本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在設(shè)計(jì)載荷范圍內(nèi)，利益驅(qū)使往往追求最大發(fā)電量。從近兩年市面上機(jī)組運(yùn)行情況來(lái)看，由于特殊工況(極限湍流、陣風(fēng)等)導(dǎo)致機(jī)組“飛車(chē)”或者倒塔現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)機(jī)組特殊工況下參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化是很有必要的?，F(xiàn)有機(jī)組設(shè)計(jì)很少針對(duì)凈空及降載，精細(xì)化的設(shè)計(jì)機(jī)組控制方案，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組運(yùn)行存在一定安全隱患，同時(shí)機(jī)組運(yùn)行載荷較大；

隨著市場(chǎng)發(fā)展需求，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)葉輪直徑逐漸變大，因此，風(fēng)剪切對(duì)于機(jī)組葉輪平衡影響不容小覷，風(fēng)剪切帶來(lái)最直接的安全隱患就是葉片打塔，機(jī)組凈空小，對(duì)于機(jī)組安全運(yùn)行有很大影響。因此在設(shè)計(jì)階段，如何進(jìn)行安全域量的設(shè)計(jì)及載荷控制策略精細(xì)化設(shè)計(jì)成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，對(duì)機(jī)組在剪切風(fēng)、風(fēng)向變化大的工況下，通過(guò)判斷偏航誤差及其持續(xù)時(shí)間，改變槳距角最小限定值，同時(shí)減小機(jī)組額定轉(zhuǎn)速，在減小葉片和塔架間隙的同時(shí)，降低機(jī)組塔頂載荷Mxy(IEC坐標(biāo)系)大小，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

為此，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：

一種提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的方法，包括以下步驟：

S1：采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航誤差，選擇合適的濾波時(shí)間對(duì)所述偏航誤差進(jìn)行濾波；

S2：判斷所述偏航誤差大于設(shè)定誤差值的時(shí)間是否超過(guò)預(yù)設(shè)持續(xù)時(shí)間，從而確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是否處于特殊工況；

S3：若是處于特殊工況，則調(diào)整所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)；所述運(yùn)行參數(shù)包括機(jī)組最小槳距角及機(jī)組額定轉(zhuǎn)速。

根據(jù)本發(fā)明提出的提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的方法，其中，所述合適的濾波時(shí)間的選擇依據(jù)為，既保證偏航控制的穩(wěn)定性，又保證在特殊工況下能夠及時(shí)識(shí)別偏航誤差。

根據(jù)本發(fā)明提出的提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的方法，其中，所述特殊工況包括風(fēng)向變化大和垂直剪切風(fēng)。

根據(jù)本發(fā)明提出的提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的方法，其中，所述步驟S3中還包括添加滯環(huán)，用以避免因頻繁調(diào)整運(yùn)行參數(shù)而增加變槳?jiǎng)幼鳌?/p>

本發(fā)明同時(shí)還提出一種提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的系統(tǒng)，包括：

偏航誤差采集模塊，用于采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航誤差，選擇合適的濾波時(shí)間對(duì)所述偏航誤差進(jìn)行濾波；

偏航誤差判斷模塊，與所述偏航誤差采集模塊相連，用于判斷所述偏航誤差大于設(shè)定誤差值的時(shí)間是否超過(guò)預(yù)設(shè)持續(xù)時(shí)間，從而確定所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是否處于特殊工況；

參數(shù)調(diào)整模塊，與所述偏航誤差判斷模塊相連，當(dāng)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于特殊工況時(shí)，調(diào)整所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)；所述運(yùn)行參數(shù)包括機(jī)組最小槳距角及機(jī)組額定轉(zhuǎn)速。

根據(jù)本發(fā)明提出的提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的系統(tǒng)，其中，所述合適的濾波時(shí)間的選擇依據(jù)為，既保證偏航控制的穩(wěn)定性，又保證在特殊工況下能夠及時(shí)識(shí)別偏航誤差。

根據(jù)本發(fā)明提出的提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的系統(tǒng)，其中，所述特殊工況包括風(fēng)向變化大和垂直剪切風(fēng)。

根據(jù)本發(fā)明提出的提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的系統(tǒng)，其中，所述參數(shù)調(diào)整模塊中還添加有滯環(huán)，用以避免因頻繁調(diào)整運(yùn)行參數(shù)而增加變槳?jiǎng)幼鳌?/p>

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明通過(guò)判斷機(jī)組在特定風(fēng)況下偏航誤差及持續(xù)時(shí)間，并軟件設(shè)定觸發(fā)條件，滿(mǎn)足要求后，對(duì)機(jī)組最小變槳角度及額定轉(zhuǎn)速針對(duì)性進(jìn)行設(shè)計(jì)，增大機(jī)組在大風(fēng)向變化下葉片與塔架間隙，同時(shí)降低機(jī)組運(yùn)行時(shí)葉輪不平衡載荷及塔頂載荷；

(2)本發(fā)明基于控制的機(jī)組降載及安全運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)軟件參數(shù)設(shè)計(jì)直接達(dá)到機(jī)組載荷及運(yùn)行優(yōu)化目的，實(shí)現(xiàn)方式較為方便，效果相對(duì)明顯，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)況推廣應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為變速變槳雙饋機(jī)組控制原理結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明的提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的方法的控制邏輯圖；

圖4為本發(fā)明中線(xiàn)性插值法的原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明以目前市面上常見(jiàn)的變槳變速機(jī)組控制為主，以基于PID調(diào)節(jié)的機(jī)組變槳、轉(zhuǎn)矩控制過(guò)程為核心，說(shuō)明特定風(fēng)況對(duì)機(jī)組控制的影響，通過(guò)詳細(xì)分析本發(fā)明基本方案，確立機(jī)組在此工況下對(duì)運(yùn)行特性及加上此方案后的改進(jìn)效果。

增大機(jī)組凈空、同時(shí)降低機(jī)組極限載荷最有效的方法是降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)特定工況需要，本發(fā)明確立了在特定風(fēng)況下降低機(jī)組額定轉(zhuǎn)速及調(diào)整最小槳距角的方案，保證機(jī)組平穩(wěn)渡過(guò)風(fēng)向變化過(guò)大的工況。

圖1所示是變速變槳雙饋機(jī)組控制原理圖，其中虛線(xiàn)框內(nèi)部分即為發(fā)明提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，包括偏航誤差采集模塊、偏航誤差判斷模塊和參數(shù)調(diào)整模塊，分別用以采集機(jī)組偏航誤差，并通過(guò)控制器算法分析判斷偏航誤差超過(guò)設(shè)定值的持續(xù)時(shí)間，確定此時(shí)機(jī)組是否處于風(fēng)向變化大、垂直剪切風(fēng)等特殊工況，進(jìn)而為了保證機(jī)組運(yùn)行安全，確定機(jī)組最小槳距角限值及額定轉(zhuǎn)速設(shè)定值。

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖2，為本發(fā)明的提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的方法的流程圖。

鑒于現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)資源情況復(fù)雜，風(fēng)向變化頻繁，機(jī)組尾流影響云不可忽視，一般現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)給偏航誤差一個(gè)范圍，如-12°至12°，防止機(jī)組偏航動(dòng)作過(guò)于頻繁。

但是，在特定風(fēng)況下，如風(fēng)向變化過(guò)大，機(jī)組在發(fā)電運(yùn)行時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組葉片與塔筒表面間隙變小，同時(shí)引起機(jī)組塔筒載荷及葉輪不平衡增大，特別是塔頂Mxy(IEC坐標(biāo))增大。如不采取手段解決此問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組在此風(fēng)況下發(fā)生葉片打塔危險(xiǎn)，同時(shí)影響機(jī)組運(yùn)行壽命。本發(fā)明基于此在風(fēng)向變化過(guò)大時(shí)，通過(guò)限制槳距角和降低機(jī)組額定轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，避免以上危險(xiǎn)發(fā)生。

根據(jù)圖2所示，本發(fā)明的提高大風(fēng)偏差下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組凈空的方法在設(shè)定參數(shù)初始化之后，首先采集偏航誤差并對(duì)其進(jìn)行濾波，判斷濾波后的偏航誤差是否超出預(yù)設(shè)值；如否，返回最初初始化的參數(shù)；如是，判斷偏航誤差持續(xù)時(shí)間是否超出預(yù)設(shè)時(shí)間，如未超出則繼續(xù)返回計(jì)時(shí)步驟；如已超出預(yù)設(shè)時(shí)間則重新設(shè)定槳距角的最小限值和額定轉(zhuǎn)速。

其中，本發(fā)明中的偏航誤差判斷擬采用分段逐級(jí)控制或者線(xiàn)性插值法(如圖4所示)，根據(jù)不同偏航誤差設(shè)定，選擇不同的持續(xù)時(shí)間，進(jìn)而給定機(jī)組不同程度的設(shè)定值，在保持機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，保證機(jī)組發(fā)電量損失最低。本發(fā)明算法也可通過(guò)簡(jiǎn)單PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑控制。具體控制邏輯如圖3所示。

其中線(xiàn)性插值法的表達(dá)式為：

上式中X、Y分別為偏航誤差設(shè)定值、持續(xù)時(shí)間設(shè)定值，通過(guò)偏航誤差設(shè)定值確定所需持續(xù)時(shí)間設(shè)定值。

通過(guò)以上算法，可以實(shí)時(shí)給定在特定風(fēng)況下的最小槳距角及額定轉(zhuǎn)速設(shè)定值，一旦機(jī)組脫離此工況超過(guò)設(shè)定時(shí)間，或者風(fēng)向變化符合實(shí)際要求后，機(jī)組即可退出此控制邏輯，正常運(yùn)行發(fā)電。

綜上所述，通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)方案，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在特定工況下可及時(shí)降速，增大葉片凈空并降低機(jī)組載荷，同時(shí)本發(fā)明靈活的機(jī)組邏輯切換機(jī)制，可及時(shí)恢復(fù)機(jī)組原邏輯參數(shù)，減小由于降載及凈空優(yōu)化帶來(lái)的發(fā)電量損失。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，本發(fā)明的降載、減小凈空效果可延長(zhǎng)機(jī)組關(guān)鍵部件壽命，減小葉片打塔架帶來(lái)的重大損失，提高了機(jī)組可靠性，進(jìn)而提升機(jī)組發(fā)電量。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實(shí)施例中的裝置中的模塊可以按照實(shí)施例描述分布于實(shí)施例的裝置中，也可以進(jìn)行相應(yīng)變化位于不同于本實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)裝置中。上述實(shí)施例的模塊可以合并為一個(gè)模塊，也可以進(jìn)一步拆分成多個(gè)子模塊。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。