CN115204298A - 一种风电机组极端阵风识别方法及超速抑制策略 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种风电机组极端阵风识别方法及超速抑制策略，使风电机组遇到阵风时能进行快速识别，同时开启超速抑制策略防止发电机超速停机而增加轮毂和偏航不平衡极限载荷。通过统计正常发电工况的转速特征量，采用多重插值的方法得到了转速特征阈值曲线，该阈值曲线包络了所有正常发电工况下的转速特征量，确保了正常发电工况下不会触发超速抑制策略。同时该阈值曲线能有效区分正常发电工况和阵风工况，且在阵风来临时能较早地进行识别。此外，结合阵风识别方法，充分考虑风电机组极限性能，采用超速抑制策略在原有变桨PI和转矩PI的基础上额外叠加一个变桨角度和发电机转矩，以此达到快速变桨和增大转矩，抑制发电机超速。

Description

一种风电机组极端阵风识别方法及超速抑制策略
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风电机组极端阵风识别方法及超速抑制策略。
背景技术
风力发电是风电机组叶片将风能转化为机械能，从而带动发电机发电，将机械能转化为电能的过程。自然界中，风的种类有很多，阵风就是其中一种较为常见的风况。在阵风工况下，风速风向在短时间内发生快速上升，如果单纯依靠变桨的PI调节，容易导致超速停机，而由于该工况存在较大的偏航误差角，开环停机过程中，可能出现轮毂和偏航不平衡极限载荷。为了解决阵风工况下的发电机超速停机问题，比较常用的方法是在常规PI调节的基础上，动态调节变桨PI增益，即在阵风工况下，增大变桨PI增益，从而加快叶片变桨，减小叶片对风能的吸收，抑制发电机超速。
但是，启用动态调节变桨PI增益的前提是风电机组能准确识别阵风工况，否则，会导致叶片变桨频繁甚至发散，增大风电机组各部件的疲劳和载荷，降低风机的使用寿命。而如果风电机组识别阵风的速度较慢，则在启用动态调节变桨PI增益前发电机就已经超速停机。此外，动态调节变桨PI增益仅针对变桨执行机构进行调节，并未对发电机转矩进行调节，如果遇到变化幅值较大的阵风，仍会导致发电机超速停机。
因此，为了解决上述技术难题，亟需提出一种阵风快速识别方法以及阵风控制策略。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供的一种风电机组极端阵风识别方法及超速抑制策略，以至少解决现有风电机组不能快速识别阵风工况的技术问题。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：
本发明的第一方面，提供一种风电机组极端阵风识别方法，包括以下步骤：
仿真计算得到各变桨角度下的发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc，并基于得到的发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc计算各变桨角度所对应的转速特征量GSAPC_Sign；
基于各变桨角度所对应的转速特征量GSAPC_Sign计算得到转速特征量边界线GSAPC_SignBound，并基于转速特征量边界线GSAPC_SignBound计算得到转速特征量阈值线GSAPC_SignLimit；
比对所述转速特征量GSAPC_Sign和转速特征量阈值GSAPC_SignLimit，并作如下判定：
若GSAPC_Sign＜GSAPC_SignLimit，则判定此时为正常发电工况；
若GSAPC_Sign≥GSAPC_SignLimit，则判定此时为极端阵风工况。
可选地，所述基于得到的发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc计算以得到转速特征量GSAPC_Sign，包括如下步骤：
分别对所述发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc进行滤波处理，以得到各变桨角度下的发电机滤波转速GenSpeed_Filter和发电机滤波转速加速度GenAcc_Filter；
基于所述发电机滤波转速GenSpeed_Filter和发电机滤波转速加速度GenAcc_Filter按照以下公式计算转速特征量GSAPC_Sign：
GSAPC_Sign＝(GenSpeed_Filter-N12)*GenAcc_Filter*Timestep
式中，N12为风电机组控制区域由I区切换为II区的参考转速，Timestep为控制器计算周期。
可选地，所述基于各变桨角度所对应的转速特征量GSAPC_Sign计算得到转速特征量边界线GSAPC_SignBound，并基于转速特征量边界线GSAPC_SignBound计算得到转速特征量阈值线GSAPC_SignLimit，包括如下步骤：
将变桨角度范围均分为多个角度区间Ⅰ，提取每个角度区间Ⅰ内的转速特征量最大值，并将转速特征量最大值汇集以得到GSAPC_Sign_Max向量；
提取GSAPC_Sign_Max向量的波峰值GSAPC_Sign_Peak；
对GSAPC_Sign_Peak进行放大，得到转速特征量放大值GSAPC_Sign_Zoom，满足以下公式：
GSAPC_Sign_Zoom＝GSAPC_Sign_Peak*Gain
式中Gain为放大系数；
对转速特征量放大值GSAPC_Sign_Zoom进行插值，得到转速特征量边界线GSAPC_SignBound，满足以下公式：
Figure BDA0003755604760000031
式中GSAPC_Sign_Zoom(i)为第i个角度区间Ⅰ的转速特征量放大值，GSAPC_Sign_Zoom(i+1)为第i+1个角度区间Ⅰ的转速特征量放大值，PitchAngle_Sign(i)为GSAPC_Sign_Zoom(i)对应的变桨角度值，PitchAngle_Sign(i+1)为GSAPC_Sign_Zoom(i+1)对应的变桨角度值，i＝1,2,3…；
将变桨角度范围均分为多个角度区间Ⅱ，且每个角度区间Ⅱ包含有至少两个角度区间Ⅰ，截取每个角度区间Ⅱ所对应的转速特征量边界线GSAPC_SignBound，将截取的转速特征量边界线GSAPC_SignBound内的最大峰值选择为该角度区间Ⅱ的转速特征量阈值点GSAPC_SignBound_Org；
对转速特征量阈值点GSAPC_SignBound_Org进行插值，得到转速特征量阈值线GSAPC_SignLimit，满足公式如下：
Figure BDA0003755604760000032
式中GSAPC_SignBound_Org(j)为第j个区间的转速特征量阈值点，GSAPC_SignBound_Org(j+1)为第j+1个区间的转速特征量阈值点，PitchAngle_Bound(j)为GSAPC_SignBound_Org(j)对应的变桨角度值，PitchAngle_Bound(j+1)为GSAPC_SignBound_Org(j+1)对应的变桨角度值，j＝1,2,3…。
本发明的第二方面，提供一种风电机组极端阵风的超速抑制策略，包括如下步骤：
基于上述任一项所述的一种风电机组极端阵风识别方法，判定风电机组当前工况：
当判定为正常发电工况，则执行基本的PI控制策略；
当判定为极端阵风工况，则执行超速抑制策略，包括以下步骤：
计算转矩叠加量并叠加至PI控制策略下的转矩值，以得到叠加后的发电机转矩；
比对叠加后的发电机转矩和发电机转矩的上限值，并作如下判定：
如叠加后的发电机转矩小于发电机转矩的上限值，则使发电机在所述叠加后的发电机转矩下工作第一预设时长；
如叠加后的发电机转矩大于发电机转矩的上限值，则使发电机在所述发电机转矩的上限值下工作第一预设时长；
计算变桨角度叠加量并叠加至PI控制策略下的变桨值，以得到叠加后的变桨角度；
比对叠加后的变桨角度和变桨速率限制下的最大变桨角度，并作如下判定：
如叠加后的变桨角度小于变桨速率限制下的最大变桨角度，则使发电机在所述叠加后的变桨角度下工作第二预设时长，其中所述第二预设时长大于第一预设时长；
如叠加后的变桨角度大于变桨速率限制下的最大变桨角度，则使发电机在所述变桨速率限制下的最大变桨角度下工作第二预设时长。
可选地，所述计算转矩叠加量，包括：
转矩叠加量的求解公式如下：
Torque_Add＝(GenAcc_Filter/Nr)*Torque_Rated*Torque_Add_Gain
式中，GenAcc_Filter为发电机滤波转速加速度，Nr为发电机额定转速，Torque_Rated为发电机额定转矩，Torque_Add_Gain为转矩叠加放大系数。
可选地，所述发电机转矩的上限值按以下公式计算：
Torque_Dem_Limit＝Power_Gain*Power_Rated/GenSpeed_Filter
式中，Power_Gain为发电系统极限性能功率放大系数，Power_Rated为发电机额定功率，GenSpeed_Filter为发电机滤波转速。
可选地，所述计算变桨角度叠加量，包括：
在执行超速抑制策略的第1秒内，变桨角度叠加量为：
Pitch_Add_Ⅰ＝Pitch_Add_Max*Timestep
式中，Pitch_Add_Max为变桨角度叠加量最大值，Timestep为控制器计算周期；
在执行超速抑制策略的第1秒之后，变桨角度叠加量为：
Pitch_Add＝[(Pitch_Add_Y1-Pitch_Add_Y2)/(Pitch_Add_X1-Pitch_Add_X2)*(GenAcc_Filter-Pitch_Add_X1)+Pitch_Add_Y1]*Timestep
式中，Pitch_Add_Y1为变桨叠加下限值，Pitch_Add_Y2为变桨叠加上限值，Pitch_Add_X1为Pitch_Add_Y1对应的转速加速度下限值，Pitch_Add_X2为Pitch_Add_Y2对应的转速加速度上限值。
可选地，所述变桨角度的最大值按以下公式计算：
Pitch_Dem_Limit＝Pitch_Dem_Old+PitchRate_Max*Timestep
式中，Pitch_Dem_Add_Old为上一时刻的变桨角度给定值，PitchRate_Max为变桨执行机构的最大变桨速率，Timestep为控制器计算周期。
可选地，所述一种风电机组极端阵风的超速抑制策略还包括：
执行超速抑制策略后发电机的转速软件监控由N4提升至N4_Limit，转速硬件监控有NA提升至NA_Limit，发电机的功率软件监控由PA提升至PA_Limit，功率硬件监控有PT提升至PT_Limit。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：
本发明提出一种风电机组极端阵风识别方法及超速抑制策略，使风电机组遇到阵风时能进行快速识别，同时开启超速抑制策略防止发电机超速停机而增加轮毂和偏航不平衡极限载荷。通过统计正常发电工况的转速特征量，采用多重插值的方法得到了转速特征阈值曲线，该阈值曲线包络了所有正常发电工况下的转速特征量，确保了正常发电工况下不会触发超速抑制策略。同时该阈值曲线能有效区分正常发电工况和阵风工况，且在阵风来临时能较早地进行识别。此外，结合阵风识别方法，充分考虑风电机组极限性能，采用超速抑制策略在原有变桨PI和转矩PI的基础上额外叠加一个变桨角度和发电机转矩，以此达到快速变桨和增大转矩，抑制发电机超速。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为一种风电机组极端阵风识别方法的流程图；
图2为常规PI控制策略采用的功率速度控制器控制区划分示意图。
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。
为了解决阵风工况下的发电机超速停机问题，比较常用的方法是在常规PI调节的基础上，动态调节变桨PI增益，即在阵风工况下，增大变桨PI增益，从而加快叶片变桨，减小叶片对风能的吸收，抑制发电机超速。但是动态调节变桨PI增益仅针对变桨执行机构进行调节，并未对发电机转矩进行调节，如果遇到变化幅值较大的阵风，仍会导致发电机超速。且如果错误识别阵风工况，变PI增益会导致变桨频繁甚至发散，严重增加机组载荷，减小机组使用寿命。本发明采用的超速抑制策略并不改变变桨PI和转矩PI，而是根据风电机组极限性能，在其基础上额外叠加一个变桨角度和发电机转矩，以此达到快速变桨和增大转矩，从而抑制发电机超速。具体方案如下。
本发明提供一种风电机组极端阵风识别方法，包括以下步骤：
S1、通过风电机组外部条件输入进行正常发电工况仿真计算得到各变桨角度下的发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc，并基于得到的发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc计算各变桨角度所对应的转速特征量GSAPC_Sign；
S2、基于各变桨角度所对应的转速特征量GSAPC_Sign计算得到转速特征量边界线GSAPC_SignBound，并基于转速特征量边界线GSAPC_SignBound计算得到转速特征量阈值线GSAPC_SignLimit；
S3、比对所述转速特征量GSAPC_Sign和转速特征量阈值GSAPC_SignLimit，并作如下判定：
若GSAPC_Sign＜GSAPC_SignLimit，则判定此时为正常发电工况；
若GSAPC_Sign≥GSAPC_SignLimit，则判定此时为极端阵风工况。
在步骤S1中，基于得到的发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc计算各变桨角度所对应的转速特征量GSAPC_Sign，具体包括如下步骤：
分别对所述发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc进行滤波处理，以得到各变桨角度下的发电机滤波转速GenSpeed_Filter和发电机滤波转速加速度GenAcc_Filter；
基于所述发电机滤波转速GenSpeed_Filter和发电机滤波转速加速度GenAcc_Filter按照以下公式计算转速特征量GSAPC_Sign：
GSAPC_Sign＝(GenSpeed_Filter-N12)*GenAcc_Filter*Timestep
式中，N12为风电机组控制区域由I区切换为II区的参考转速，Timestep为控制器计算周期。
为说明本实施例的技术方案，对基本的PI控制策略进行简要说明，常规PI控制策略采用的功率速度控制器控制区划分如图2所示，具体控制方法如下：
功率速度控制器运行在三个依据发电机转速确定的控制区，即控制区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，如图2所示。控制区Ⅰ、Ⅱ在低功率时激活，而控制区Ⅲ则是在到达额定功率时激活。在控制区Ⅰ、Ⅱ，桨距控制器控制桨距角保持在最小变桨角度。在控制区Ⅲ，桨距控制器和转矩控制器控制转子/发电机转速，将其保持在额定转速的一定范围内。发电机转速差用作为桨距和转矩控制器的输入。由于不同风速下桨距角和输出功率变化的非线性效应，在桨距控制器中需要使用一个非线性桨距增益因子。
桨距控制器描述：
桨距控制器采用PI调节。调节器的输入x是发电机转速与参考转速之差，调节器的输出y是桨距角相对时间步长的变化量(增量)。PI调节器方程如下：
Figure BDA0003755604760000081
x＝GenSpeed-GenSpeed_Ref
Pitch_PI＝Pitch_PIold+y
式中，kp-pitch为桨距控制器的比例调节增益，ki-pitch为桨距控制器的积分调节增益，G(φ)为非线性桨距增益因子，GenSpeed_Ref为发电机参考转速，Pitch_PI为桨距角给定值，下标带old的值表示上一时间步的值。
转矩控制器描述：
转矩控制器采用PI调节。调节器的输入(x)是发电机转速与参考转速之差，调节器的输出(y)是转矩相对时间步长的变化量(增量)。PI调节器方程如下：
Figure BDA0003755604760000082
x＝GenSpeed-GenSpeed_Ref
Torque_PI＝Torque_PIold+y
式中，kp-torque为桨距控制器的比例调节增益，ki-torque为桨距控制器的比例调节增益，Timestep为控制器计算周期，Torque_PI为转矩给定值，下标带old的值表示上一时间步的值。
在步骤S2中，所述基于各变桨角度所对应的转速特征量GSAPC_Sign计算得到转速特征量边界线GSAPC_SignBound，并基于转速特征量边界线GSAPC_SignBound计算得到转速特征量阈值线GSAPC_SignLimit，仿真软件采用bladed，发电机转速和转速加速度的滤波方式为0.5s的算数平均值滤波，具体包括如下步骤：
S21、从0°开始，以0.1°变桨角度作为角度区间Ⅰ，提取每个角度区间Ⅰ内的转速特征量最大值，并将转速特征量最大值汇集以得到GSAPC_Sign_Max向量；
S22、提取GSAPC_Sign_Max向量的波峰值GSAPC_Sign_Peak，即某一个元素比相邻两个元素的值都大；
S23、对GSAPC_Sign_Peak进行放大，得到转速特征量放大值GSAPC_Sign_Zoom，满足以下公式：
GSAPC_Sign_Zoom＝GSAPC_Sign_Peak*Gain
式中Gain为放大系数；
S24、对转速特征量放大值GSAPC_Sign_Zoom进行插值，得到转速特征量边界线GSAPC_SignBound，插值公式如下：
Figure BDA0003755604760000091
注：变桨角度处于插值区间之外，使用区间两端的转速特征值最大值，不再外推；
式中GSAPC_Sign_Zoom(i)为第i个角度区间Ⅰ的转速特征量放大值，GSAPC_Sign_Zoom(i+1)为第i+1个角度区间Ⅰ的转速特征量放大值，PitchAngle_Sign(i)为GSAPC_Sign_Zoom(i)对应的变桨角度值，PitchAngle_Sign(i+1)为GSAPC_Sign_Zoom(i+1)对应的变桨角度值，i＝1,2,3…；
S25、从0°开始，以1°变桨角度作为角度区间Ⅱ，截取每个角度区间Ⅱ所对应的转速特征量边界线GSAPC_SignBound，将截取的转速特征量边界线GSAPC_SignBound内的最大峰值选择为该角度区间Ⅱ的转速特征量阈值点GSAPC_SignBound_Org；
S26、对转速特征量阈值点GSAPC_SignBound_Org进行插值，得到转速特征量阈值线GSAPC_SignLimit，满足公式如下：
Figure BDA0003755604760000101
注：变桨角度处于插值区间之外，使用区间两端的转速特征值最大值，不再外推；
式中GSAPC_SignBound_Org(j)为第j个区间的转速特征量阈值点，GSAPC_SignBound_Org(j+1)为第j+1个区间的转速特征量阈值点，PitchAngle_Bound(j)为GSAPC_SignBound_Org(j)对应的变桨角度值，PitchAngle_Bound(j+1)为GSAPC_SignBound_Org(j+1)对应的变桨角度值，j＝1,2,3…。
在步骤S3中，实时比较GSAPC_Sign和GSAPC_SignLimit，并作如下判定：
若GSAPC_Sign＜GSAPC_SignLimit，则判定此时为正常发电工况，即执行基本的PI控制策略；
若GSAPC_Sign≥GSAPC_SignLimit，则判定此时为极端阵风工况，即执行超速抑制策略，以防止发电机超速停机而增加轮毂和偏航不平衡极限载荷。
由此，本发明进一步公开一种风电机组极端阵风的超速抑制策略，包括以下步骤：
S100、计算转矩叠加量并叠加至PI控制策略下的转矩值，以得到叠加后的发电机转矩；
S200、比对叠加后的发电机转矩和发电机转矩的上限值，并作如下判定：
如叠加后的发电机转矩小于发电机转矩的上限值，则使发电机在所述叠加后的发电机转矩下工作第一预设时长；
如叠加后的发电机转矩大于发电机转矩的上限值，则使发电机在所述发电机转矩的上限值下工作第一预设时长；
S300、计算变桨角度叠加量并叠加至PI控制策略下的变桨值，以得到叠加后的变桨角度；
比对叠加后的变桨角度和变桨速率限制下的最大变桨角度，并作如下判定：
如叠加后的变桨角度小于变桨速率限制下的最大变桨角度，则使发电机在所述叠加后的变桨角度下工作第二预设时长，其中所述第二预设时长大于第一预设时长；
如叠加后的变桨角度大于变桨速率限制下的最大变桨角度，则使发电机在所述变桨速率限制下的最大变桨角度下工作第二预设时长。
具体地，在步骤S200中，转矩叠加量的求解公式如下：
Torque_Add＝(GenAcc_Filter/Nr)*Torque_Rated*Torque_Add_Gain
式中，GenAcc_Filter为发电机滤波转速加速度，Nr为发电机额定转速，Torque_Rated为发电机额定转矩，Torque_Add_Gain为转矩叠加放大系数。
则叠加后的发电机转矩为：
Torque_Dem_Add＝Torque_Add+Torque_PI
式中Torque_PI为基本PI控制器计算得到的转矩。
为了避免叠加后的发电机转矩超过发电机极限性能，叠加后的发电机转矩的上限值计算如下：
Torque_Dem_Limit＝Power_Gain*Power_Rated/GenSpeed_Filter
式中Power_Gain为发电系统极限性能功率放大系数，Power_Rated为发电机额定功率，GenSpeed_Filter为发电机滤波转速。
则触发超速抑制策略的转矩值为：
Torque_Dem＝min(Torque_Dem_Add，Torque_Dem_Limit
为了防止发电机长时间处于极限性能而损坏硬件，需根据具体发电机性能设定转矩叠加的最长时间。本实例中，转矩叠加的最长时间为4s。
在步骤S300中，针对变桨角度叠加量，在执行超速抑制策略的第1秒内，变桨角度叠加量为：
Pitch_Add_Ⅰ＝Pitch_Add_Max*Timestep
式中，Pitch_Add_Max为变桨角度叠加量最大值，Timestep为控制器计算周期；
在执行超速抑制策略的第1秒之后，变桨角度叠加量为：
Pitch_Add＝[(Pitch_Add_Y1-Pitch_Add_Y2)/(Pitch_Add_X1-Pitch_Add_X2)*
(GenAcc_Filter-Pitch_Add_X1)+Pitch_Add_Y1]*Timestep
式中，Pitch_Add_Y1为变桨叠加下限值，Pitch_Add_Y2为变桨叠加上限值，Pitch_Add_X1为Pitch_Add_Y1对应的转速加速度下限值，Pitch_Add_X2为Pitch_Add_Y2对应的转速加速度上限值，转速加速度处于插值区间之外，使用区间两端的变桨叠加值，不再外推。
则叠加后的变桨角度给定值为：
Pitch_Dem_Add＝Pitch_Add+Pitch_PI
式中Pitch_PI为基本PI控制器计算得到的变桨角度。
为了确保变桨角度叠加后的变桨速率不大于变桨执行器的硬件设计要求，变桨角度的最大值限制值为：
Pitch_Dem_Limit＝Pitch_Dem_Old+PitchRate_Max*Timestep
式中Pitch_Dem_Add_Old为上一时刻的变桨角度给定值，PitchRate_Max为变桨执行机构的最大变桨速率，Timestep为控制器计算周期。
则超速抑制策略的变桨角度给定值为：
Pitch_Dem＝min(Pitch_Dem_Add，Pitch_Dem_Limit
需要注意的是，为满足超速抑制策略的顺利实施，执行超速抑制策略后发电机的转速软件监控由N4提升至N4_Limit，转速硬件监控有NA提升至NA_Limit，发电机的功率软件监控由PA提升至PA_Limit，功率硬件监控有PT提升至PT_Limit；为保证超速抑制策略执行后取得理想效果，超速抑制策略的执行持续时间不小于8秒。
本发明提出一种风电机组极端阵风识别方法及超速抑制策略，使风电机组遇到阵风时能进行快速识别，同时开启超速抑制策略防止发电机超速停机而增加轮毂和偏航不平衡极限载荷。通过统计正常发电工况的转速特征量，采用多重插值的方法得到了转速特征阈值曲线，该阈值曲线包络了所有正常发电工况下的转速特征量，确保了正常发电工况下不会触发超速抑制策略。同时该阈值曲线能有效区分正常发电工况和阵风工况，且在阵风来临时能较早地进行识别。此外，结合阵风识别方法，充分考虑风电机组极限性能，采用超速抑制策略在原有变桨PI和转矩PI的基础上额外叠加一个变桨角度和发电机转矩，以此达到快速变桨和增大转矩，抑制发电机超速。
最后应说明的是：以上各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 (9)

1.一种风电机组极端阵风识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
仿真计算得到各变桨角度下的发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc，并基于得到的发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc计算各变桨角度所对应的转速特征量GSAPC_Sign；
基于各变桨角度所对应的转速特征量GSAPC_Sign计算得到转速特征量边界线GSAPC_SignBound，并基于转速特征量边界线GSAPC_SignBound计算得到转速特征量阈值线GSAPC_SignLimit；
比对所述转速特征量GSAPC_Sign和转速特征量阈值GSAPC_SignLimit，并作如下判定：
若GSAPC_Sign＜GSAPC_SignLimit，则判定此时为正常发电工况；
若GSAPC_Sign≥GSAPC_SignLimit，则判定此时为极端阵风工况。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组极端阵风识别方法，其特征在于，所述基于得到的发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc计算以得到转速特征量GSAPC_Sign，包括如下步骤：
分别对所述发电机转速GenSpeed和发电机转速加速度GenAcc进行滤波处理，以得到各变桨角度下的发电机滤波转速GenSpeed_Filter和发电机滤波转速加速度GenAcc_Filter；
基于所述发电机滤波转速GenSpeed_Filter和发电机滤波转速加速度GenAcc_Filter按照以下公式计算转速特征量GSAPC_Sign：
GSAPC_Sign＝(GenSpeed_Filter-N12)*GenAcc_Filter*Timestep
式中，N12为风电机组控制区域由I区切换为II区的参考转速，Timestep为控制器计算周期。
3.根据权利要求1所述的一种风电机组极端阵风识别方法，其特征在于，所述基于各变桨角度所对应的转速特征量GSAPC_Sign计算得到转速特征量边界线GSAPC_SignBound，并基于转速特征量边界线GSAPC_SignBound计算得到转速特征量阈值线GSAPC_SignLimit，包括如下步骤：
将变桨角度范围均分为多个角度区间Ⅰ，提取每个角度区间Ⅰ内的转速特征量最大值，并将转速特征量最大值汇集以得到GSAPC_Sign_Max向量；
提取GSAPC_Sign_Max向量的波峰值GSAPC_Sign_Peak；
对GSAPC_Sign_Peak进行放大，得到转速特征量放大值GSAPC_Sign_Zoom，满足以下公式：
GSAPC_Sign_Zoom＝GSAPC_Sign_Peak*Gain
式中Gain为放大系数；
对转速特征量放大值GSAPC_Sign_Zoom进行插值，得到转速特征量边界线GSAPC_SignBound，满足以下公式：
Figure FDA0003755604750000021
式中GSAPC_Sign_Zoom(i)为第i个角度区间Ⅰ的转速特征量放大值，GSAPC_Sign_Zoom(i+1)为第i+1个角度区间Ⅰ的转速特征量放大值，PitchAngle_Sign(i)为GSAPC_Sign_Zoom(i)对应的变桨角度值，PitchAngle_Sign(i+1)为GSAPC_Sign_Zoom(i+1)对应的变桨角度值，i＝1,2,3…；
将变桨角度范围均分为多个角度区间Ⅱ，且每个角度区间Ⅱ包含有至少两个角度区间Ⅰ，截取每个角度区间Ⅱ所对应的转速特征量边界线GSAPC_SignBound，将截取的转速特征量边界线GSAPC_SignBound内的最大峰值选择为该角度区间Ⅱ的转速特征量阈值点GSAPC_SignBound_Org；
对转速特征量阈值点GSAPC_SignBound_Org进行插值，得到转速特征量阈值线GSAPC_SignLimit，满足公式如下：
Figure FDA0003755604750000022
式中GSAPC_SignBound_Org(j)为第j个区间的转速特征量阈值点，GSAPC_SignBound_Org(j+1)为第j+1个区间的转速特征量阈值点，PitchAngle_Bound(j)为GSAPC_SignBound_Org(j)对应的变桨角度值，PitchAngle_Bound(j+1)为GSAPC_SignBound_Org(j+1)对应的变桨角度值，j＝1,2,3…。
4.一种风电机组极端阵风的超速抑制策略，其特征在于，包括如下步骤：
基于如权利要求1-3任一项所述的一种风电机组极端阵风识别方法，判定风电机组当前工况：
当判定为正常发电工况，则执行基本的PI控制策略；
当判定为极端阵风工况，则执行超速抑制策略，包括以下步骤：
计算转矩叠加量并叠加至PI控制策略下的转矩值，以得到叠加后的发电机转矩；
比对叠加后的发电机转矩和发电机转矩的上限值，并作如下判定：
如叠加后的发电机转矩小于发电机转矩的上限值，则使发电机在所述叠加后的发电机转矩下工作第一预设时长；
如叠加后的发电机转矩大于发电机转矩的上限值，则使发电机在所述发电机转矩的上限值下工作第一预设时长；
计算变桨角度叠加量并叠加至PI控制策略下的变桨值，以得到叠加后的变桨角度；
比对叠加后的变桨角度和变桨速率限制下的最大变桨角度，并作如下判定：
如叠加后的变桨角度小于变桨速率限制下的最大变桨角度，则使发电机在所述叠加后的变桨角度下工作第二预设时长，其中所述第二预设时长大于第一预设时长；
如叠加后的变桨角度大于变桨速率限制下的最大变桨角度，则使发电机在所述变桨速率限制下的最大变桨角度下工作第二预设时长。
5.根据权利要求4所述的一种风电机组极端阵风的超速抑制策略，其特征在于，所述计算转矩叠加量，包括：
转矩叠加量的求解公式如下：
Torque_Add＝(GenAcc_Filter/Nr)*Torque_Rated*Torque_Add_Gain
式中，GenAcc_Filter为发电机滤波转速加速度，Nr为发电机额定转速，Torque_Rated为发电机额定转矩，Torque_Add_Gain为转矩叠加放大系数。
6.根据权利要求5所述的一种风电机组极端阵风的超速抑制策略，其特征在于，所述发电机转矩的上限值按以下公式计算：
Torque_Dem_Limit＝Power_Gain*Power_Rated/GenSpeed_Filter
式中，Power_Gain为发电系统极限性能功率放大系数，Power_Rated为发电机额定功率，GenSpeed_Filter为发电机滤波转速。
7.根据权利要求4所述的一种风电机组极端阵风的超速抑制策略，其特征在于，所述计算变桨角度叠加量，包括：
在执行超速抑制策略的第1秒内，变桨角度叠加量为：
Pitch_Add_Ⅰ＝Pitch_Add_Max*Timestep
式中，Pitch_Add_Max为变桨角度叠加量最大值，Timestep为控制器计算周期；
在执行超速抑制策略的第1秒之后，变桨角度叠加量为：
Pitch_Add＝[(Pitch_Add_Y1-Pitch_Add_Y2)/(Pitch_Add_X1-Pitch_Add_X2)*(GenAcc_Filter-Pitch_Add_X1)+Pitch_Add_Y1]*Timestep
式中，Pitch_Add_Y1为变桨叠加下限值，Pitch_Add_Y2为变桨叠加上限值，Pitch_Add_X1为Pitch_Add_Y1对应的转速加速度下限值，Pitch_Add_X2为Pitch_Add_Y2对应的转速加速度上限值。
8.根据权利要求7所述的一种风电机组极端阵风的超速抑制策略，其特征在于，所述变桨角度的最大值按以下公式计算：
Pitch_Dem_Limit＝Pitch_Dem_Old+PitchRate_Max*Timestep
式中，Pitch_Dem_Add_Old为上一时刻的变桨角度给定值，PitchRate_Max为变桨执行机构的最大变桨速率，Timestep为控制器计算周期。
9.根据权利要求4-8任一项所述的一种风电机组极端阵风的超速抑制策略，其特征在于，包括：
执行超速抑制策略后发电机的转速软件监控由N4提升至N4_Limit，转速硬件监控有NA提升至NA_Limit，发电机的功率软件监控由PA提升至PA_Limit，功率硬件监控有PT提升至PT_Limit。
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