CN114876732A - 一种风电机组变桨的控制方法及装置 - Google Patents

一种风电机组变桨的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供的风电机组变桨的控制方法、装置、存储介质中，构建风电机组控制模型，利用风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型，利用目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现风电机组最大风能捕获。由此可知，本申请利用目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，可以有效地控制机组的转速跟随风速的变化，保持不同风速下最佳叶尖速比和最大功率转化系数，使机组的输出功率在最优的区域，从而实现了最大风能捕获，同时降低了机组机械载荷。

Description

一种风电机组变桨的控制方法及装置
技术领域
本申请涉及风力发电领域，尤其涉及一种风电机组变桨的控制方法、装置、存储介质。
背景技术
随着风电技术的大力发展，风电各利益方对风电技术提出了更高要求，需要提升风电机组的整机控制。大型风电机组的各部件质量大、柔性程度高，机组承受载荷情况复杂，因此需要在实现最大风能捕获的同时保证机组运行安全。
但是，目前各风场安装运行的风机，主控系统控制策略的参数都是按照标准条件计算得出的，计算中使用的都是标准的空气密度、环境温度、海拔高度等，忽略了具体的风电场工况，使得参数变化规律造成风机超速故障频发，使得风电机组不能稳定运行。
发明内容
本申请提供一种风电机组变桨的控制方法、装置、存储介质，用于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
本申请第一方面实施例提出一种风电机组变桨的控制方法，包括：
构建风电机组控制模型；
利用所述风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对所述风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型；
利用所述目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现所述风电机组最大风能捕获。
本申请第二方面实施例提出一种风电机组功率曲线建模装置，包括：
构建模块，用于构建风电机组控制模型；
修正模块，用于利用所述风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对所述风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型；
控制模块，用于利用所述目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现所述风电机组最大风能捕获。
本申请第三方面实施例提出的计算机存储介质，其中，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令；所述计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现如上第一方面所述的方法。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本公开提供的风电机组变桨的控制方法、装置、存储介质中，构建风电机组控制模型，利用风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型，利用目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现风电机组最大风能捕获。由此可知，本申请利用目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，可以有效地控制机组的转速跟随风速的变化，保持不同风速下最佳叶尖速比和最大功率转化系数，使机组的输出功率在最优的区域，从而实现了最大风能捕获，同时降低了机组机械载荷。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请一种风电机组变桨的控制方法的流程示意图；
图2为根据本申请一种风电机组变桨的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的风电机组变桨的控制方法及装置。
实施例一
图1为根据本申请一个实施例提供的风电机组变桨的控制方法的流程示意图，如图1所示，可以包括：
步骤101、构建风电机组控制模型。
其中，在本申请的一个实施例之中，上述风电机组控制模型可以结合具体地点的特殊气象条件进行动态随机建立，由2个部分叠加而成，即V(t)＝Vs (t)+Vt(t)；
其中，上述Vs(t)是低频部分(例如长期、低频变化)；Vt(t)是湍流部分(例如快速、高频变化)，低频部分的模型用威布尔分布来表示，高频部分是快速风速变化部分建立的模型，利用凯马模型中频谱精确的对湍流进行描述，再运用冯卡门模型整形滤波为一阶滤波湍流模型。
以及，在本申请的一个实施例之中，上述风电机组控制模型研究叶片安装角随着展向的变化规律，设计了工况下叶片不同截面来流攻角变化规律及绕流特性；紊流来流情况下叶片不同截面攻角及绕流特性；风速风向快速变化时叶片攻角及绕流特性；草原风与季风情况下机组叶片变桨控制策略。
进一步地，在本申请的一个实施例之中，上述风电机组控制模型修改了传统定点风速模型，固定点频谱修改为掠过风轮的风速频谱同时考虑不同截面的绕流，采用旋转采样滤波，充分将风转矩变化、固定点风速湍流影响考虑在模型中；同时风电机组控制模型也包括了当风速或桨距角突变时，产生的感应滞后子系统，有效减小风力波动对机组的整体控制难度，使得功率控制更加精准，以提升发电量。
此外，在本申请的一个实施例之中，风电机组控制模型以机组发电量最优为目标，采用滑模控制以得到最优的能量捕获，在转矩脉冲(控制输入)和优化跟踪之间进行平衡，实现一个多输入-多输出的优化控制。
步骤102、利用风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型。
其中，在本申请的一个实施例之中，上述风电机组控制模型的整体动态特性依赖于风轮和发电机两条机械的特性曲线的相对位置，控制负荷特征曲线的斜率调整机组的响应时间；进一步控制发电机转速通过变速调节直接控制捕捉能量，实现风电机组与电网之间解耦；确定风电机组柔性传动链的弹性系统的刚性系数和阻尼系数得到三阶线性模型；综合上述不同部分模型来建立不同结构的线性化模型，得出线性化特征值，利用线性特征值，对风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型。
以及，在本申请的一个实施例之中，上述不同部分可以包括：空气动力部分、传动链部分、发电机变频器部分。
步骤103、利用目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID 控制策略对变桨进行动态控制，以实现风电机组最大风能捕获。
其中，在本申请的一个实施例之中，可以将2MW变速恒频双馈风电机组为研究对象，以研究空气动力学基础理论和风紊流模型为起点，分析风电机组不同风况下的工作特性，在切入风速与额定风速之间，将模糊滑模变结构控制技术应用于机组功率控制当中，利用目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，并结合经典PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现机组最大风能捕获。
具体的，在本申请的一个实施例之中，利用目标风电机组控制模型得到功率控制函数为：
Figure BDA0003721792910000041
以及，在本申请的一个实施例之中，根据上述功率控制函数得到机组变桨控制函数为：
β＝β(λ,Cp(λ))
其中，通过计算不同功率P、风速V下的最优Cp，并结合经典PID控制算法动态调节β，使机组能够捕获最大功率。
以及，在本申请的一个实施例之中，基于目标风电机组控制模型中的功率控制函数和机组变桨控制函数可以有效地控制机组的转速跟随风速的变化，保持不同风速下最佳叶尖速比和最大功率转化系数，使机组的输出功率在最优的区域，实现最大风能捕获的同时降低机组机械载荷。
此外，在本申请的一个实施例之中，为保证目标风电机组控制模型的能在机组安全稳定的运行，在机组体检的过程中已提前做了调试，比如接地电阻的测试、绝缘测试以及常规机械检查等，以及在更新模型中的参数后需要对机组安全链，以及各个测量点进行确认，以保证模型的稳定性，确保机组的安全性。
以及，在本申请的一个实施例之中，机组调试优化的类型包括：安全性调试、叶片零位校正、机组参数精细化。
其中，在本申请的一个实施例之中，安全性调试的内容可以包括；安全链是机组独立于控制模型之外的一套紧急停机控制回路，属于风电机组的最后一道防线，可以包括：安全链保险、急停按钮、三个叶片故障、轮毂超速、机组振动、发电机超速、刹车存储继电器、看门狗、超出工作位置、轮毂驱动纯硬件回路。其中，确保机组安全的首要调试任务是安全链调试。以及，为了确保机组更加安全稳定的运行，应测试备用电池的性能，以保证失电时机组能够安全顺桨停机。
以及，在本申请的一个实施例之中，叶片的零位校正不仅是对叶片制造过程与设计产生误差的校正，更是影响发电量提升的重要因数，基于此目标风电机组控制模型中的控制策略是建立在机组叶片设计参数基础上的数学模型，叶片零位直接影响着发电量提升的效果，同时如果未校准零位会加大机组运行中的振动。
进一步地，在本申请的一个实施例之中，上述机组参数可以包括：每支叶片的重量、重心位置，发电机的转动惯量、开口电压、定转子额定电压及电流。上述机组参数将直接参与到模型控制策略的转矩控制中。
本公开提供的风电机组变桨的控制方法中，构建风电机组控制模型，利用风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型，利用目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现风电机组最大风能捕获。由此可知，本申请利用目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，可以有效地控制机组的转速跟随风速的变化，保持不同风速下最佳叶尖速比和最大功率转化系数，使机组的输出功率在最优的区域，从而实现了最大风能捕获，同时降低了机组机械载荷。
实施例二
图2为根据本申请一种风电机组变桨的控制装置的结构示意图，如图2所示，可以包括：
构建模块201，用于构建风电机组控制模型；
修正模块202，用于利用所述风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对所述风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型；
控制模块203，用于利用所述目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现所述风电机组最大风能捕获。
本公开提供的风电机组变桨的控制装置中，构建风电机组控制模型，利用风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型，利用目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现风电机组最大风能捕获。由此可知，本申请利用目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，可以有效地控制机组的转速跟随风速的变化，保持不同风速下最佳叶尖速比和最大功率转化系数，使机组的输出功率在最优的区域，从而实现了最大风能捕获，同时降低了机组机械载荷。
为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机存储介质。
本公开实施例提供的计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令；计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现如图1所示的方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种风电机组变桨的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
构建风电机组控制模型；
利用所述风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对所述风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型；
利用所述目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现所述风电机组最大风能捕获。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对所述风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型，包括：利用所述风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，建立所述风电机组不同部分的模型，综合不同部分的模型来建立不同结构的线性化模型，得到对应的线性特征值，利用所述线性特征值，对所述风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述不同部分包括：空气动力部分、传动链部分、发电机变频器部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现所述风电机组最大风能捕获，包括：所述目标风电机组控制模型通过模糊滑模变结构的功率控制函数建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对桨距角进行动态控制，以实现所述风电机组最大风能捕获。
5.一种风电机组变桨的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
构建模块，用于构建风电机组控制模型；
修正模块，用于利用所述风电机组中不同部分的动态特性及耦合特性，对所述风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型；
控制模块，用于利用所述目标风电机组控制模型建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对变桨进行动态控制，以实现所述风电机组最大风能捕获。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述修正模块，具体用于：
建立所述风电机组不同部分的线性化模型，得到所述不同部分对应的线性特征值，利用所述不同部分对应的线性特征值，对所述风电机组控制模型的参数进行修正，得到目标风电机组控制模型。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述不同部分包括：空气动力部分、传动链部分、发电机变频器部分。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制模块，具体用于：所述目标风电机组控制模型通过模糊滑模变结构的功率控制函数建立机组变桨控制函数，结合PID控制策略对桨距角进行动态控制，以实现所述风电机组最大风能捕获。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求1-4中任一所述的方法。
10.一种计算机存储介质，其中，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令；所述计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现权利要求1-4中任一所述的方法。
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