CN116498490A - 一种风电机组变桨控制方法及系统 - Google Patents

一种风电机组变桨控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种风电机组变桨控制系统及方法。其中方法通过选取三种特定的工况，即桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息，来绘制风电机组的电机输出效率曲线，进而得到各工况下的电机效率差值曲线以获取变桨调整参数，然后根据上述变桨调整参数对风电机组的各变桨工况进行整体修正，以实现风电机组的最大输出效率。本发明中通过对电机输出效率曲线的修正，达成风电转换效率与电机输出效率的双平衡，同时还通过减少风轮平面受到的不平衡载荷，降低风电机组疲劳载荷，使得电机整体的可靠性大幅提升。

Description

一种风电机组变桨控制方法及系统
技术领域
本发明一般地涉及机械控制技术领域。更具体地，本发明涉及一种风电机组变桨控制方法及系统。
背景技术
有研究表明，风电机组中的电机输出效率与风能转换效率，是制约风电机组整体性能的重要指标。
现有技术中，例如EP2736164A3公开了一种通过控制发电机来优化风电机组效率的方法及其系统。其通过控制鼠笼式感应发电机来优化风电机组效率的方法。通过最小化其电损耗，该方法同时实现了风力涡轮机(风车)的最大效率和发电机的最大效率。另外，可利用的风速区域的扩展是通过降低风速系统开始向电网提供电力的切入速度来实现的。该方法通过适当地控制功率整流器来实现，而不需要测量风速。控制方案的输入是发电机的转速。该控制方案包括两个控制器，对于任何风速，提供鼠笼式感应发电机的最佳参考磁场和转矩定子电流分量。这两个电流分量是通过最佳条件确定的。所提出的控制方案的主要优点是响应速度快，因此可以跟随风速的快速变化，并且实现简单且易于安装。
然而，上述方案一方面需求的控制器件多，造成系统整体稳定性的下降，另一方面，其没有综合考虑到风电机组各组件的分解指标，也未考虑到风电转换效率与电机效率的双平衡，造成风电机组系统在面对复杂环境的整体适应性及系统可靠性不足。
发明内容
为了至少解决上述背景技术部分所描述的技术问题，本发明提出了一种风电机组变桨控制方法及系统。利用本发明的方案，通过对多种变桨控制参数进行统一控制，兼顾了电机效率提升及控制的便捷性。鉴于此，本发明在如下的多个方面提供解决方案。
本发明的第一方面提供了一种风电机组变桨控制方法，包括：获取预测试工况，根据所述预测试工况，得到预测试结果，所述预测试工况包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息；根据所述预测试结果，建立电机预输出效率曲线，所述电机预输出效率曲线表征各所述预测试工况对应的电机输出效率；获取与所述预测试工况对应的当前变桨控制工况，根据所述当前变桨控制工况与所述电机预输出效率曲线，建立效率差值曲线，所述效率差值曲线用于表征各所述预测试工况下电机测试效率与电机实际效率的差值；统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数；依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨。
在一个实施例中，所述根据所述预测试结果，建立电机预输出效率曲线，包括；获取桨叶尖速比信息及对应尖速比下电机最大输出效率，根据所述尖速比及最大电机效率绘制第一电机预输出效率曲线；获取桨叶根部载荷信息及对应载荷下电机最大输出效率，根据所述载荷信息及最大电机效率绘制第二电机预输出效率曲线；获取电机输出功率及对应输出功率下电机最大输出效率，根据所述输出功率及最大电机效率绘制第三电机预输出效率曲线。
在一个实施例中，所述获取与所述预测试工况对应的当前变桨控制工况，根据所述当前变桨控制工况与所述电机输出效率曲线，建立效率差值曲线，包括；获取不同时刻电机的实际工况下的电机效率变化，基于所述电机效率变化，建立电机实际效率曲线，所述电机实际效率曲线用于表征实际桨叶尖速比、桨叶根部载荷及电机输出功率与实际的电机效率间的关系；将所述电机实际效率曲线与对应工况的所述电机预输出效率曲线相减，获得对应工况下的电机效率差值曲线。
在一个实施例中，将所述电机实际效率曲线与对应工况的所述电机预输出效率曲线相减，获得对应工况下的电机效率差值曲线包括；将表征实际桨叶尖速比的第一电机实际效率曲线减去所述第一电机预输出效率曲线，得到第一电机效率差值曲线；将表征实际桨叶根部载荷的第二电机实际效率曲线减去所述第二电机预输出效率曲线，得到第二电机效率差值曲线；将表征实际电机输出功率的第三电机实际效率曲线减去所述第三电机预输出效率曲线，得到第三电机效率差值曲线。
在一个实施例中，所述预设值工况范围大于实际工况范围。
在一个实施例中，所述统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数包括使用如下公式：
其中，δ表示变桨调整参数，A、B、C分别表示不同的加权系数，f1(TSR)表示第一电机效率差值曲线的函数，TSR表示桨叶的尖速比，f2(F)表示第二电机效率差值曲线的函数，F表示桨叶根部载荷，f3(P)表示第三电机效率差值曲线的函数，P表示电机输出功率。
在一个实施例中，依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨包括；分别将当前的实际工况加上所述变桨调整参数，以获得调整后的所述实际变桨控制参数，所述实际工况分别包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息。
在一个实施例中，当独立变桨时，针对桨叶根部载荷工况，通过坐标变换将三相旋转坐标系下的叶根载荷转换为两相静止坐标系下的载荷，加上所述变桨调整参数后，将D-Q两个方向的载荷输入到PI控制器中，得到D-Q两个方向的独立变桨角度，再经过坐标反变换后得到三个叶片的独立变桨角度。
本发明的第二方面提供了一种风电机组变桨控制系统，运行上述任一项所述的风电机组变桨控制方法，包括；预测试模块，用于获取预测试工况，根据所述预测试工况，得到预测试结果，所述预测试工况包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息；预输出模块，用于根据所述预测试结果，建立电机预输出效率曲线，所述电机预输出效率曲线表征各所述预测试工况对应的电机最大输出效率；分析模块，用于获取与所述预测试工况对应的当前变桨控制工况，根据所述当前变桨控制工况与所述电机预输出效率曲线，建立效率差值曲线，所述效率差值曲线用于表征各所述预测试工况下电机测试效率与电机实际效率的差值；计算模块，用于统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数；变桨模块，用于依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨。
在一个实施例中，所述统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数包括使用如下公式：
其中，δ表示变桨调整参数，A、B、C分别表示不同的加权系数，f1(TSR)表示第一电机效率差值曲线的函数，TSR表示桨叶的尖速比，f2(F)表示第二电机效率差值曲线的函数，F表示桨叶根部载荷，f3(P)表示第三电机效率差值曲线的函数，P表示电机输出功率。
在一个实施例中，依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨包括；分别将当前的实际工况加上所述变桨调整参数，以获得调整后的所述实际变桨控制参数，所述实际工况分别包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息。
在一个实施例中，当独立变桨时，针对桨叶根部载荷工况，通过坐标变换将三相旋转坐标系下的叶根载荷转换为两相静止坐标系下的载荷，加上所述变桨调整参数后，将D-Q两个方向的载荷输入到PI控制器中，得到D-Q两个方向的独立变桨角度，再经过坐标反变换后得到三个叶片的独立变桨角度。
利用本发明所提供的方案，通过选取三种特定的工况，即桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息，来绘制风电机组的电机输出效率曲线，进而得到各工况下的电机效率差值曲线以获取变桨调整参数，然后根据上述变桨调整参数对风电机组的各变桨工况进行整体修正，以实现风电机组的最大输出效率。本发明中通过对电机输出效率曲线的修正，达成风电转换效率与电机输出效率的双平衡，进一步的，还通过降低风轮平面受到的不平衡载荷，降低风电机组疲劳载荷，使得电机整体的可靠性大幅提升。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是示出根据本发明实施例的风电机组变桨控制方法；
图2是示出根据本发明实施例的建立电机预输出效率曲线方法；
图3是示出根据本发明实施例的建立效率差值曲线方法；
图4是示出根据本发明实施例的独立变桨坐标变换第一步；
图5是示出根据本发明实施例的独立变桨坐标变换第二步；
图6是示出根据本发明实施例的独立变桨坐标变换第三步；
图7是示出根据本发明实施例的独立变桨坐标反变换；
图8是示出根据本发明实施例的风电机组变桨控制系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域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方式，都属于本发明保护的范围。
应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施方式的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。
本发明的第一方面，提供了一种风电机组变桨控制方法。图1是示出根据本发明实施例的风电机组变桨控制方法的具体步骤图，本发明的风电机组变桨控制方法可概括为包含步骤S100-S500：
步骤S100:获取预测试工况，根据所述预测试工况，得到预测试结果。
需要说明的是，本实施例的执行主体为计算机，可为任一能够运行基于风电机组变桨控制方法的计算机，本实施例对此不做限制，通过计算机中设有的风电机组变桨控制程序对风电机组进行变桨。
可理解的是，上述测试工况为风电机组的控制变量，包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息等，可通过外部手工进行初始配置或者程序根据计算结果进行手动配置。例如：桨叶尖速比可配置范围在1～15，桨叶根部载荷可配置范围是几十牛到几千牛，电机输出功率的可配置范围是几百瓦到几十千瓦，本实施例对此不做限制，可根据实际情况灵活调整。所述预测试结果为不同配置条件下得到的测试数据。
优选的，为了尽可能覆盖实际工作时碰到的各种外界环境变化，预设值工况要尽可能满足风电机组的最大工作量程。举例来说，风电机组的电机输出功率出厂值为100w～10kw，则预设值的电机输出功率信息范围就可以设置到100w～10kw。在保证风电机组不损坏的基础上，也可以留有一定的裕量，将预设值的电机输出功率信息范围就可以设置为95w～11kw。
本发明中通过特殊选取的三个工况，即桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息，能对电机效率的调节起到最直接的效果。
步骤S200:根据所述预测试结果，建立电机预输出效率曲线。
具体实现中，可根据通过不断改变一个工况的参数值而得到测试的电机效率指标，然后分别以电机效率和不同工况作为横纵坐标轴绘制多条电机效率曲线。
在本发明的一个优选实施例中，根据所述预测试结果建立电机预输出效率曲线的具体步骤，可以具体描述为如图2所示。图2中根据所述预测试结果建立电机预输出效率曲线的具体步骤包括S201-S203：
步骤S201：获取桨叶尖速比信息及对应尖速比下电机最大输出效率，根据所述尖速比及最大电机效率绘制第一电机预输出效率曲线；
步骤S202：获取桨叶根部载荷信息及对应载荷下电机最大输出效率，根据所述载荷信息及最大电机效率绘制第二电机预输出效率曲线；
步骤S203：获取电机输出功率及对应输出功率下电机最大输出效率，根据所述输出功率及最大电机效率绘制第三电机预输出效率曲线。
在具体实现时，可通过固定三种工况中的一个，调节另外两个工况获得电机最大预输出效率。例如，当前需要测试尖速比的第一电机预输出效率曲线。当前测试得到尖速比5时输出效率仅20％，此时，不断调节另外两个工况，直至桨叶根部载荷1000N，电机输出功率800W时，发现电机输出效率提升到最高点65％，则尖速比为5时的电机最大输出效率是65％，其余情况依次类推。因而，可以获得不同工况条件下的电机预输出效率曲线。
本发明中，通过对电机输出效率曲线的绘制，一方面可以直观的展现出各工况调整情况对电机输出效率的影响，另一方面也为后续的变桨调整参数计算简化了计算量，提升了运算速度。
步骤S300:获取与所述预测试工况对应的当前变桨控制工况，根据所述当前变桨控制工况与所述电机预输出效率曲线，建立效率差值曲线。
可以理解的，实际风电机组在变桨操作中会以风电转换效率作为优先考虑目标，进而控制风电机组的变桨工况随外界环境发生变化。本发明中，在风电机组的风电转换效率达到最高后，即风电机组的一次变桨已完成的情况下，通过对电机输出效率曲线的修正，达成风电转换效率与电机输出效率的双平衡，使得电机整体的损耗性能大幅提升。
具体实现时，首先获取不同时刻电机的实际工况下的电机效率变化，基于所述电机效率变化，建立电机实际效率曲线，所述电机实际效率曲线用于表征实际桨叶尖速比、桨叶根部载荷及电机输出功率与实际的电机效率间的关系。例如，风电机组在一次变桨时，桨叶的尖速比在1、2、3间随时间线性增长，并且输出效率不断变化。在一段时间后，桨叶变桨完成，则可获得实际桨叶尖速比工况下的电机效率变化曲线。需要说明的是，风电机组的变桨工况也可能不随时间变化而变化，此时的电机实际效率曲线为一条平行时间轴的直线。然后，将所述电机实际效率曲线与对应工况的所述电机预输出效率曲线相减，获得对应工况下的电机效率差值曲线。
在本发明的一个优选实施例中，根据所述当前变桨控制工况与所述电机预输出效率曲线，建立效率差值曲线的具体步骤，可以具体描述为如图3所示。图3中根据所述预测试结果建立电机预输出效率曲线的具体步骤包括S301-S303：
步骤S301：将表征实际桨叶尖速比的第一电机实际效率曲线减去所述第一电机预输出效率曲线，得到第一电机效率差值曲线；
步骤S302：将表征实际桨叶根部载荷的第二电机实际效率曲线减去所述第二电机预输出效率曲线，得到第二电机效率差值曲线；
步骤S303：将表征实际电机输出功率的第三电机实际效率曲线减去所述第三电机预输出效率曲线，得到第三电机效率差值曲线。
在获取效率差值曲线后，需对不同工况下的效率差值进行归一化，方便后续对变桨参数的修正。以下继续对图1中的步骤进行说明。
步骤S400:统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数。
具体的，可通过如下公式进行加权获得变桨调整参数：
其中，δ表示变桨调整参数，A、B、C分别表示不同的加权系数，f1(TSR)表示第一电机效率差值曲线的函数，TSR表示桨叶的尖速比，f2(F)表示第二电机效率差值曲线的函数，F表示桨叶根部载荷，f3(P)表示第三电机效率差值曲线的函数，P表示电机输出功率。
本发明中，通过设置加权系数将不同的工况进行合并统一以获得电机最佳输出效率，在保证风电机组的风电缓缓效率与电机的输出效率平衡的前提下，简化了计算步骤，提升了风电机组整体的可靠性。可以理解的，上述公式中的加权系数用于调节尖速比、载荷、输出功率三种不同工况的权重，可以根据实际需要进行设置。例如当尖速比工况影响较大时，可将尖速比所占用的权重设置较高的值，例如0.5，而其余工况的影响不大时，将载荷权重设置为0.2，输出功率权重设置为0.3。当然，也可根据实际需要对各项权重进行均分或者将其中一项或多项设为0，本发明对此不做限制。
步骤S500:依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨。
具体的，在获得变桨调整参数后，分别将当前的实际工况加上所述变桨调整参数，以获得调整后的所述实际变桨控制参数，所述实际工况分别包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息。可以理解的，上述风电机组的工况可以转化为通过调节风电机组内部控制方式而实现。例如，可通过整流器件调节功率，通过桨叶转速调节尖速比，通过桨角距调节载荷，然而本发明并不对具体的实现手段进行限制，凡是能够实现具体调节效果的方式都应概括在本发明的保护范围内。
需要说明的是，本发明所公开的风电机组变桨方法即可适用于统一变桨，也可应用于独立变桨。当应用于统一变桨时，只需要在各工况分别加上上述变桨调整参数；而应用于独立变桨时，针对电机输出功率工况和桨叶尖速比工况处理方式同统一变桨，针对载荷工况可利用下文方式对不同桨叶进行调节。
本发明一优选实施例中，为降低风轮平面不平衡载荷，通过各桨叶根部载荷信息差异，通过坐标变换将叶根载荷转化为风轮平面的俯仰弯矩和偏航弯矩，再将俯仰弯矩和偏航弯矩分别通过两个载荷控制器，将控制器的输出量经坐标反变换为成对应的各桨叶的桨距角，并将各桨叶独立需要的桨距角加上统一变桨角度，从而实现各桨叶独立桨距角控制，从而达到降低风电机组风轮平面不平衡载荷，降低风电机组疲劳载荷的目的。调整载荷工况应用于独立变桨的具体方法可利用如下具体的步骤1-7：
步骤1、获取风电机组三个叶片根部的在挥舞方向和摆振方向弯矩值FlapWise和EdgeWise。
步骤2、通过坐标变化进行分解，将叶片根部在挥舞方向和摆振方向弯矩值FlapWise和EdgeWise转换成风轮平面内和风轮平面外的弯矩InPlane和OutOfPlane。
步骤3、将3个叶片在OutOfPlane方向叶根弯矩全部转换到叶片1上，即随叶片1旋转的K_L坐标系，K方向垂直于叶片1的根部平面并指向叶尖，L垂直于K方向，若K方向指向上方，L方向则指向右，将转换后的叶根弯矩加上变桨调整参数。
步骤4、将上一步所得结果——旋转的K_L坐标系转换为固定的D_Q坐标系，其中D方向指向上，对应的叶轮方位角为0，Q方向指向右。
步骤5、将上一步在经过坐标变换后将D-Q两个方向的载荷输入到PI控制器中，得到D-Q两个方向的独立变桨角度变量。
具体的，坐标变换过程包括如下的步骤a-c：
步骤a：将叶片FlapWise和EdgeWise方向叶根弯矩转换为InPlane和OutOfPlane方向叶根弯矩，如图4所示，其变换公式为：
式中，θ为叶片的桨矩角。
步骤b：将3个叶片在OutOfPlane方向叶根弯矩全部转换到叶片1上，即随叶片1旋转的K_L坐标系，K方向垂直于叶片1的根部平面并指向叶尖，L垂直于K方向，若K方向指向上方，L方向则指向右，如图5所示，其变换公式为：
步骤c：将第二步所得结果——旋转的K_L坐标系转换为固定的D_Q坐标系，其中D方向指向上，对应的叶轮方位角为0，Q方向指向右，如图6所示，其变换公式为：
式中ψ为风轮方位角。
步骤6、将上一步得到的独立变桨角度变量再经过坐标反变换后得到三个叶片的独立变桨角度。
具体的，在经过坐标变换后将D-Q两个方向的载荷输入到PI控制器中，得到D-Q两个方向的独立变桨角度，再经过坐标反变换后得到三个叶片的独立变桨角度，坐标反变换如图5所示，其公式如下：
式中ψ为风轮方位角。
步骤7、将三个叶片的独立变桨角度叠加到统一变桨角度中，得到各个叶片的不同变桨控制角度。
基于图1、图2和图3所描述的风电机组变桨控制方法，本发明的第二方面还提供了风电机组变桨控制系统；该系统可以实施图1、图2和图3所描述的方法，从而达到平衡电机输出效率及风点转换效率的目的；如图8所示，本发明风电机组变桨控制系统包括：
预测试模块100，用于获取预测试工况，根据所述预测试工况，得到预测试结果，所述预测试工况包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息；
预输出模块200，用于根据所述预测试结果，建立电机预输出效率曲线，所述电机预输出效率曲线表征各所述预测试工况对应的电机最大输出效率；
分析模块300，用于获取与所述预测试工况对应的当前变桨控制工况，根据所述当前变桨控制工况与所述电机预输出效率曲线，建立效率差值曲线，所述效率差值曲线用于表征各所述预测试工况下电机测试效率与电机实际效率的差值；
计算模块400，用于统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数；
变桨模块500，用于依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨。
在一个实施例中，所述统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数包括使用如下公式：
其中，δ表示变桨调整参数，A、B、C分别表示不同的加权系数，f1(TSR)表示第一电机效率差值曲线的函数，TSR表示桨叶的尖速比，f2(F)表示第二电机效率差值曲线的函数，F表示桨叶根部载荷，f3(P)表示第三电机效率差值曲线的函数，P表示电机输出功率。
在一个实施例中，依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨包括；分别将当前的实际工况加上所述变桨调整参数，以获得调整后的所述实际变桨控制参数，所述实际工况分别包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息。
在一个实施例中，当独立变桨时，针对桨叶根部载荷工况，通过坐标变换将三相旋转坐标系下的叶根载荷转换为两相静止坐标系下的载荷，加上所述变桨调整参数后，将D-Q两个方向的载荷输入到PI控制器中，得到D-Q两个方向的独立变桨角度，再经过坐标反变换后得到三个叶片的独立变桨角度。
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式是仅以示例的方式提供的。本领域技术人员在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解在实践本发明的过程中，可以采用本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。

Claims (12)

1.一种风电机组变桨控制方法，其特征在于，包括；
获取预测试工况，根据所述预测试工况，得到预测试结果，所述预测试工况包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息；
根据所述预测试结果，建立电机预输出效率曲线，所述电机预输出效率曲线表征各所述预测试工况对应的电机最大输出效率；
获取与所述预测试工况对应的当前变桨控制工况，根据所述当前变桨控制工况与所述电机预输出效率曲线，建立效率差值曲线，所述效率差值曲线用于表征各所述预测试工况下电机测试效率与电机实际效率的差值；
统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数；
依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨。
2.根据权利要求1所述的风电机组变桨控制方法，其特征在于所述根据所述预测试结果，建立电机预输出效率曲线，包括；
获取桨叶尖速比信息及对应尖速比下电机最大输出效率，根据所述尖速比及最大电机效率绘制第一电机预输出效率曲线；
获取桨叶根部载荷信息及对应载荷下电机最大输出效率，根据所述载荷信息及最大电机效率绘制第二电机预输出效率曲线；
获取电机输出功率及对应输出功率下电机最大输出效率，根据所述输出功率及最大电机效率绘制第三电机预输出效率曲线。
3.根据权利要求2所述的风电机组变桨控制方法，其特征在于所述获取与所述预测试工况对应的当前变桨控制工况，根据所述当前变桨控制工况与所述电机输出效率曲线，建立效率差值曲线，包括；
获取不同时刻电机的实际工况下的电机效率变化，基于所述电机效率变化，建立电机实际效率曲线，所述电机实际效率曲线用于表征实际桨叶尖速比、桨叶根部载荷及电机输出功率与实际的电机效率间的关系；
将所述电机实际效率曲线与对应工况的所述电机预输出效率曲线相减，获得对应工况下的电机效率差值曲线。
4.根据权利要求3所述的风电机组变桨控制方法，其特征在于，将所述电机实际效率曲线与对应工况的所述电机预输出效率曲线相减，获得对应工况下的电机效率差值曲线包括；
将表征实际桨叶尖速比的第一电机实际效率曲线减去所述第一电机预输出效率曲线，得到第一电机效率差值曲线；
将表征实际桨叶根部载荷的第二电机实际效率曲线减去所述第二电机预输出效率曲线，得到第二电机效率差值曲线；
将表征实际电机输出功率的第三电机实际效率曲线减去所述第三电机预输出效率曲线，得到第三电机效率差值曲线。
5.根据权利要求3所述的风电机组变桨控制方法，其特征在于，所述预设值工况范围大于实际工况范围。
6.根据权利要求1所述的风电机组变桨控制方法，其特征在于，所述统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数包括使用如下公式：
其中，δ表示变桨调整参数，A、B、C分别表示不同的加权系数，f1(TSR)表示第一电机效率差值曲线的函数，TSR表示桨叶的尖速比，f2(F)表示第二电机效率差值曲线的函数，F表示桨叶根部载荷，f3(P)表示第三电机效率差值曲线的函数，P表示电机输出功率。
7.根据权利要求6所述的风电机组变桨控制方法，其特征在于，依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨包括；
分别将当前的实际工况加上所述变桨调整参数，以获得调整后的所述实际变桨控制参数，所述实际工况分别包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息。
8.根据权利要求7所述的风电机组变桨控制方法，其特征在于，
当独立变桨时，针对桨叶根部载荷工况，通过坐标变换将三相旋转坐标系下的叶根载荷转换为两相静止坐标系下的载荷，加上所述变桨调整参数后，将D-Q两个方向的载荷输入到PI控制器中，得到D-Q两个方向的独立变桨角度，再经过坐标反变换后得到三个叶片的独立变桨角度。
9.一种风电机组变桨控制系统，运行如权利要求1-8任一项所述的风电机组变桨控制方法，其特征在于包括；
预测试模块，用于获取预测试工况，根据所述预测试工况，得到预测试结果，所述预测试工况包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息；
预输出模块，用于根据所述预测试结果，建立电机预输出效率曲线，所述电机预输出效率曲线表征各所述预测试工况对应的电机最大输出效率；
分析模块，用于获取与所述预测试工况对应的当前变桨控制工况，根据所述当前变桨控制工况与所述电机预输出效率曲线，建立效率差值曲线，所述效率差值曲线用于表征各所述预测试工况下电机测试效率与电机实际效率的差值；
计算模块，用于统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数；
变桨模块，用于依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨。
10.根据权利要求9所述的风电机组变桨控制系统，其特征在于，所述统计各测试工况的效率差值信息，将不同工况的效率差值按照预设置权重进行加权，获得变桨调整参数包括使用如下公式：
其中，δ表示变桨调整参数，A、B、C分别表示不同的加权系数，f1(TSR)表示第一电机效率差值曲线的函数，TSR表示桨叶的尖速比，f2(F)表示第二电机效率差值曲线的函数，F表示桨叶根部载荷，f3(P)表示第三电机效率差值曲线的函数，P表示电机输出功率。
11.根据权利要求10所述的风电机组变桨控制系统，其特征在于，依据所述当前变桨控制工况和变桨调整参数获得实际变桨控制参数，依据所述实际变桨控制参数进行变桨包括；
分别将当前的实际工况加上所述变桨调整参数，以获得调整后的所述实际变桨控制参数，所述实际工况分别包括桨叶尖速比信息、桨叶根部载荷信息及电机输出功率信息。
12.根据权利要求10所述的风电机组变桨控制系统，其特征在于，当独立变桨时，针对桨叶根部载荷工况，通过坐标变换将三相旋转坐标系下的叶根载荷转换为两相静止坐标系下的载荷，加上所述变桨调整参数后，将D-Q两个方向的载荷输入到PI控制器中，得到D-Q两个方向的独立变桨角度，再经过坐标反变换后得到三个叶片的独立变桨角度。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130140819A1 (en) * 2010-06-02 2013-06-06 Vestas Wind Systems A/S Method for operating a wind turbine at improved power output
CN103850876A (zh) * 2014-03-14 2014-06-11 华北电力大学 一种适用于无载荷测量的风电机组独立变桨控制方法
CN104214044A (zh) * 2013-05-30 2014-12-17 成都阜特科技股份有限公司 双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法
CN104329224A (zh) * 2014-11-13 2015-02-04 湖南世优电气股份有限公司 一种直驱型永磁风力发电机组变速率变桨系统及变桨方法
US20170122289A1 (en) * 2014-06-19 2017-05-04 Vestas Wind Systems A/S Control of wind turbines in response to wind shear
CN112196735A (zh) * 2020-09-30 2021-01-08 重庆科凯前卫风电设备有限责任公司 基于双馈风力发电机组的变桨控制方法
CN112682256A (zh) * 2020-12-09 2021-04-20 北京华能新锐控制技术有限公司 一种基于tmd与变桨优化控制的风机联合减载方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130140819A1 (en) * 2010-06-02 2013-06-06 Vestas Wind Systems A/S Method for operating a wind turbine at improved power output
CN104214044A (zh) * 2013-05-30 2014-12-17 成都阜特科技股份有限公司 双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法
CN103850876A (zh) * 2014-03-14 2014-06-11 华北电力大学 一种适用于无载荷测量的风电机组独立变桨控制方法
US20170122289A1 (en) * 2014-06-19 2017-05-04 Vestas Wind Systems A/S Control of wind turbines in response to wind shear
CN104329224A (zh) * 2014-11-13 2015-02-04 湖南世优电气股份有限公司 一种直驱型永磁风力发电机组变速率变桨系统及变桨方法
CN112196735A (zh) * 2020-09-30 2021-01-08 重庆科凯前卫风电设备有限责任公司 基于双馈风力发电机组的变桨控制方法
CN112682256A (zh) * 2020-12-09 2021-04-20 北京华能新锐控制技术有限公司 一种基于tmd与变桨优化控制的风机联合减载方法

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