CN114893348A - 风力发电机的动态停机控制方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

风力发电机的动态停机控制方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明属于风力发电机技术领域，涉及一种风力发电机的动态停机控制方法，包括以下步骤：S1、实时监测采集的机组状态和机舱振动数据，针对采集到的机舱振动数据进行滤波处理，得到滤波后测量量；S2、查看机组的运行状态，判断是否为停机状态，若非停机状态，则返回S1；若为停机状态则执行S3；S3、判断是否是脱网故障，如非脱网故障，停机过程中增加一个变桨速率附加值，其随着滤波后测量量进行调整；如为脱网故障，变桨速率先以上限变桨速率设定，增加一个变桨速率附加值，该值随着滤波后测量量进行动态调整，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止。以达到减少振动，降低机组载荷冲击和安全风险的目的。

Description

风力发电机的动态停机控制方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明属于风力发电机技术领域，具体涉及一种风力发电机的动态停机控制方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
随着我国风资源开发转向低风速区，低风速风机已成为风电机组未来发展的主要趋势。同时为了降低成本，需要不断提高单机的发电功率，因而目前风机的一个重要发展趋势就是增加风机塔筒的高度以便于在高出获得更多的风力资源。
但高柔塔架也有一个较大的问题，由于高度更高，导致塔筒频率降低，在相同外部风况及运行情况下，其机组的振动问题较常规机组比较突出，一旦由于运行不当或是受到外界风况冲击变化，会激起塔架的长时间振动，造成机头大部件载荷和塔架基础载荷超限。其中，一个容易引起持续振荡的常见工况就是停机工况，当机组正常运行时，其风载输入与发电输出达到平衡，但一旦机组发生停机事件，如果控制不当，容易造成机组能量不平衡，带来持续的高幅值的振动情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电机的动态停机控制方法、系统、设备及存储介质，解决了停机过程中容易造成机组能量不平衡，带来持续的高幅值的振动情况的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种风力发电机的动态停机控制方法，包括以下步骤：
S1、实时监测采集的机组运行状态和机舱振动数据，针对采集到的机舱振动数据进行滤波处理，得到滤波后测量量；
S2、查看机组运行状态，判断是否为停机状态，若非停机状态，则返回S1；若为停机状态则执行S3；
S3、确定停机等级，判断是否是脱网故障，分为两种情况：
情况一、若非脱网故障，增加变桨速率附加值，其随着滤波后测量量进行调整，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止；
情况二、若为脱网故障，变桨速率先以上限变桨速率设定，之后增加变桨速率附加值，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止。
进一步，S1中，针对采集到的x方向机舱振动数据和y方向机舱振动数据进行滤波处理，分别得到滤波后测量量，记为Accx、Accy。
进一步，情况一具体包括以下步骤：
(1.1)在原有变桨速率基础上，增加一个正向的变桨速率附加值ΔPR；则变桨速率值实时为：PR＝PR0+ΔPR；
其中，ΔPR＝f1(Accx,Accy)，PR0为原有变桨速率，PR0保持不变，ΔPR动态调整；Accx为针对采集到的x方向机舱振动数据进行滤波处理后得到的滤波后测量量，Accy为针对采集到的y方向机舱振动数据进行滤波处理后得到的滤波后测量量；
(1.2)变桨角度持续增大，实时观察当前变桨角度，当变桨角度PA＜PAset2时，则继续执行步骤(1.1)的方法；
当变桨角度PAset2≤PA≤PAset3时，则ΔPR＝PR0；
(1.3)变桨角度持续增大，当变桨角度PA>PAset3时，风机达到了最大变桨位置，变桨速率为0，变桨停止。
进一步，情况二具体包括以下步骤：
(2.1)查看变桨角度PA是否小于设定值PA set1，如小于设定值PA set1，变桨速率PR按照最大变桨速率上限值确定，则PR＝PRmax；
(2.2)变桨角度PA持续增大，当变桨角度PA大于设定值PA set1时，在变桨速率PAmax设定值基础上，附加一个负向的变桨速率值ΔPR；
则变桨速率值实时为：PR＝PR max-ΔPR；
其中，ΔPR＝f2(Accx,Accy)；
(2.3)变桨角度持续增大，实时观察变桨角度，当变桨角度PA>PAset2时，PR＝PR0，PR0为原有变桨速率；
(2.4)变桨角度持续增大，当变桨角度PA>PAset3时，则风机达到了最大变桨位置，变桨速率为0，变桨停止。
进一步，变桨角度PA的数值范围为0-90°，PAset1小于10°，PAset2大于80°，PAset3为90°。
本发明还公开了一种风力发电机的动态停机控制系统，包括：
采集模块，用于实时监测采集的机组运行状态和机舱振动数据；
滤波模块，用于针对采集到的机舱振动数据进行滤波处理，得到滤波后测量量；
第一判断模块，用于根据机组运行状态，判断是否为停机状态，若非停机状态，则继续监测采集的机组运行状态和机舱振动数据；若为停机状态则启动第二判断模块；
第二判断模块，用于判断是否是脱网故障，分为两种情况：
情况一、若非脱网故障，停机过程中增加变桨速率附加值，其随着滤波后测量量进行调整，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止；
情况二、若为脱网故障，变桨速率先以上限变桨速率设定，之后增加变桨速率附加值，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止。
本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述风力发电机的动态停机控制方法的步骤。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述风力发电机的动态停机控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种风力发电机的动态停机控制方法，根据停机过程中的发电机能量输出以及停机过程中的振动情况，动态调整叶片系统变桨速率的大小，以达到减少振动，降低机组载荷冲击和安全风险的目的。确定停机等级后判断是否是脱网故障，如不是脱网故障，停机过程中增加一个变桨速率附加值，其随着滤波后测量量进行调整；如为脱网故障，变桨速率先以上限变桨速率设定，增加一个变桨速率附加值，该值随着滤波后测量量进行动态调整。本发明基于能量平衡的角度出发，根据故障的不同进行分类，做了两种控制算法实现，一种是基于甩负荷情况，即机组完全无扭矩和能量输出；一种是基于正常停机模式，机组可正常扭矩和能量输出的模式。
进一步，针对非脱网故障的情况，此时停机过程中还可以发电，这时可以不着急快速收桨，因为收桨过快也容易造成振动冲击，先以一个比较小的收桨速率进行变桨，然后再逐渐根据振动情况调整，如果振动大可降低一些速率，振动小可抬高一些速率。
进一步，针对脱离电网故障的情况，此时无法输出能量，能量堆积到风机本体，容易造成叶轮转速过快，振动过大，因而最开始变桨速率PR按照最大变桨速率上限值确定，要一个较大的收桨速率使得快速卸掉风能，然后再慢慢降低变桨速率，使其平稳过渡。
附图说明
图1为本发明的一种风力发电机的动态停机控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。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为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
本发明附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而仅仅是表示本发明选定的一种实施例。基于本发明的附图及实施例，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，都属于本发明保护范围。
以下结合实施例对本发明的特征和性能进一步详细说明。
本发明基于高柔塔架机组的运行机理出发，基于风机运行大数据的分析发现，振动多与突然甩负荷以及变桨有较大关系，因而维持能量平衡是将振动控制在一个合理范围的根本，因而提出了一套基于机组停机过程中的能量输出以及振动情况自适应调节变桨，以减少停机过程中的载荷冲击，降低机组运行风险。
如图1所示，本发明公开了一种风力发电机高柔塔架的动态停机控制方法，包括以下步骤：
S1、实时监测PLC采集的机组运行状态和机舱振动数据，针对PLC采集到的x方向和y方向机舱振动数据进行滤波处理，去除因传感原因导致的杂波以及冲击值，得到连续的滤波后测量量Accx,Accy；Accx即为机组x方向加速度，Accy即为y方向加速度；
S2、查看机组的运行状态，判断是否为停机状态，若非停机状态，则返回S1；若为停机状态则执行S3；
S3、确定停机等级，是否是脱网故障，停机等级是一个数字，比如1代表脱网故障，2代表非脱网故障，具体分为两种情况：
情况一、如不是脱网故障，增加一个变桨速率附加值，其随着滤波后测量量进行调整；
情况二、如为脱网故障，变桨速率先以上限变桨速率设定，增加一个变桨速率附加值，该值随着滤波后测量量进行动态调整。
情况一具体为：查看停机等级，当非脱网故障发生时，做如下处理：
(1.1)在原有变桨策略基础上，增加一个正向的变桨速率附加值ΔPR；即变桨速率值实时为：PR＝PR0+ΔPR；此时初始位置PA在0°左右；
其中，ΔPR＝f1(Accx,Accy)；PR0为初始变桨速率，这个一般不改变，是一个固定值；该函数是表示基于加速度的变化情况，来动态调整ΔPR，停机过程中一直往变桨角度增大的方向累加；
(1.2)变桨角度PA持续增大，实时观察当前变桨角度，判断当前变桨角度与PAset2的大小，当变桨角度PA＜PAset2时，则持续执行步骤(1.1)的方法，继续增加变桨角度；
当变桨角度PAset2≤PA≤PAset3时，则ΔPR＝PR0，；
(1.3)变桨角度持续增大，当变桨角度PA>PAset3时，即风机达到了最大变桨位置，变桨速率为0，变桨停止。
情况二具体为：查看停机等级，当脱网故障发生时，做如下处理：
(2.1)查看变桨角度是否小于设定值PA set1，如小于设定值PA set1，变桨速率按照最大变桨速率上限值确定，即PR＝PRmax；
(2.2)变桨角度持续增大，当变桨角度大于设定值PA set1时，在变桨速率PRmax设定值基础上，附加一个负向的变桨速率值ΔPR；即变桨速率值实时为：PR＝PR max-ΔPR；
其中，ΔPR＝f2(Accx,Accy)；
(2.3)变桨角度持续增大，实时观察变桨角度，当变桨角度PA>PAset2时，PR＝PR0，PR0为原有变桨速率；
(2.4)变桨角度持续增大，当变桨角度PA>PAset3时，即风机达到了最大变桨位置，变桨速率PR为0，变桨停止。
变桨角度，通常为0-90°范围，是指一个旋转角度，达到90°说明变桨到位，停止变桨，变桨速率为0。
PAset1、PAset2、PAset3为3个变桨角度设定值，通常PAset1为小于10°的数值，PAset2为大于80°的数值，PAset3为90°。
上述提到的PR代表变桨速率，PA代表变桨角度。如果没有变桨速率，变桨角度不变，如果变桨速率大于0，变桨角度持续增加，如果变桨速率小于0，变桨角度持续减少，变桨角度通常在0-90°之间，变桨速率通常在-5°/s至+5°/s之间。停机过程通常是指将变桨角度从0°变到90°的过程，动态调整变桨速率使其减少振动冲击。
通常停机过程中的变桨速率为恒定值，对于高柔塔架，如果不同风况不同停机等级下，突然的扭矩输出变化和变桨速率变化容易造成持续的振动，本发明根据停机过程中的发电机扭矩输出以及停机过程中的振动情况，动态调整变桨速率的大小，以达到减少振动，降低机组载荷冲击和安全风险的目的。
本发明还公开了一种风力发电机的动态停机控制系统，包括：
采集模块，用于实时监测采集的机组运行状态和机舱振动数据；
滤波模块，用于针对采集到的机舱振动数据进行滤波处理，得到滤波后测量量；
第一判断模块，用于根据机组运行状态，判断是否为停机状态，若非停机状态，则继续监测采集的机组运行状态和机舱振动数据；若为停机状态则启动第二判断模块；
第二判断模块，用于判断是否是脱网故障，分为两种情况：
情况一、若非脱网故障，停机过程中增加变桨速率附加值，其随着滤波后测量量进行调整，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止；
情况二、若为脱网故障，变桨速率先以上限变桨速率设定，之后增加变桨速率附加值，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止。
本发明风力发电机的动态停机控制方法可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明风力发电机的动态停机控制方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。
在示例性实施例中，还提供计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述风力发电机的动态停机控制方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风力发电机的动态停机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、实时监测采集的机组运行状态和机舱振动数据，针对采集到的机舱振动数据进行滤波处理，得到滤波后测量量；
S2、查看机组运行状态，判断是否为停机状态，若非停机状态，则返回S1；若为停机状态则执行S3；
S3、确定停机等级，判断是否是脱网故障，分为两种情况：
情况一、若非脱网故障，增加变桨速率附加值，其随着滤波后测量量进行调整，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止；
情况二、若为脱网故障，变桨速率先以上限变桨速率设定，之后增加变桨速率附加值，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机的动态停机控制方法，其特征在于，S1中，针对采集到的x方向机舱振动数据和y方向机舱振动数据进行滤波处理，分别得到滤波后测量量，记为Accx、Accy。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机的动态停机控制方法，其特征在于，情况一具体包括以下步骤：
(1.1)在原有变桨速率基础上，增加一个正向的变桨速率附加值ΔPR；则变桨速率值实时为：PR＝PR0+ΔPR；
其中，ΔPR＝f1(Accx,Accy)，PR0为原有变桨速率，PR0保持不变，ΔPR动态调整；Accx为针对采集到的x方向机舱振动数据进行滤波处理后得到的滤波后测量量，Accy为针对采集到的y方向机舱振动数据进行滤波处理后得到的滤波后测量量；
(1.2)变桨角度持续增大，实时观察当前变桨角度，当变桨角度PA＜PAset2时，则继续执行步骤(1.1)的方法；
当变桨角度PAset2≤PA≤PAset3时，则ΔPR＝PR0；
(1.3)变桨角度持续增大，当变桨角度PA>PAset3时，风机达到了最大变桨位置，变桨速率为0，变桨停止。
4.根据权利要求1所述的一种风力发电机的动态停机控制方法，其特征在于，情况二具体包括以下步骤：
(2.1)查看变桨角度PA是否小于设定值PA set1，如小于设定值PA set1，变桨速率PR按照最大变桨速率上限值确定，则PR＝PRmax；
(2.2)变桨角度PA持续增大，当变桨角度PA大于设定值PA set1时，在变桨速率PAmax设定值基础上，附加一个负向的变桨速率值ΔPR；
则变桨速率值实时为：PR＝PR max-ΔPR；
其中，ΔPR＝f2(Accx,Accy)；
(2.3)变桨角度持续增大，实时观察变桨角度，当变桨角度PA>PAset2时，PR＝PR 0，PR0为原有变桨速率；
(2.4)变桨角度持续增大，当变桨角度PA>PAset3时，则风机达到了最大变桨位置，变桨速率为0，变桨停止。
5.根据权利要求3或4所述的一种风力发电机的动态停机控制方法，其特征在于，变桨角度PA的数值范围为0-90°，PAset1小于10°，PAset2大于80°，PAset3为90°。
6.一种风力发电机的动态停机控制系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于实时监测采集的机组运行状态和机舱振动数据；
滤波模块，用于针对采集到的机舱振动数据进行滤波处理，得到滤波后测量量；
第一判断模块，用于根据机组运行状态，判断是否为停机状态，若非停机状态，则继续监测采集的机组运行状态和机舱振动数据；若为停机状态则启动第二判断模块；
第二判断模块，用于判断是否是脱网故障，分为两种情况：
情况一、若非脱网故障，停机过程中增加变桨速率附加值，其随着滤波后测量量进行调整，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止；
情况二、若为脱网故障，变桨速率先以上限变桨速率设定，之后增加变桨速率附加值，直至风机达到最大变桨位置，变桨停止。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任意一项所述风力发电机的动态停机控制方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述风力发电机的动态停机控制方法的步骤。
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