CN114718811B - 一种基于gps监测风机叶片状态的自适应控制方法 - Google Patents

一种基于gps监测风机叶片状态的自适应控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法，包括叶片轨迹监测及控制、叶片净空距离监测及控制、叶片扭转形变监测及控制以及叶片颤振监测及控制，其中叶片轨迹监测及控制是利用风电机组叶片轨迹监测系统的实时轨迹数据，判断当前机组叶片运行轨迹是否正常，若运行轨迹偏离初始轨迹且超过阈值，则执行叶片轨迹调整策略使叶片轨迹恢复正常并保持。本发明利用已有的有关GPS对叶片多种状态监测结果数据，获取叶片对应状态。风电机组控制系统结合实时同步对标风电机组状态，通过控制闭环，触发相关控制指令，通过变桨、降低叶片运行载荷，保证机组叶片安全。

Description

一种基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法
技术领域
本发明涉及风力发电测控技术领域，尤其涉及一种基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法。
背景技术
随着现代工业不断发展，能源消耗量与日俱增，以风能、太阳能为代表的可再生能源长期内保持稳定增长。风力发电机组是收集风能和产生电能的设备，叶片是收集风能的核心部件。由于叶片具有较高柔性，在承受风力、叶片重量、离心力等所带来的李和弯矩以及环境因素影响下，会失速而产生不可预测振动、形变等，从而导致叶片结构发生破坏、失效，影响发电机组正常运行。
风力发电机组由多个部分组长，而控制系统贯穿到每个部分，其相当于风电系统的神经。因此控制系统的质量直接关系到风力发电机组的工作状态、发电量的多少以及设备的安全性。风电机组控制系统根据不同属于参数，不同机组状态，执行不同控制策略，从发电量最优、安全性最优等多个维度保证风电机组始终处于最优状态。
目前，风电厂家均具有自己的控制系统和控制策略，同时采用不同控制平台，并将控制系统设计作为公司核心保护机密。在行业控制系统设计中，均无一套针对叶片安全保护的控制方法，即通过利用叶片监测手段结果数据，完成叶片状态实时监测，并通过闭环控制保证风电机组叶片安全，降低叶片运行载荷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提出了一种基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法，利用已有的有关GPS对叶片多种状态监测结果数据，获取叶片对应状态。风电机组控制系统结合实时同步对标风电机组状态，通过控制闭环，触发相关控制指令，通过变桨、降低叶片运行载荷，保证机组叶片安全。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法，包括：
叶片轨迹监测及控制：利用风电机组叶片轨迹监测系统的实时轨迹数据，判断当前机组叶片运行轨迹是否正常，若运行轨迹偏离初始轨迹且超过阈值，则执行叶片轨迹调整策略使叶片轨迹恢复正常并保持；
叶片净空距离监测及控制：利用叶片净空计算方法计算出的实时净空距离，判断当前叶片到塔筒距离是否安全，若实时净空距离小于阈值，则执行净空距离调整策略使实时净空距离处于安全阈值之内并保持；
叶片扭转形变监测及控制：利用叶片扭转变形在线监测系统输出的叶片扭转变形状态值，判断当前叶片扭转形变是否正常，若扭转形变超过正常扭转范围，则执行叶片扭转调整策略使扭转形变处于正常扭转范围之内并保持；
叶片颤振监测及控制：利用叶片颤振监测系统输出的颤振状态数据，判断当前叶片颤振是否危险，若颤振超过正常颤振范围，则执行叶片颤振调整策略使叶片颤振得到抑制并保持。
进一步地，在风电机组刚开始变桨运转过程中，通过风电机组控制系统多次记录三支叶片和单独一支叶片的运行圆形轨迹，记录圆形半径；实时对比风电机组叶片轨迹系统提供的三支叶片和单独一支叶片运行轨迹，一旦轨迹形状偏离最初圆形轨迹形状过大，就触发闭环控制。
进一步地，所述闭环控制包括：风电机组控制系统根据轨迹偏离特征执行相应的叶片轨迹调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测轨迹偏离状态，直到叶片轨迹恢复正常并保持，同时及时将预警信号发送至前端前台。
进一步地，在叶片净空距离监测及控制时，通过叶片净空距离计算方法计算出的净空距离实时传送至风电机组控制系统，风电机组控制系统实时对比净空距离是否处于安全阈值之内，一旦超过安全阈值，风电机组控制系统根据实时净空距离执行相应的净空调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测净空距离，直到净空距离处于安全阈值之内并保持。
进一步地，在叶片扭转形变监测及控制时，风电机组控制系统实时接收叶片扭转形变是否超过安全阈值，一旦扭转形变超过安全阈值，风电机组控制系统根据实时扭转状态执行相应的叶片扭转调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测扭转状态恢复情况，直到扭转形变处于安全阈值之内并保持。
进一步地，在叶片颤振监测及控制时，风电机组控制系统实时接收叶片颤振状态监测系统结果和颤振幅值，一旦叶片颤振幅值超过安全阈值，同时当前颤振属于不正常颤振，则风电机组控制系统根据叶片颤振状态执行相应的叶片颤振调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测叶片颤振状态恢复情况，直到叶片颤振得到抑制并保持。
进一步地，风电机组控制系统按照以下步骤完成相应的调整策略：
S1.安全保护：根据偏离阈值程度执行收桨，同时根据需要调整偏航策略；
S2.安全确认：停止执行收桨，监测状态是否回复并保持；
S3.动态调整：S301.状态保持一定时间后，逐渐取消收桨限制；S302.在调整过程中实时监测偏离阈值状态，确保在阈值范围之内，一旦超出阈值，则再次执行收桨及偏航动作来恢复到阈值范围内；S303.通过动态调整，直至完全取消收桨限制或调整到对发电量影响最小的最优限制；
S4.退出：恢复正常的变桨控制及偏航控制。
进一步地，所述偏航策略包括间歇执行小幅度偏航动作和小幅度偏离风向。
本发明的有益效果在于：
本发明利用已有的有关GPS对叶片多种状态监测结果数据，获取叶片对应状态。风电机组控制系统结合实时同步对标风电机组状态，通过控制闭环，触发相关控制指令，通过变桨、降低叶片运行载荷，可保证机组叶片安全，同时可最大程度提高发电效率。
附图说明
图1是本发明实施例的基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法流程图。
图2是本发明实施例的基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法控制原理图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法，包括：叶片轨迹监测及控制、叶片净空距离监测及控制、叶片扭转形变监测及控制以及叶片颤振监测及控制，具体说明如下。
叶片轨迹监测及控制，是利用风电机组叶片轨迹监测系统的实时轨迹数据，判断当前机组叶片运行轨迹是否正常，若运行轨迹偏离初始轨迹且超过阈值，则执行叶片轨迹调整策略使叶片轨迹恢复正常并保持。
由于风电机三支具有同步变桨、同步运行行为，三支叶片共同运行和单独一支叶片运行轨迹在正常情况下均为一个半径确定的圆形轨迹。为了获取正常情况下两种情况下的运行轨迹，在风电机组刚开始变桨运转过程中，通过风电机组控制系统多次记录机组刚开始变桨运转过程中两种情况的运行轨迹，并记录圆形轨迹半径。实时对比风电机组叶片轨迹系统提供的三支叶片和单独一支叶片运行轨迹，一旦轨迹形状偏离最初圆形轨迹形状过大，就触发闭环控制。具体地，风电机组控制系统根据轨迹偏离特征执行相应的叶片轨迹调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测轨迹偏离状态，直到叶片轨迹恢复正常并保持，同时及时将预警信号发送至前端前台，提醒运维人员注意。
叶片净空距离监测及控制，是利用叶片净空计算方法计算出的实时净空距离，判断当前叶片到塔筒距离是否安全，若实时净空距离小于阈值，则执行净空距离调整策略使实时净空距离处于安全阈值之内并保持。具体地，通过叶片净空距离计算方法计算出的净空距离实时传送至风电机组控制系统，风电机组控制系统实时对比净空距离是否处于安全阈值之内，一旦超过安全阈值，风电机组控制系统根据实时净空距离执行相应的净空调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测净空距离，直到净空距离处于安全阈值之内并保持。
叶片扭转形变监测及控制，是利用叶片扭转变形在线监测系统输出的叶片扭转变形状态值，判断当前叶片扭转形变是否正常，若扭转形变超过正常扭转范围，则执行叶片扭转调整策略使扭转形变处于正常扭转范围之内并保持。具体地，风电机组控制系统实时接收叶片扭转形变是否超过安全阈值，一旦扭转形变超过安全阈值，风电机组控制系统根据实时扭转状态执行相应的叶片扭转调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测扭转状态恢复情况，直到扭转形变处于安全阈值之内并保持。
叶片颤振监测及控制，是利用叶片颤振监测系统输出的颤振状态数据，判断当前叶片颤振是否危险，若颤振超过正常颤振范围，则执行叶片颤振调整策略使叶片颤振得到抑制并保持。具体地，风电机组控制系统实时接收叶片颤振状态监测系统结果和颤振幅值，一旦叶片颤振幅值超过安全阈值，同时当前颤振属于不正常颤振，则风电机组控制系统根据叶片颤振状态执行相应的叶片颤振调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测叶片颤振状态恢复情况，直到叶片颤振得到抑制并保持。
优选地，风电机组控制系统按照以下步骤完成相应的调整策略：
S1.安全保护：根据偏离阈值程度执行收桨，同时根据需要调整偏航策略；优选地，偏航策略包括间歇执行小幅度偏航动作和小幅度偏离风向；
S2.安全确认：停止执行收桨，监测状态是否回复并保持；
S3.动态调整：S301.状态保持一定时间后，逐渐取消收桨限制；S302.在调整过程中实时监测偏离阈值状态，确保在阈值范围之内，一旦超出阈值，则再次执行收桨及偏航动作来恢复到阈值范围内；S303.通过动态调整，直至完全取消收桨限制或调整到对发电量影响最小的最优限制；
S4.退出：恢复正常的变桨控制及偏航控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法，其特征在于，包括：
叶片轨迹监测及控制：利用风电机组叶片轨迹监测系统的实时轨迹数据，判断当前机组叶片运行轨迹是否正常，若运行轨迹偏离初始轨迹且超过阈值，则执行叶片轨迹调整策略使叶片轨迹恢复正常并保持；
叶片净空距离监测及控制：利用叶片净空计算方法计算出的实时净空距离，判断当前叶片到塔筒距离是否安全，若实时净空距离小于阈值，则执行净空距离调整策略使实时净空距离处于安全阈值之内并保持；
叶片扭转形变监测及控制：利用叶片扭转变形在线监测系统输出的叶片扭转变形状态值，判断当前叶片扭转形变是否正常，若扭转形变超过正常扭转范围，则执行叶片扭转调整策略使扭转形变处于正常扭转范围之内并保持；
叶片颤振监测及控制：利用叶片颤振监测系统输出的颤振状态数据，判断当前叶片颤振是否危险，若颤振超过正常颤振范围，则执行叶片颤振调整策略使叶片颤振得到抑制并保持；
风电机组控制系统按照以下步骤完成相应的调整策略：
S1.安全保护：根据偏离阈值程度执行收桨，同时根据需要调整偏航策略，所述偏航策略包括间歇执行小幅度偏航动作和小幅度偏离风向；
S2.安全确认：停止执行收桨，监测状态是否回复并保持；
S3.动态调整：S301.状态保持一定时间后，逐渐取消收桨限制；S302.在调整过程中实时监测偏离阈值状态，确保在阈值范围之内，一旦超出阈值，则再次执行收桨及偏航动作来恢复到阈值范围内；S303.通过动态调整，直至完全取消收桨限制或调整到对发电量影响最小的最优限制；
S4.退出：恢复正常的变桨控制及偏航控制。
2.根据权利要求1所述的基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法，其特征在于，在风电机组刚开始变桨运转过程中，通过风电机组控制系统多次记录三支叶片和单独一支叶片的运行圆形轨迹，记录圆形半径；实时对比风电机组叶片轨迹系统提供的三支叶片和单独一支叶片运行轨迹，一旦轨迹形状偏离最初圆形轨迹形状过大，就触发闭环控制。
3.根据权利要求2所述的基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法，其特征在于，所述闭环控制包括：风电机组控制系统根据轨迹偏离特征执行相应的叶片轨迹调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测轨迹偏离状态，直到叶片轨迹恢复正常并保持，同时及时将预警信号发送至前端前台。
4.根据权利要求1所述的基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法，其特征在于，在叶片净空距离监测及控制时，通过叶片净空距离计算方法计算出的净空距离实时传送至风电机组控制系统，风电机组控制系统实时对比净空距离是否处于安全阈值之内，一旦超过安全阈值，风电机组控制系统根据实时净空距离执行相应的净空调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测净空距离，直到净空距离处于安全阈值之内并保持。
5.根据权利要求1所述的基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法，其特征在于，在叶片扭转形变监测及控制时，风电机组控制系统实时接收叶片扭转形变是否超过安全阈值，一旦扭转形变超过安全阈值，风电机组控制系统根据实时扭转状态执行相应的叶片扭转调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测扭转状态恢复情况，直到扭转形变处于安全阈值之内并保持。
6.根据权利要求1所述的基于GPS监测风机叶片状态的自适应控制方法，其特征在于，在叶片颤振监测及控制时，风电机组控制系统实时接收叶片颤振状态监测系统结果和颤振幅值，一旦叶片颤振幅值超过安全阈值，同时当前颤振属于不正常颤振，则风电机组控制系统根据叶片颤振状态执行相应的叶片颤振调整策略，包含动态调整桨角及执行偏航动作，在执行过程中实时监测叶片颤振状态恢复情况，直到叶片颤振得到抑制并保持。
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