全性和可靠性。

Description

风力发电机组及其避转速控制方法、装置
技术领域
本发明总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组及其避转速控制方法、装置。
背景技术
随着风力发电机组容量增大，配有高柔塔架的风力发电机组由于具有发电性能高、成本低等特点，逐渐成为一种趋势。但由于高柔塔架本身固有频率低，会导致机组运行转速中的倍频分量与高柔塔架固有频率发生重叠。在常规设计中，为了避免机组在最小转速时与塔架一阶频率产生共振，会对最小转速的取值做出限制。但由于目前一些大叶轮机组的额定转速非常低，如果满足上述对最小转速的限制则会导致最小转速与额定转速之间的范围过窄，从而带来机组发电性能不佳的问题。为了解决此问题，可以在选择较小的最小转速值的同时，通过增加避转速区间的方式来避免塔架共振。然而，风力发电机的转速经常处于或频繁进入避转速区间，会导致机组共振、载荷增加或其他安全问题。
发明内容
本发明的示例性实施例在于提供一种风力发电机组及其避转速控制方法、装置，其能够识别风力发电机组反复通过避转速区间，通过调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数来避免机组反复通过避转速区间的异常情况。
根据本发明的示例性实施例，提供一种风力发电机组的避转速控制方法，所述方法包括：根据发电机的转速处于避转速区间的统计信息，识别风力发电机组是否反复通过避转速区间；当确定风力发电机组反复通过避转速区间时，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。
可选地，发电机的转速处于避转速区间的统计信息包括：发电机的转速处于避转速区间的统计时长和/或进入避转速区间的统计次数。
可选地，根据发电机的转速处于避转速区间的统计信息，识别风力发电机组是否反复通过避转速区间的步骤包括：根据风力发电机组的历史运行时段的运行数据，确定所述历史运行时段中的每个时间间隔对应的避转速时长占比，其中，每个时间间隔对应的避转速时长占比为：该时间间隔内转速处于避转速区间之中的第一预设区间的总时长占预设时长的比例；当所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔的总数量超过第一预设数量时，确定风力发电机组反复通过避转速区间；
或者，
根据风力发电机组的所述历史运行时段的运行数据，确定所述历史运行时段中的每个时间间隔内转速从额定转速附近进入第一预设区间的跳转次数，并当所述历史运行时段之中对应的跳转次数超过预设标准次数的时间间隔的总数量超过第二预设数量时，确定风力发电机组反复通过避转速区间，其中，每个时间间隔的长度为所述预设时长。
可选地，所述预设标准比例基于以下项之中的至少一项而确定：风力发电机组从低转速向高转速穿越避转速区间所需的上跳时长、从高转速向低转速穿越避转速区间所需的下跳时长、预设的在所述预设时长内正常可穿越避转速区间的次数、以及所述预设时长的长度。
可选地，所述预设标准比例为：Tmax*I*J/L，其中，Tmax指示所述上跳时长和所述下跳时长之中的最大值、I指示余量系数、J指示预设的在所述预设时长内正常可穿越避转速区间的次数、L指示所述预设时长的长度。
可选地，调整的变桨控制系统的参数包括：变桨控制系统所使用的PID控制的PID参数；调整的电磁扭矩控制参数包括：电磁扭矩控制所使用的PID控制的PID参数。
可选地，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的步骤包括：根据转速处于避转速区间的统计信息，减小变桨控制系统所使用的PID控制的PID参数，和/或，减小电磁扭矩控制所使用的PID控制的PID参数。
可选地，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的步骤包括：根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。
可选地，根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的步骤包括：当所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔的数量超过第三预设数量时，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数，其中，所述预设风速段为在额定转速所对应的风速附近的风速段。
可选地，根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的步骤包括：根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，确定变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的调整量，并基于确定的调整量调整对应的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数，其中，所述预设风速段为在额定转速所对应的风速附近的风速段。
可选地，所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔所对应的避转速时长占比，远离预设标准比例的远离程度越大和/或远离预设标准比例的数量越多，变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的调整量越大。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种风力发电机组的避转速控制装置，所述装置包括：异常识别单元，根据发电机的转速处于避转速区间的统计信息，识别风力发电机组是否反复通过避转速区间；调整单元，当确定风力发电机组反复通过避转速区间时，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种风力发电机组，包括：发电机，其包括定子和与叶轮机械连接的转子；变流器，其与定子绕组电性耦合连接；数据采集模块，被配置为采集发电机的转速；控制器，被配置为设置变流器的电磁扭矩参数以控制发电机的转速，所述控制器执行如上所述的避转速控制方法。
可选地，所述发电机为永磁发电机，所述风力发电机组为直驱型。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的风力发电机组的避转速控制方法。
根据本发明示例性实施例的风力发电机组及其避转速控制方法、装置，能够识别风力发电机组反复通过避转速区间，通过调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数来避免发电机转速频繁进入或经常处于避转速区间而导致机组共振异常、载荷超限等的问题，保证了机组运行的安全性和可靠性。
将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的避转速控制方法的流程图；
图2示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的结构示意图；
图3示出根据本发明示例性实施例的避转速控制的原理图；
图4示出根据本发明示例性实施例的发电机的转速-电磁扭矩运行曲线的示例；
图5示出根据本发明示例性实施例的确定历史运行时段中的每个时间间隔对应的避转速时长占比的方法的流程图；
图6示出根据本发明示例性实施例的机组转速反复进入避转速区间的示例；
图7示出根据本发明示例性实施例的避转速时长占比的分布图；
图8示出根据本发明示例性实施例的变桨控制的示例；
图9示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的避转速控制装置的框图。
具体实施方式
现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。
图1示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的避转速控制方法的流程图。所述方法可通过计算机程序来实现。作为示例，所述方法可被离线执行或在线执行。作为示例，所述方法可由风电场的控制器或风力发电机组的控制器(例如，主控制器)来执行。
参照图1，在步骤S10，根据发电机的转速处于避转速区间的统计信息，识别风力发电机组是否反复通过避转速区间。
作为示例，发电机的转速处于避转速区间的统计信息可以是能够用于判断发电机的转速是否经常处于或频繁进入避转速区间的统计信息。作为示例，发电机的转速处于避转速区间的统计信息可包括：发电机的转速处于避转速区间的统计时长和/或进入避转速区间的统计次数。
作为示例，风力发电机组的避转速情况可指发电机的转速进入或处于避转速区间的情况。作为示例，可当发电机的转速处于避转速区间的统计信息体现出转速经常处于或频繁进入避转速区间超过一定程度时，确定风力发电机组反复通过避转速区间。
避转速/转速穿越控制为一种发电机的转速控制功能/策略，具体指通过对风力发电机组变流器的电磁扭矩和发电机转速进行控制，使风力发电机组在发电过程中快速通过某一转速范围(即，避转速区间)，防止其长时间停留在这个转速范围内，造成机组共振、载荷增加或其他问题。即，本发明所提及的避转速区间可以是出于对共振、降载或其他情况的考虑而设置的，本发明对此不作限制。
参照图2，风力发电机组由叶轮捕获风能，发电机和变流器构成能量转换单元，将风能转换为电能输送至电网。在图2的示例中，发电机包括定子和与叶轮机械连接的转子。变流器与定子绕组电性耦合连接。发电机为永磁发电机，转子中设置磁钢。风力发电机组为直驱型，变流器为全功率变流器，风能转化为的电能全部馈入电网。风力发电机组的控制器采集风速以及发电机当前的转速对变流器下发电磁扭矩控制信号，控制发电机定子绕组中的电流，以控制发电机的转速。由气动扭矩公式Ta＝0.5ρCqπR3V2可知，气动扭矩Ta与风速V的平方成正比，其中，ρ表示机组所在外界环境的空气密度，Cq表示机组的扭矩系数，R表示叶轮半径。机组可以通过变桨系统实现对各个叶片的桨距角的控制，以此限制叶轮吸收风流的能量，进而调整气动扭矩。而发电机在完成电能转化的同时，可以控制发电机的电磁扭矩Te。由△T＝Ta-Te，dw＝△T/J1可知，发电机转速微分与气动扭矩Ta和电磁扭矩Te的差值有关，其中，J1为转动惯量，w为角速度。综上可知，整个机组可通过变桨机制调节气动扭矩Ta和电磁扭矩Te来实现机组的转速控制。
图3示出了发电机的转速-电磁扭矩运行曲线，其中，纵坐标指示电磁扭矩，横坐标指示转速。机组正常运行时转速处于Wsync与Wrated之间，而(Wlow，Whigh)为避转速区间，Wlow为避转速区间的下边界值，Whigh为避转速区间的上边界值，即机组不能长时间停留在此转速区间内。Tlow-max和Thigh-min对应于Wlow和Whigh这两个转速下的电磁扭矩控制需求，具体地，当转速随着风速达到A点时，按照避转速控制要求，转速不能再继续上升，此时转速将被控制在Wlow，如果此时风速增加，为了使转速维持在Wlow，电磁扭矩将不断增加直至达到Tlow-max(即达到B点)，当在B点持续停留T1秒后，使转速以V1rad/s的速度增大，直至转速达到Whigh，即，运行状态到达E点，如果此时风速进一步增加，则转速会继续向上增大；当在E点处风速降低，按照避转速控制要求，转速不能再继续下降，此时转速将被控制在Whigh，如果此时风速降低，则为了使转速维持在Whigh，电磁扭矩将不断降低直至达到Thigh-min(即达到D点)，当在D点持续停留T2秒后，使转速以V2rad/s的速度减小以向A点跳跃。其中，Wlow和Whigh可根据机组的设计频率(例如，包括塔架在内的结构部件的固有频率)来确定。应该理解，避转速区间为开区间。
考虑到控制的精准度，可在避转速区间内的两端预留一部分区间，认为转速在预留的区间内也属于正常运行情况，作为示例，发电机的转速处于避转速区间的统计信息可包括：发电机的转速处于避转速区间之中的第一预设区间的统计时长和/或进入第一预设区间的统计次数。这里，第一预设区间可为：(Wlow+We1，Whigh-We2)。
作为示例，发电机的转速可等于或不等于叶轮的转速。
在一个实施例中，根据发电机的转速进入避转速区间的统计次数识别风力发电机组是否反复通过避转速区间的步骤可包括：根据风力发电机组的历史运行时段的运行数据，确定所述历史运行时段中的每个时间间隔内转速从额定转速附近进入第一预设区间的跳转次数，并当所述历史运行时段之中对应的跳转次数超过预设标准次数的时间间隔的总数量超过第二预设数量时，确定风力发电机组反复通过避转速区间，其中，每个时间间隔的长度为所述预设时长。
图4示出了发电机的转速-电磁扭矩运行曲线，其中，纵坐标指示电磁扭矩，横坐标指示转速。机组正常运行时转速处于Wsync与Wrated之间，Wrated指示额定转速，Trated指示额定电磁扭矩。图4中的方框内所示出的工况为：转速频繁从额定转速附近进入第一预设区间，相应地，可当出现这种工况时，确定风力发电机组反复通过避转速区间。
在另一个实施例中，根据发电机的转速处于避转速区间的统计时长识别风力发电机组是否反复通过避转速区间的步骤可包括：根据风力发电机组的历史运行时段的运行数据，确定所述历史运行时段中的每个时间间隔对应的避转速时长占比，其中，每个时间间隔对应的避转速时长占比为：该时间间隔内转速处于避转速区间之中的第一预设区间的总时长占预设时长的比例；并当所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔的总数量超过第一预设数量时，确定风力发电机组反复通过避转速区间。
作为示例，可以所述预设时长为间隔，将所述历史运行时段的运行数据，划分为M组运行数据，其中，每组运行数据包括：在连续N个采样时间点采集的发电机的N个转速值(即，每个采样时间点采集一次转速值共采集N个转速值)；将每组的N个转速值之中处于第一预设区间的转速值的数量与N之间的比值，作为相应的每个时间间隔对应的避转速时长占比，其中，M为大于1的整数，N为大于1的整数。应该理解，每组对应于一个时间间隔，不同组对应的时间间隔不同。
作为示例，所述预设标准比例可指示在正常避转速跳转情况下，在所述预设时长内，转速处于避转速区间的总时长占所述预设时长的比例，因而，当任一时间间隔对应的避转速时长占比超过这个正常比例时，可说明该时间间隔内的避转速情况存在异常。
作为示例，所述预设标准比例可基于以下项之中的至少一项而确定：风力发电机组从低转速向高转速穿越避转速区间所需的上跳时长(即，(Whigh-Wlow)/V1)、从高转速向低转速穿越避转速区间所需的下跳时长(即，(Whigh-Wlow)/V2)、预设的在所述预设时长内正常可穿越避转速区间的次数、以及所述预设时长的长度。
作为示例，所述预设标准比例可为Ks：Tmax*I*J/L，其中，Tmax指示所述上跳时长和所述下跳时长之中的最大值、I指示余量系数、J指示预设的在所述预设时长内正常可穿越避转速区间的次数、L指示所述预设时长的长度。
这里，所述预设时长内正常可穿越避转速区间的次数可根据实际运行情况、仿真模拟、人为经验之中的至少一项来确定。例如，当所述预设时长的长度为20min时，所述预设时长内正常可穿越避转速区间的次数可为10。为了在使用预设标准比例进行判断时留有一定的余量，能够接受一定程度的偏差，增加了一个余量系数I，例如，I可取1.1-1.5之间的数值。作为示例，Tmax可为10-30s之间的数值，例如，Wlow＝7rpm，Whigh＝11rpm，设定的V1＝V2＝0.2rpm/s(即，避转速控制的要求是以每秒0.2rpm的速度快速通过避转速区间)，则正常穿越/跳跃一次避转速区间的时间就是T1＝T2＝(Whigh-Wlow)/V1＝20s，假设上跳速度V1和下跳速度V2相等，则上跳时间(Whigh-Wlow)/V1和下跳时间(Whigh-Wlow)/V2)相同，则Tmax＝20s。例如，当L＝20min，J＝10，I＝1.2，Tmax＝20s时，所述预设标准比例为0.2。
图5示出根据本发明示例性实施例的确定历史运行时段中的每个时间间隔对应的避转速时长占比的方法的流程图。
如图5所示，在步骤S101，获取风力发电机组的历史运行时段的运行数据，其中，所述运行数据包括转速值。
在步骤S102，以所述预设时长为间隔，将所述历史运行时段的运行数据，划分为M组运行数据，具体地，每隔预设时长对所述历史运行时段进行划分，划分得到的每个时间间隔的运行数据形成一组运行数据。每组运行数据包括：在连续N个采样时间点(也即，N个运行点)采集的发电机的N个转速值，并且，所述N个转速值按照对应的采样时间点的先后顺序被排列。应该理解，N取决于所述预设时长的长度和运行数据采样周期。
作为示例，所述历史运行时段可为最近一个月，所述预设时长可为10min-30min之间的数值。
在步骤S103，判断i是否小于或等于M，其中，i的初始值为1。
当在步骤S103确定i小于或等于M时，执行步骤S104，判断j是否小于或等于N，其中，j的初始值为1。
当在步骤S104确定j小于或等于N时，执行步骤S105，提取第i组运行数据中的第j个转速值wij，并使得j＝j+1。
在步骤S105之后，执行步骤S106，判断提取的第i组运行数据中的第j个转速值wij是否大于(Wlow+We1)且小于(Whigh-We2)。
当在步骤S106确定wij大于(Wlow+We1)且小于(Whigh-We2)时，执行步骤S107，令Ni＝Ni+1，并返回执行步骤S104，其中，Ni的初始值为0。
当在步骤S106确定wij≤(Wlow+We1)、或者wij≥(Whigh-We2)时，返回执行步骤S104。
当在步骤S104确定j大于N时，执行步骤S108，令Ki＝Ni/N，使得i＝i+1，并返回执行步骤S103。
当在步骤S103确定i大于M时，执行步骤S109，记录所有Ki，即，记录K1，K2，K3，……，KM。这里，所有Ki即为所述历史运行时段中的每个时间间隔对应的避转速时长占比。
返回图1，当在步骤S10确定机组反复通过避转速区间时，执行步骤S20，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。以使风力发电机组能够基于调整后的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数来执行控制，从而尽量避免风力发电机组反复通过避转速区间。
本发明考虑到机组在避转速区间内反复通过的问题，如图6所示，避转速区间为(10，11.8)，额定转速为12.5rpm。图6中示出了机组转速反复进入避转速区间的情况，而这会导致机组共振异常、载荷超限等问题。本发明分析后得知这种情况一般是当设计的额定转速Wrated与避转速区间的上边界值Whigh比较接近时，如果变桨或扭矩控制参数设置不当，会导致转速控制不稳，会由额度转速波动到避转速区间内，如图6中，可以看出额定转速应控制在12.5rpm，但当控制不稳定时会使转速大幅度波动，转速值最低可波动到避转速区间的上边界值Whigh以下，从而使转速运行于避转速区间内。
在现有技术中，关于机组反复通过避转速区间的异常评估还属于空白，主要原因是：上述原因的不确定性，很难在样机测试时发现。而机组反复通过避转速区间的异常往往会带来以下两种问题：一是长时间处于避转速区间运行，振动增大到相应的保护阈值时，导致停机故障；二是长时间或短时处于避转速区间运行，但振动未达到相应的保护阈值，短期内可能看不到影响(例如，停机故障)，但长期累积下去会带来发电量损失和部件疲劳寿命折损，造成以发电量损失和部件损坏为代价，但即使是这样也很难发现造成上述问题的原因是避转速情况异常。
作为示例，可根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数，以降低转速过调节引起的转速偏离额定转速值波动进避转速区间的情况。
作为示例，调整的变桨控制系统的参数可包括：变桨控制系统所使用的PID控制的PID参数。这里，变桨控制系统所使用的PID控制是用于基于叶片的桨距角实测值等控制叶片的桨距角的PID控制。
作为示例，调整的电磁扭矩控制参数可包括：电磁扭矩控制所使用的PID控制的PID参数。这里，电磁扭矩控制所使用的PID控制是用于基于电磁扭矩实测值等控制电磁扭矩的PID控制。
作为示例，可根据转速处于避转速区间的统计信息，减小变桨控制系统所使用的PID控制的PID参数，和/或，减小电磁扭矩控制所使用的PID控制的PID参数。
作为示例，可根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。具体说来，可根据异常的避转速时长占比(即，超过预设标准比例的避转速时长占比)的分布情况，确定导致避转速情况异常的原因，如果根据异常的避转速时长占比的分布情况确定是由于变桨控制参数和/或扭矩控制参数设置不当，导致在额定转速附近控制不稳、转速大幅度波动，如果避转速区间的上边界值与额定转速值相差较小，就会导致转速从额定转速值波动到避转速区间，因此，可相应地调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。
作为示例，可当所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔的数量超过第三预设数量时，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数，其中，所述预设风速段为在额定转速所对应的风速附近的风速段。作为示例，额定转速所对应的风速段为在哪一风速段，转速会处于额定转速。作为示例，在额定转速所对应的风速段附近的风速段可为：包括额定转速所对应的风速段的风速段，且该风速段的下边界值比额定转速所对应的风速段的下边界值小第一预设值，上边界值比额定转速所对应的风速段的上边界值大第二预设值。对应于预设风速段的时间间隔指：风力发电机组在该时间间隔时环境风速值处于所述预设风速段。
作为示例，可根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，确定变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的调整量，并基于确定的调整量调整对应的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。应该理解，变桨控制参数或电磁扭矩控制参数当前的参数值与确定的对应的调整量之差，即为调整后的参数值，应该理解，针对不同变桨控制参数确定的调整量可不同或相同，针对不同电磁扭矩控制参数确定的调整量可不同或相同。
作为示例，所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔所对应的避转速时长占比，远离预设标准比例的远离程度越大和/或远离预设标准比例的数量越多，变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的调整量可越大。换言之，调整量与满足预设条件的避转速时长占比远离预设标准比例的远离程度和/或其中远离预设标准比例的数量呈正相关，预设条件即为超过预设标准比例且对应的时间间隔对应于预设风速段。
在一个实施例中，根据本发明示例性实施例的方法所使用的运行数据可为风电场内同一型号的多台风力发电机组的运行数据，通过执行所述方法，可对该型号的所述多台风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数进行统一调整。相应地，所述方法可由风电场的控制器执行。
在另一个实施例中，根据本发明示例性实施例的方法所使用的运行数据可为单独一台风力发电机组的运行数据，通过执行所述方法，可对该台风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数进行单独调整。相应地，所述方法可由风电场的控制器执行，也可由该风力发电机组的控制器执行。
图7示出风电场的同一型号的所有风力发电机组的不同时间间隔对应的避转速时长占比Ki的分布情况，图中的横坐标指示风速，纵坐标指示Ki值，所述预设标准比例Ks为0.2，每个点指示一台风力发电机组在一个时间间隔下对应的避转速时长占比，因此，避转速时长占比超过0.2的点为异常点，否则为正常点。可以看出，图7中的点集在左侧形成三角形结构，以风速6m/s附近为中心，中心对应的正好是避转速区间对应的风速段的正中间，风所提供的能量使转速处于避转速区间的上边界值和下边界值之间，如果风速偏小，转速会长时间停留在下边界值，如果风速偏大，转速会长时间停留在上边界值，左侧的三角形结构是正常的，但明显右侧有离群散点，这些散点在高风速段出现，且大部分的Ki值都超过了0.2，因此，根据避转速时长占比的这种分布情况(即，出现大量异常点，且大量异常点对应的风速处于高风速段)，可确定风力发电机组的避转速情况异常的原因是：在高风速段，机组处于满发或是接近满发状态，此时转速处于额定转速值附近，并随着功率的增加，开始执行变桨功能，如图8所示，变桨控制系统通常是根据当前电磁扭矩/功率以及目标转速进行PID控制，但如果PID参数设置不合理，或是扭矩控制参数设置不合理，会造成变桨执行问题，如图6中方框内所示的转速波动为因变桨执行出现问题所导致的，当转速波动到避转速区间时，会导致Ki在高风速段异常偏高，出现离群散点，因此，可通过调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数来改善这种情况，并可进一步根据异常点的分布，确定调整量大小，例如，对应于高风速的异常点远离Ks的程度越大且远离Ks的数量越多，则变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的调整量越大。
根据本发明的示例性实施例，能够快速、准确地评估风力发电机组的避转速情况是否存在异常，并进一步结合根因分析和诊断，针对造成避转速情况异常的原因对变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数进行相应调整，以实现跳出异常，回归机组正常运行状态，避免进一步的振动超限和载荷增大。
图9示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的避转速控制装置的框图。
如图9所示，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的避转速控制装置包括：异常识别单元10和调整单元20。
具体说来，异常识别单元10用于根据发电机的转速处于避转速区间的统计信息，识别风力发电机组是否反复通过避转速区间。
调整单元20用于当确定风力发电机组反复通过避转速区间时，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。
作为示例，发电机的转速处于避转速区间的统计信息可包括：发电机的转速处于避转速区间的统计时长和/或进入避转速区间的统计次数。
作为示例，异常识别单元10可根据风力发电机组的历史运行时段的运行数据，确定所述历史运行时段中的每个时间间隔对应的避转速时长占比；当所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔的总数量超过第一预设数量时，确定风力发电机组反复通过避转速区间；其中，每个时间间隔对应的避转速时长占比为：该时间间隔内转速处于避转速区间之中的第一预设区间的总时长占预设时长的比例，其中，每个时间间隔的长度为所述预设时长。
作为示例，异常识别单元10可根据风力发电机组的所述历史运行时段的运行数据，确定所述历史运行时段中的每个时间间隔内转速从额定转速附近进入第一预设区间的跳转次数，并当所述历史运行时段之中对应的跳转次数超过预设标准次数的时间间隔的总数量超过第二预设数量时，确定风力发电机组反复通过避转速区间。
作为示例，异常识别单元10可以所述预设时长为间隔，将所述历史运行时段的运行数据，划分为M组运行数据，其中，每组运行数据包括：在连续N个采样时间点采集的发电机的N个转速值；将每组的N个转速值之中处于第一预设区间的转速值的数量与N之间的比值，作为相应的每个时间间隔对应的避转速时长占比，其中，M为大于1的整数，N为大于1的整数。
作为示例，所述预设标准比例可基于以下项之中的至少一项而确定：风力发电机组从低转速向高转速穿越避转速区间所需的上跳时长、从高转速向低转速穿越避转速区间所需的下跳时长、预设的在所述预设时长内正常可穿越避转速区间的次数、以及所述预设时长的长度。
作为示例，所述预设标准比例可为：Tmax*I*J/L，其中，Tmax指示所述上跳时长和所述下跳时长之中的最大值、I指示余量系数、J指示预设的在所述预设时长内正常可穿越避转速区间的次数、L指示所述预设时长的长度。
作为示例，调整的变桨控制系统的参数可包括：变桨控制系统所使用的PID控制的PID参数。
作为示例，调整的电磁扭矩控制参数可包括：电磁扭矩控制所使用的PID控制的PID参数。
作为示例，调整单元20可根据转速处于避转速区间的统计信息，减小变桨控制系统所使用的PID控制的PID参数，和/或，减小电磁扭矩控制所使用的PID控制的PID参数。
作为示例，调整单元20可根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。
作为示例，调整单元20可当所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔的数量超过第三预设数量时，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数，其中，所述预设风速段为在额定转速所对应的风速附近的风速段。
作为示例，调整单元20可根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，确定变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的调整量，并基于确定的调整量调整对应的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数，其中，所述预设风速段为在额定转速所对应的风速附近的风速段。
作为示例，所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔所对应的避转速时长占比，远离预设标准比例的远离程度越大和/或远离预设标准比例的数量越多，变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的调整量可越大。
应该理解，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的避转速控制装置所执行的具体处理已经参照图1-8进行了详细描述，这里将不再赘述相关细节。
应该理解，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的避转速控制装置中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个装置所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个装置。
此外，本发明的示例性实施例还提供一种风力发电机组，如图2所示，该风力发电机组包括发电机、变流器、数据采集模块(图中未示出)和控制器，其中，所述发电机包括定子和与叶轮机械连接的转子；所述变流器与定子绕组电性耦合连接；数据采集模块被配置为采集发电机的转速；控制器被配置为设置变流器的电磁扭矩参数，以控制所述定子绕组中的电流，从而控制发电机的转速，所述控制器被配置为执行如上述示例性实施例所述的风力发电机组的避转速控制方法。作为示例，数据采集模块可包括转速传感器。此外，数据采集模块还可被配置为采集风力发电机组的电磁扭矩、环境风速等信息。
本发明的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上述示例性实施例所述的风力发电机组的避转速控制方法。该计算机可读存储介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
虽然已表示和描述了本发明的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (15)

1.一种风力发电机组的避转速控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据发电机的转速处于避转速区间的统计信息，识别风力发电机组是否反复通过避转速区间；
当确定风力发电机组反复通过避转速区间时，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发电机的转速处于避转速区间的统计信息包括：发电机的转速处于避转速区间的统计时长和/或进入避转速区间的统计次数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据发电机的转速处于避转速区间的统计信息，识别风力发电机组是否反复通过避转速区间的步骤包括：
根据风力发电机组的历史运行时段的运行数据，确定所述历史运行时段中的每个时间间隔对应的避转速时长占比，其中，每个时间间隔对应的避转速时长占比为：该时间间隔内转速处于避转速区间之中的第一预设区间的总时长占预设时长的比例；
当所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔的总数量超过第一预设数量时，确定风力发电机组反复通过避转速区间；
或者，
根据风力发电机组的所述历史运行时段的运行数据，确定所述历史运行时段中的每个时间间隔内转速从额定转速附近进入第一预设区间的跳转次数，并当所述历史运行时段之中对应的跳转次数超过预设标准次数的时间间隔的总数量超过第二预设数量时，确定风力发电机组反复通过避转速区间，
其中，每个时间间隔的长度为所述预设时长。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设标准比例基于以下项之中的至少一项而确定：风力发电机组从低转速向高转速穿越避转速区间所需的上跳时长、从高转速向低转速穿越避转速区间所需的下跳时长、预设的在所述预设时长内正常可穿越避转速区间的次数、以及所述预设时长的长度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设标准比例为：Tmax*I*J/L，
其中，Tmax指示所述上跳时长和所述下跳时长之中的最大值、I指示余量系数、J指示预设的在所述预设时长内正常可穿越避转速区间的次数、L指示所述预设时长的长度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整的变桨控制系统的参数包括：变桨控制系统所使用的PID控制的PID参数；
调整的电磁扭矩控制参数包括：电磁扭矩控制所使用的PID控制的PID参数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的步骤包括：
根据转速处于避转速区间的统计信息，减小变桨控制系统所使用的PID控制的PID参数，和/或，减小电磁扭矩控制所使用的PID控制的PID参数。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的步骤包括：
根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的步骤包括：
当所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔的数量超过第三预设数量时，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数，
其中，所述预设风速段为在额定转速所对应的风速附近的风速段。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的步骤包括：
根据所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔所对应的避转速时长占比的分布，确定变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的调整量，并基于确定的调整量调整对应的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数，
其中，所述预设风速段为在额定转速所对应的风速附近的风速段。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
所述历史运行时段之中对应的避转速时长占比超过预设标准比例且对应于预设风速段的时间间隔所对应的避转速时长占比，远离预设标准比例的远离程度越大和/或远离预设标准比例的数量越多，变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数的调整量越大。
12.一种风力发电机组的避转速控制装置，其特征在于，所述装置包括：
异常识别单元，根据发电机的转速处于避转速区间的统计信息，识别风力发电机组是否反复通过避转速区间；
调整单元，当确定风力发电机组反复通过避转速区间时，根据转速处于避转速区间的统计信息，调整风力发电机组的变桨控制系统的参数和/或电磁扭矩控制参数。
13.一种风力发电机组，其特征在于，包括：
发电机，其包括定子和与叶轮机械连接的转子；
变流器，其与定子绕组电性耦合连接；
数据采集模块，被配置为采集发电机的转速；
控制器，被配置为设置变流器的电磁扭矩参数以控制发电机的转速，所述控制器执行如权利要求1至11中的任意一项所述的避转速控制方法。
14.根据权利要求13所述的风力发电机组，其特征在于，所述发电机为永磁发电机，所述风力发电机组为直驱型。
15.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至11中的任意一项所述的风力发电机组的避转速控制方法。
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