CN115929544A - 一种风力发电机组抗台控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组抗台控制方法及系统，包括如下步骤：S1、获取气象数据并进行台风预警，得到预警风速；S2、根据预警风速判断是否进入台风模式，台风模式包括台风预警模式和台风过境模式；S3、分别根据台风预警模式和台风过境模式进行抗台控制；能够预测台风对机组的影响，在项目建设期和运行期均实现主动对风抗台，在建设期，通过临时备用电源给偏航系统供电实现预先对风，保证机组安全性；保证机组在台风过境时偏航系统能够主动偏航，以保障机组的安全和风场效益；通过主动对风抗台，尤其是发生变桨系统故障后的抗台风控制，能够保证台风期间机组的安全。

Description

一种风力发电机组抗台控制方法及系统

技术领域

本发明涉及风电安全控制技术领域，尤其涉及一种风力发电机组抗台控制方法及系统。

背景技术

我国东南沿海区域有着较好的风资源条件，但台风频发，台风时候出现高湍流，高极限风速的情况，如果风电机组在台风期间不采取相应的抗台策略，容易引发风电机组叶片、塔架、机舱、传动系统等大部件损坏以及基础破坏等极端事件，甚至出现塔架倒塌等重大事故，尤其是台风期间伴随变桨系统发生故障，对机组的安全性是一种更高的考验。

例如，一种在中国专利文献上公开的“抗台风风电机组及抗台风控制方法”，其公告号：“CN10826316A”，公开了包括叶轮、机舱、塔筒、控制系统、偏航系统、液压系统和风况采集设备，还包括风电机组后备电源装置。风电机组后备电源装置放置在机舱内、塔筒内或塔筒外，步骤S12：通过风况采集设备采集当前风速信息；步骤S13：判断风速是否大于风电机组的切出风速，若是，进入步骤步骤S14，若否，则返回步骤步骤S12；步骤S14：抗台风风电机组执行停机动作，保持停机状态；步骤S15：判断风速是否大于台风定义风速，若是，进入步骤步骤S16，若否，则返回步骤步骤S14；步骤S16：抗台风风电机组进入台风模式；但是该方案没有考虑到台风对风电机组的影响并非全程相同的问题，严重影响风电效益。

发明内容

为了解决现有技术中风电机组在台风来临时安全性不高风电效益受影响的问题，本发明提供一种风力发电机组抗台控制方法及系统，能够预测台风对机组的影响，实现主动对风抗台，提高抗台安全性，保证风电机组在台风来临时效益。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风力发电机组抗台控制方法，包括如下步骤：S1、获取气象数据并进行台风预警，得到预警风速；S2、根据预警风速判断是否进入台风模式，台风模式包括台风预警模式和台风过境模式；S3、分别根据台风预警模式和台风过境模式进行抗台控制。通过气象数据对台风进行监测，获取台风的位置和风速风向等信息，对风电机组与台风接触时的风速风向进行模拟，为风电机组建立预警风速；根据风电机组各位置的风向风速和预警风速进行对比，同时根据台风和风电机组之间相对位置对比判断台风对风电机组的影响程度，进而判断进入台风预警模式或是台风过境模式；在台风预警模式下采用扭缆控制系统进行控制，在台风过境模式下采用偏航控制系统进行控制。实现预测台风对机组的影响，实现主动对风抗台，提高抗台安全性。

作为优选的，S1中获取气象数据包括，获取气象预测数据和气象监测数据得到台风模型；进行台风预警包括建立风电机组和台风模型的交集模型；获得预警风速包括对交集模型中每个位置确定控制目标，同时对控制目标对应的台风位置进行关联。气象数据包括台风移动路径、风圈、风速、风向等数据，并对未来48小时内的变化进行预计得到气象预测数据；台风模型包括基于时间和位置的台风数据变化模型；交集模型的建立包括，将台风模型分为外圈、核心区和台风路径三部分，对风电机组分别确定其相对台风模型三部分的相对距离，并将相对距离以风电机组位置设为分界线，在台风模型超过分界线时相对距离被赋负值；风电机组每个位置的控制目标为该处的的风速风向值，并获得该风速风向值的台风三部分数据。实现台风和风电机组的详细监控，实现准确控制抗台，保证风电效益。

作为优选的，步骤S2包括，对台风位置设置相对位置阈值，对预警风速设置风速动态阈值；在只达到风速动态阈值时进入台风预警模式，在同时达到相对位置阈值和风速动态阈值时进入台风过境模式。对台风三部分分别设置不同位置阈值，动态阈值根据三个位置阈值的区间变化，在风电机组和台风三部分距离不同时分别采取不同的阈值来进行预警，在风电机组和台风尚有距离并未接触时风速动态阈值为第一状态，第一状态下的风速动态阈值保证风电机组受到的风力小于切出风速；在风电机组接触台风时风速动态阈值为第二状态，第二状态下的风速动态阈值保证风电机组中桨叶受力在安全值内；在台风和风电机组的相对位置未达到台风外圈位置阈值时，风速动态阈值处于第一状态，在风力发电机组处的风速达到风速动态阈值时进入台风预警模式；在台风和风电机组的相对位置达到台风外圈位置阈值至台风路径阈值时，风速动态阈值处于第二状态，在风力发电机组处的风速达到风速动态阈值时进入台风过境模式。从而实现台风对风电机组的动态预警，根据台风对风电机组的影响变化进行动态预警控制。

作为优选的，根据台风预警模式进行抗台控制的实现包括，判断机组运行状态，根据不同机组状态进入相应的解缆优化逻辑。进入台风预警模式后，检测风电机组的运行状况，并进行偏航扭缆控制，在偏航扭缆小于等于设定值时，不进行台风前解缆，对维护状态的机组通过SCADA显示机组维护。从而实现对不同工作状态的的风电机组设备进行控制。

作为优选的，解缆优化逻辑包括，获取机组扭缆角度，设定扭缆角度阈值，根据扭缆角度阈值控制扭缆角度。扭缆角度阈值为偏航扭缆设定值，在机组扭缆角度小于偏航扭缆设定值时保持机组状态，不进行台风前解缆；在机组扭缆角度大于偏航扭缆设定值时进行台风前解缆，使得扭缆角度小于偏航扭缆设定值，能够在台风与风电机组未接触时提前调整好偏航角度，实现台风接触前的预先对风，保证台风期间风电机组的主动偏航。

作为优选的，根据台风过境模式进行抗台控制的实现包括，获取供电状况，根据不同供电状况判断是否启用后备电源及是否启用变桨故障模式偏航策略。在达到台风过境模式时，风电机组在台风预警模式后，风电机组已经停机，此时对风电机组的供电运行进行检测，通过后备电源为主动偏航提供能源。能够在预警模式预先对风后，通过变桨故障模式偏航策略进一步主动偏航，防止对风后台风接触时无法变桨造成无法主动偏航。

作为优选的，S3包括如下步骤，S31、判断供电是否正常，保证供电后进入偏航控制；S32、进入偏航控制包括判断是否变桨系统故障，若是，则机组主动偏航，保持机舱90度对风；若否，则机组主动偏航，保持机舱180度对风。通过后备电源对风电机组实现主动偏航，多种方式主动偏航，实现台风期间不同的偏航策略并持续主动偏航。

一种风力发电机组抗台控制系统，包括，台风预警平台，台风预警平台用于进行主动对风；台风预警平台连接有SCADA监控平台，SCADA监控平台用于获取气象预测与台风预警平台数据；台风预警平台和SCAD监控平台与风电机组连接。能够对风电机组进行监控并实现台风来临时主动偏航控制，提高抗台安全性。

作为优选的，风电机组包括后备电源系统，后备电源系统用于在电网正常的情况下充电，在在电网断电的情况下为风电机组用电设备及主动偏航供电。能够在风电机组没有电时保证风电机组的主动偏航。

本发明具有如下优点：

（1）能够预测台风对机组的影响，在项目建设期和运行期均实现主动对风抗台，在建设期，通过临时备用电源给偏航系统供电实现预先对风，保证机组安全性；在在电网正常状态下后备电源充电，台风期间在电网断开状态下后备电源装置为机组用电设备供电，保证机组在台风过境时偏航系统能够主动偏航，以保障机组的安全和风场效益；在台风路径和核心区，通过主动对风抗台，尤其是发生变桨系统故障后的抗台风控制，能够保证台风期间机组的安全；（2）从而实现台风对风电机组的动态预警，根据台风对风电机组的影响变化进行动态预警控制。

附图说明

下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1是实施例三中一种风力发电机组抗台控制系统的逻辑示意图。

图2是本发明中台风模式和非台风模式的示意图。

图3是本发明中台风预警模式的逻辑示意图。

图4是本发明中台风过境模式的逻辑示意图。

图5是实施例一中一种风力发电机组抗台控制方法的步骤示意图。

图中：

1-台风预警平台；2-SCADA监控平台。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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2-5所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种风力发电机组抗台控制方法，包括如下步骤：S1、获取气象数据并进行台风预警，得到预警风速；S1中获取气象数据包括，获取气象预测数据和气象监测数据得到台风模型；进行台风预警包括建立风电机组和台风模型的交集模型；获得预警风速包括对交集模型中每个位置确定控制目标，同时对控制目标对应的台风位置进行关联。气象数据包括台风移动路径、风圈、风速、风向等数据，并对未来48小时内的变化进行预计得到气象预测数据；台风模型包括基于时间和位置的台风数据变化模型；交集模型的建立包括，将台风模型分为外圈、核心区和台风路径三部分，对风电机组分别确定其相对台风模型三部分的相对距离，并将相对距离以风电机组位置设为分界线，在台风模型超过分界线时相对距离被赋负值；风电机组每个位置的控制目标为该处的的风速风向值，并获得该风速风向值的台风三部分数据。

在使用时，获取台风的气象数据，并对台风和风电机组进行共同模拟，预测台风对风电机组的影响。

S2、根据预警风速判断是否进入台风模式，台风模式包括台风预警模式和台风过境模式；步骤S2包括，对台风位置设置相对位置阈值，对预警风速设置风速动态阈值；在只达到风速动态阈值时进入台风预警模式，在同时达到相对位置阈值和风速动态阈值时进入台风过境模式。对台风三部分分别设置不同位置阈值，动态阈值根据三个位置阈值的区间变化，在风电机组和台风三部分距离不同时分别采取不同的阈值来进行预警，在风电机组和台风尚有距离并未接触时风速动态阈值为第一状态，第一状态下的风速动态阈值保证风电机组受到的风力小于切出风速；在风电机组接触台风时风速动态阈值为第二状态，第二状态下的风速动态阈值保证风电机组中桨叶受力在安全值内；在台风和风电机组的相对位置未达到台风外圈位置阈值时，风速动态阈值处于第一状态，在风力发电机组处的风速达到风速动态阈值时进入台风预警模式；在台风和风电机组的相对位置达到台风外圈位置阈值至台风路径阈值时，风速动态阈值处于第二状态，在风力发电机组处的风速达到风速动态阈值时进入台风过境模式。

在使用时，预测台风对风电机组的影响后，根据风速动态阈值对台风影响风电机组的不同阶段分别进行预警控制处理，从而实现台风来临时风电机组的动态控制，保证风电效益。

S3、分别根据台风预警模式和台风过境模式进行抗台控制。根据台风预警模式进行抗台控制的实现包括，判断机组运行状态，根据不同机组状态进入相应的解缆优化逻辑。进入台风预警模式后，检测风电机组的运行状况，并进行偏航扭缆控制，在偏航扭缆小于等于设定值时，不进行台风前解缆，对维护状态的机组通过SCADA显示机组维护。从而实现对不同工作状态的的风电机组设备进行控制。解缆优化逻辑包括，获取机组扭缆角度，设定扭缆角度阈值，根据扭缆角度阈值控制扭缆角度。扭缆角度阈值为偏航扭缆设定值，在机组扭缆角度小于偏航扭缆设定值时保持机组状态，不进行台风前解缆；在机组扭缆角度大于偏航扭缆设定值时进行台风前解缆，使得扭缆角度小于偏航扭缆设定值；根据台风过境模式进行抗台控制的实现包括，获取供电状况，根据不同供电状况判断是否启用后备电源及是否启用变桨故障模式偏航策略。在达到台风过境模式时，风电机组在台风预警模式后，风电机组已经停机，此时对风电机组的供电运行进行检测，通过后备电源为主动偏航提供能源。

S3包括如下步骤，S31、判断供电是否正常，保证供电后进入偏航控制；S32、进入偏航控制包括判断是否变桨系统故障，若是，则机组主动偏航，保持机舱90度对风；若否，则机组主动偏航，保持机舱180度对风。通过后备电源对风电机组实现主动偏航，多种方式主动偏航，实现台风期间不同的偏航策略并持续主动偏航。

在使用时，在项目建设期和运行期均实现主动对风抗台。在建设期，通过临时备用电源给偏航系统供电实现预先对风，保证机组安全性；在运行期通过台风预警模式在台风外围实现机组正常发电，提升风电场效益；在台风路径和核心区，通过台风过境模式通过主动对风抗台，尤其是发生变桨系统故障后的抗台风控制，能够保证台风期间机组的安全

在第二个实施例中，包括如下步骤，步骤S11、台风预测平台，根据气象数据实现风电场台风预测，实现机组台风告警；

步骤S12、机组正常运行，风速采集装置实时采集风速风向信息。

步骤S13、根据Nmin平均风速判断机组是否大于切出风速；若是，则进入步骤S14;若否，则返回步骤S11。

步骤S14、机组执行停机动作，保持停机状态。

步骤S15、根据Nmin平均风速判断机组是否进入台风模式，若机组进入台风模式则进入台风预警流程。

步骤S16、机组进入台风预警模式。

步骤S17、判断机组运行状态，根据不同的机组状态机组进入相应的解缆优化逻辑。

步骤S18、若机组此时正常运行，则执行停机动作，进入解缆逻辑优化。获取机组扭缆角度，判断扭缆角度是否小于偏航扭缆设定值，若是，则不激活台风前解缆；若否，则激活台风前解缆，使得扭缆角度小于偏航扭缆设定值，保证台风期间机组主动偏航。

步骤S19、若机组处于停机状态，则直接进入解缆逻辑优化。获取机组扭缆角度，判断扭缆角度是否小于偏航扭缆设定值，若是，保持扭缆角度，不激活台风前解缆；若否，则激活台风前解缆，使得扭缆角度小于偏航扭缆设定值，保证台风期间机组主动偏航。

步骤S20、若机组处于维护状态，则无法进行偏航，SCADA监控平台提示机组维护。

步骤S21、机组进入台风过境模式。判断电网供电是否正常，若正常，则不启用后备电源；否则，启用后备电源为机组供电。后备电源为偏航系统、控制系统和机组其他照明设备供电。

步骤S22、判断机组是否发生变桨系统故障，若是，则机组主动偏航，保持机舱90度对风；若否，则机组主动偏航，保持机舱180度对风。

在第三个实施例中，如图1所示，本发明公开了一种风力发电机组抗台控制系统，包括台风预警平台1，台风预警平台连接有SCADA监控平台2，台风预警平台用于控制风电机组在台风外围正常运行和台风过境时切换机组停机，机组停机后通过后备电源或储能系统进行主动对风，在台风后进行机组检查并恢复风电机组正常运行。台风预警平台在施工期通过柴油发电机实现主动对风，无柴油发电机时通过手动偏航预对风，实现机组硬抗台。机组的SCADA监控平台获取气象预测与台风预警平台数据，使得机组能够自动判断告警级别并实现机组的行为控制

台风预警平台与风电机组连接，其中风电机组包括叶片、轮毂、传动系统、机舱、塔筒、偏航系统、变桨系统、液压系统、控制系统、风况采集装置和后备电源系统等，后备电源系统，其特征在于采用蓄电池储能后备电源系统，由电气接入系统、双向变流器（PCS）、电池系统（含BMS）和与之配套的电力和通讯线缆组成。其作用为在电网正常的情况下充电，在电网断电的情况下为偏航系统、控制系统、塔基主控和照明系统等风电机组用电设备供电。

在项目建设期，通过临时后备电源为偏航电机供电实现机组预先对风；项目运行期，在电网正常状态下后备电源充电，台风期间在电网断开状态下后备电源装置为机组用电设备供电，保证机组在台风过境时偏航系统能够主动偏航，以保障机组的安全。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种风力发电机组抗台控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取气象数据并进行台风预警，得到预警风速；S2、根据预警风速判断是否进入台风模式，台风模式包括台风预警模式和台风过境模式；S3、分别根据台风预警模式和台风过境模式进行抗台控制。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组抗台控制方法，其特征在于，所述的S1中获取气象数据包括，获取气象预测数据和气象监测数据得到台风模型；进行台风预警包括建立风电机组和台风模型的交集模型；获得预警风速包括对交集模型中每个位置确定控制目标，同时对控制目标对应的台风位置进行关联。

3.根据权利要求1或2所述的一种风力发电机组抗台控制方法，其特征在于，所述的步骤S2包括，对台风位置设置相对位置阈值，对预警风速设置风速动态阈值；在只达到风速动态阈值时进入台风预警模式，在同时达到相对位置阈值和风速动态阈值时进入台风过境模式。

4.根据权利要求3所述的一种风力发电机组抗台控制方法，其特征在于，所述的根据台风预警模式进行抗台控制的实现包括，判断机组运行状态，根据不同机组状态进入相应的解缆优化逻辑。

5.根据权利要求4所述的一种风力发电机组抗台控制方法，其特征在于，所述的解缆优化逻辑包括，获取机组扭缆角度，设定扭缆角度阈值，根据扭缆角度阈值控制扭缆角度。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种风力发电机组抗台控制方法，其特征在于，所述的根据台风过境模式进行抗台控制的实现包括，获取供电状况，根据不同供电状况判断是否启用后备电源及是否启用变桨故障模式偏航策略。

7.根据权利要求6所述的一种风力发电机组抗台控制方法，其特征在于，所述的S3包括如下步骤，S31、判断供电是否正常，保证供电后进入偏航控制；S32、进入偏航控制包括判断是否变桨系统故障，若是，则机组主动偏航，保持机舱90度对风；若否，则机组主动偏航，保持机舱180度对风。

8.一种风力发电机组抗台控制系统，适用于如权利要求1至7任一项所述的一种风力发电机组抗台控制方法，其特征在于，包括，台风预警平台，台风预警平台用于进行主动对风；台风预警平台连接有SCADA监控平台，SCADA监控平台用于获取气象预测与台风预警平台数据；台风预警平台和SCAD监控平台与风电机组连接。

9.根据权利要求8所述的一种风力发电机组抗台控制系统，其特征在于，所述的风电机组包括后备电源系统，后备电源系统用于在电网正常的情况下充电，在在电网断电的情况下为风电机组用电设备及主动偏航供电。

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