風(fēng)電機(jī)組變槳距切換控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)電機(jī)組的自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種風(fēng)電機(jī)組變獎(jiǎng)距切換控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組絕大多數(shù)都具有變獎(jiǎng)控制系統(tǒng)，變獎(jiǎng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 速實(shí)際值維持在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速目標(biāo)值附近。目前許多風(fēng)電場(chǎng)變獎(jiǎng)距控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力不 足，在額定風(fēng)速附近遇到陣風(fēng)時(shí)經(jīng)常造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值頻繁超出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速允許的最 大值，進(jìn)而被迫停機(jī)。為了克服發(fā)電機(jī)超速的問(wèn)題，一種已有的辦法是提前變獎(jiǎng)，即在實(shí)際 風(fēng)速尚未到達(dá)額定風(fēng)速時(shí)就開(kāi)始啟動(dòng)變獎(jiǎng)距控制，雖然能夠避免發(fā)電機(jī)超速，但同時(shí)會(huì)導(dǎo) 致在額定風(fēng)速W下時(shí)損失較大的發(fā)電功率。
[0003] 變獎(jiǎng)距控制系統(tǒng)的工作原理如圖1所示，變獎(jiǎng)距控制器是變獎(jiǎng)距控制系統(tǒng)的核 屯、，它包含變獎(jiǎng)PI控制器模塊和變獎(jiǎng)指令限速模塊兩個(gè)模塊。變獎(jiǎng)PI控制器模塊根據(jù)發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)速目標(biāo)值與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值的偏差，計(jì)算出變獎(jiǎng)角度指令，變獎(jiǎng)角度指令經(jīng)過(guò)變 獎(jiǎng)指令限速模塊限速后，輸送到變獎(jiǎng)距執(zhí)行機(jī)構(gòu)，變獎(jiǎng)距執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)節(jié)獎(jiǎng)葉角度來(lái)調(diào) 整葉片對(duì)風(fēng)能的吸收率，進(jìn)而調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際值，使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)際值盡量維 持在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速目標(biāo)值附近。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決上述風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)超速的問(wèn)題，提供一種風(fēng)電機(jī)組變獎(jiǎng)距切換控 制方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] 一種風(fēng)電機(jī)組變獎(jiǎng)距切換控制方法，包括風(fēng)速測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)的處理、風(fēng)速變化率 的絕對(duì)值計(jì)算和自適應(yīng)控制參數(shù)計(jì)算，具體由W下步驟組成：
[0007](1)收集風(fēng)速測(cè)量信號(hào)，標(biāo)記為v(t)，t表示當(dāng)前時(shí)刻；對(duì)收集得到風(fēng)速測(cè)量信號(hào) v(t)進(jìn)行濾波，得到濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)，標(biāo)記為Vf(t);
[000引 似根據(jù)步驟（1)得到的濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)Vf(t)，計(jì)算濾波后的風(fēng)速測(cè)量信 號(hào)的變化率，標(biāo)記為Vd,計(jì)算公式如公式（1)所示：
[0010] 其中Vf(t-1)是上一時(shí)刻的濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)，Ts是采樣時(shí)間；
[0011] (3)計(jì)算步驟（2)得到的濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的變化率的絕對(duì)值，即IVdI; 陽(yáng)〇1引（4)根據(jù)IVdI和步驟（1)得到的濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)Vf(t)計(jì)算PI控制器參數(shù) K。和T1，K。和T1分別是PI控制器的比例參數(shù)和積分時(shí)間參數(shù)，運(yùn)兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算方法為：
[0013] (4. 1)確定PI控制器的K。和T1在非陣風(fēng)風(fēng)況下的默認(rèn)值，標(biāo)記為K。。和T1。；
[0014] (4. 2)確定風(fēng)速變化率的絕對(duì)值的閥值，標(biāo)記為Vd。，如果IVdI大于Vd。，則認(rèn)定當(dāng)前 的風(fēng)況為陣風(fēng)，否則認(rèn)定當(dāng)前的風(fēng)況為非陣風(fēng)；
[0015] (4. 3)確定額定風(fēng)速附近的具體風(fēng)速范圍仍，V2)，
[0016] (4.4)如果AKt)<Vi或者AKt)>V2或者IVdI<Vd。，則Kc=KcO, Ti=T10;
[001引如此，PI控制器的兩個(gè)參數(shù)隨風(fēng)速變化率的變化而自適應(yīng)調(diào)整，如果遇到陣風(fēng)的 情況，PI控制器的調(diào)整能力隨著風(fēng)速變化率的增大而加強(qiáng)；
[0019] 妨根據(jù)步驟（4)得到的IVdl和步驟（1)中確定的風(fēng)速范圍仍，V2)W及步驟（1) 中收集得到的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)V(t)計(jì)算變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限速值，假定限速值標(biāo)記為 Pitch_rate_lim，卯JPitch_rate_lim計(jì)算方法為：
[0020] (5. 1)確定變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限速值在非陣風(fēng)風(fēng)況下的默認(rèn)值，標(biāo)記為 Pitch_rate_limO； 陽(yáng)02U (5.。如果八*)<￥1或者八*)>￥2或者|￥^<乂曲，貝>1
[0022]Pitch_rate_lim=Pitch_rate_limO；
[0024] 如此，變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限速值隨風(fēng)速變化率的變化而自適應(yīng)調(diào)整，如果遇 到陣風(fēng)的情況，變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限速值隨著風(fēng)速變化率的增大而增大。
[00對(duì)將步驟（4)和步驟妨中計(jì)算得到的PI控制器的兩個(gè)參數(shù)，W及變獎(jiǎng)指令限速模 塊中的限速值分別傳送至變獎(jiǎng)控制系統(tǒng)的PI控制器和變獎(jiǎng)指令限速模塊。
[00%] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：步驟（1)中濾波采用一個(gè)高階模型
其 中，Tf是濾波時(shí)間常數(shù)，N是濾波階次，S是復(fù)頻域的拉普拉斯變換因子。 W27] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：風(fēng)速范圍（Vi，V2)取為發(fā)電機(jī)組額定風(fēng)速的 70% -120%。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0029] 本發(fā)明能夠完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，將風(fēng)速測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)自動(dòng)收集，然后使用本發(fā)明提 出的自適應(yīng)控制方法，自動(dòng)判斷風(fēng)電機(jī)組是否處于額定風(fēng)速附近的陣風(fēng)風(fēng)況，進(jìn)一步根據(jù) 風(fēng)速變化率的變化自適應(yīng)調(diào)整變獎(jiǎng)控制系統(tǒng)的PI控制器參數(shù)和變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限 速值。本發(fā)明能夠增強(qiáng)變獎(jiǎng)控制系統(tǒng)的調(diào)整能力，有效防止風(fēng)電機(jī)組因?yàn)樵陬~定風(fēng)速附近 發(fā)電機(jī)超速導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停機(jī)，并且無(wú)需提前變獎(jiǎng)，不會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組在額定風(fēng)速W下發(fā) 電功率損失。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為變獎(jiǎng)控制系統(tǒng)工作原理圖；
[0031] 圖2為風(fēng)電機(jī)組變獎(jiǎng)系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，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)有做出創(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。 陽(yáng)〇3引 實(shí)施例1
[0034] 請(qǐng)參閱圖2,本發(fā)明實(shí)施例中，一種風(fēng)電機(jī)組變獎(jiǎng)距切換控制方法，包括風(fēng)速測(cè)量 信號(hào)數(shù)據(jù)的處理、風(fēng)速變化率的絕對(duì)值計(jì)算和自適應(yīng)控制參數(shù)計(jì)算=部分。
[0035] 風(fēng)速測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)的處理包括：首先，在線收集風(fēng)速測(cè)量信號(hào)；其次，經(jīng)過(guò)濾波器 1八TfS+ir后得到濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)。
[0036] 風(fēng)速變化率的絕對(duì)值計(jì)算包括：首先，經(jīng)過(guò)微分器計(jì)算濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的 變化率；其次，計(jì)算濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的變化率的絕對(duì)值。
[0037] 自適應(yīng)控制參數(shù)計(jì)算，是根據(jù)濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)、濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的 變化率的絕對(duì)值計(jì)算PI控制器的參數(shù)和變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限速值。【具體實(shí)施方式】如 下：首先，確定PI控制器的兩個(gè)參數(shù)在非陣風(fēng)風(fēng)況下的默認(rèn)值；其次，確定風(fēng)速變化率的絕 對(duì)值的閥值；再次，確定額定風(fēng)速附近的具體風(fēng)速范圍；最后，自適應(yīng)調(diào)整PI控制器的參數(shù) 和變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限速值。 陽(yáng)038] 下面是一個(gè)具體的試驗(yàn)例，風(fēng)電機(jī)組的滿發(fā)功率是1. 5麗，額定風(fēng)速是lOm/s。具 體步驟如下：
[0039] (1)在線收集風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)，共收集了 1個(gè)小時(shí)數(shù)據(jù)，采樣時(shí)間1分鐘； W40] 0)計(jì)算得到了濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)是llm/s，濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的變化 率是-3m/s2;
[0041] (3)計(jì)算得到濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的變化率的絕對(duì)值是3m/s2;
[0042](4)確定PI控制器的K。和T1在非陣風(fēng)風(fēng)況下分別取1. 2和0. 08,確定風(fēng)速變化 率的絕對(duì)值的閥值為2m/s2,確定額定風(fēng)速附近的具體風(fēng)速范圍是（7, 12)m/s;
[00創(chuàng) （5)由于濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的變化率的絕對(duì)值3m/s2大于閥值2m/s2,且濾波 后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)llm/s處于區(qū)間（7, 12)m/s之內(nèi)，因此計(jì)算得到當(dāng)前PI控制器的參數(shù)分 別是
[0044] (6)確定變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限速值在非陣風(fēng)風(fēng)況下的默認(rèn)值是6deg/s，由于 濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的變化率的絕對(duì)值3m/s2大于閥值2m/s 2,且濾波后的風(fēng)速測(cè)量信 號(hào)llm/s處于區(qū)間（7, 12)m/s之內(nèi)，因此計(jì)算得到當(dāng)前變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限速值是
[0045] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠W其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論 從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0046] 此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加W描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包 含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的運(yùn)種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可W經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可W理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種風(fēng)電機(jī)組變獎(jiǎng)距切換控制方法，其特征在于，包括風(fēng)速測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)的處理、風(fēng) 速變化率的絕對(duì)值計(jì)算和自適應(yīng)控制參數(shù)計(jì)算，具體由W下步驟組成： (1) 收集風(fēng)速測(cè)量信號(hào)，標(biāo)記為v(t)，t表示當(dāng)前時(shí)刻；對(duì)收集得到風(fēng)速測(cè)量信號(hào)V(t) 進(jìn)行濾波，得到濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)，標(biāo)記為Vf(t); (2) 根據(jù)步驟（1)得到的濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)Vf(t)，計(jì)算濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的 變化率，標(biāo)記為Vd，計(jì)算公式如公式（1)所示：公式（1) 其中Vf(t-l)是上一時(shí)刻的濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)，Ts是采樣時(shí)間； (3) 計(jì)算步驟（2)得到的濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的變化率的絕對(duì)值，即IVdl; (4) 根據(jù)|Vdl和步驟（1)得到的濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)Vf(t)計(jì)算PI控制器參數(shù)K。 和Ti，K。和T1分別是PI控制器的比例參數(shù)和積分時(shí)間參數(shù)，運(yùn)兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算方法為： (4. 1)確定PI控制器的K。和T1在非陣風(fēng)風(fēng)況下的默認(rèn)值，標(biāo)記為K。。和T1。； (4. 2)確定風(fēng)速變化率的絕對(duì)值的閥值，標(biāo)記為Vd。，如果IVdl大于Vd。，則認(rèn)定當(dāng)前的風(fēng) 況為陣風(fēng)，否則認(rèn)定當(dāng)前的風(fēng)況為非陣風(fēng)； (4. 3)確定額定風(fēng)速附近的具體風(fēng)速范圍（Vi，V2)， (4.4)如果AKt) <Vi或者AKt) >V2或者|Vdl<Vd。，則Kc=Kc〇，Ti=Ti〇; 否見(jiàn)巧）根據(jù)步驟（4)得到的iVdl和步驟α)中確定的風(fēng)速范圍（Vi，v2)w及步驟α) 中收集得到的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)V(t)計(jì)算變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限速值，假定限速值標(biāo)記為 Pitch_rate_lim，則Pitch_rate_lim計(jì)算方法為： (5. 1)確定變獎(jiǎng)指令限速模塊中的限速值在非陣風(fēng)風(fēng)況下的默認(rèn)值，標(biāo)記為Pitch_rate_limO; (5.2)如果να)<Vi或者να)>Vs或者|Vdl<Vdo,貝IJ Pitch_rate_lim=Pitch_rate_limO; 否則，2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組變獎(jiǎng)距切換控制方法，其特征在于，步驟（1)中濾波采用一個(gè)高階模型 其中，τf是濾波時(shí)間常數(shù)，N是濾波階次，S是復(fù)頻域的拉 9 普拉斯變換因子。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組變獎(jiǎng)距切換控制方法，其特征在于，風(fēng)速范圍 (Vi，V2)取為發(fā)電機(jī)組額定風(fēng)速的70% -120%。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種風(fēng)電機(jī)組變槳距切換控制方法，包括風(fēng)速測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)的處理、風(fēng)速變化率的絕對(duì)值計(jì)算和自適應(yīng)控制參數(shù)計(jì)算，首先是收集風(fēng)速測(cè)量信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行濾波，計(jì)算濾波后的風(fēng)速測(cè)量信號(hào)的變化率及其絕對(duì)值，再計(jì)算PI控制器的比例參數(shù)和積分時(shí)間參數(shù)，以及變槳指令限速模塊中的限速值。本發(fā)明能夠增強(qiáng)變槳控制系統(tǒng)的調(diào)整能力，有效防止風(fēng)電機(jī)組因?yàn)樵陬~定風(fēng)速附近發(fā)電機(jī)超速導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停機(jī)，并且無(wú)需提前變槳，不會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組在額定風(fēng)速以下發(fā)電功率損失，使得風(fēng)電機(jī)組在額定風(fēng)速附近的發(fā)電功率得到保障。
【IPC分類(lèi)】F03D7/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105402087
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510959190
【發(fā)明人】余真鵬, 陳新, 周雪梅, 宋強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月18日