風力發電機組的變槳控制方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風電技術領域，尤其涉及一種風力發電機組的變槳控制方法及裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，風電成為獲取綠色能源的主要途徑之一。我國的風力發電機組(以下簡稱機組)正朝著兆瓦級大型化的方向發展，變槳控制直接影響到兆瓦級風力發電機組安全穩定生產。
[0003]目前，現有的變槳控制方式是基于風力發電機的建模仿真得到不同風速與槳距角范圍的對應表，再通過計算平均風速，并應用插值算法計算出當前風速下的變槳距范圍，進而對變槳距范圍進行修正，同時利用非線性因數校正變槳距速度進而實現輸出控制。
[0004]然而，上述方式具有以下不足之處:首先，現有機組通常將風速儀安裝在葉輪后方的機艙罩上，風速儀會因受到葉片掃風產生的尾流而影響測量精度，進而使得實際風速和槳距角的關系與仿真模型無法對應;其次，常用的機械式風速儀長時間使用后，風速信號測量精度降低，不適合作為控制系統的輸入信號。由此，通過上述方式無法避免在大風或陣風情況下發生超速故障導致風機停機，從而影響發電效率，以及機組的安全性。
【發明內容】
[0005]本發明實施例的目的在于，提供一種風力發電機組的變槳控制方法及裝置，以實現避免大風或陣風時風力發電機組過速停機，提高機組可利用率和安全性。
[0006]為實現上述發明目的，本發明的實施例提供了一種風力發電機組的變槳控制方法，所述方法包括:計算預設時間長度內的風力發電機組的平均槳距角，并根據所述平均槳距角計算動態最小槳距角；獲取滿發狀態下風力發電機組的機組運行參數，并通過對所述機組運行參數進行線性插值來計算變槳參數增益;根據所述動態最小槳距角和/或利用參數增益調整后的變槳控制器的輸出進行變槳控制。
[0007]本發明的實施例還提供了一種風力發電機組的變槳控制裝置，所述裝置包括:動態最小槳距角計算模塊，用于計算預設時間長度內的風力發電機組的平均槳距角，并根據所述平均槳距角計算動態最小槳距角；參數獲取及增益計算模塊，用于獲取滿發狀態下風力發電機組的機組運行參數，并通過對所述機組運行參數進行線性插值來計算變槳參數增益;變槳控制模塊，用于根據所述動態最小槳距角和/或利用參數增益調整后的變槳控制器的輸出進行變槳控制。
[0008]本發明實施例提供的風力發電機組的變槳控制方法及裝置，通過計算得到的預設時間長度內的風力發電機組的平均槳距角計算動態最小槳距角，進一步對滿發狀態下獲取的機組運行參數進行線性插值來計算變槳參數增益，實現了根據動態最小槳距角和/或利用參數增益調整后的變槳控制器的輸出進行變槳控制，從而避免了大風或陣風時風力發電機組過速停機，提高了機組可利用率和安全性。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明實施例一的風力發電機組的變槳控制方法的流程示意圖；
[0010]圖2為本發明實施例一中不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應關系的示例性示意圖；
[0011]圖3為本發明實施例一的風力發電機組的變槳控制方法中步驟110的示例性示意圖；
[0012]圖4為本發明實施例一中不同葉輪轉速狀態范圍與變槳位置增益的對應關系的示例性示意圖；
[0013]圖5為本發明實施例一的風力發電機組的變槳控制方法中步驟120的示例性示意圖；
[0014]圖6為本發明實施例一的風力發電機組的變槳控制方法的應用場景示意圖；
[0015]圖7為陣風時風速曲線的示例性示意圖；
[0016]圖8為未使用本發明實施例一所述變槳控制方法、使用了本發明實施例一所述變槳控制方法中計算動態最小槳距角，以及使用了動態最小槳距角和非線性增益的葉輪轉速對比曲線的示例性示意圖；
[0017]圖9為未使用本發明實施例一所述變槳控制方法、使用了本發明實施例一所述變槳控制方法中計算動態最小槳距角，以及使用了動態最小槳距角和非線性增益的變槳角度對比曲線的示例性示意圖；
[0018]圖10為未使用本發明實施例一所述變槳控制方法、使用了本發明實施例一所述變槳控制方法中計算動態最小槳距角，以及使用了動態最小槳距角和非線性增益的變槳速率對比曲線的示例性示意圖；
[0019]圖11為未使用本發明實施例一所述變槳控制方法，以及使用了動態最小槳距角和非線性增益的塔底載荷對比曲線的示例性示意圖；
[0020]圖12為本發明實施例二的風力發電機組的變槳控制裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明實施例風力發電機組的變槳控制方法及裝置進行詳細描述。
[0022]實施例一
[0023]圖1為本發明實施例一的風力發電機組的變槳控制方法的流程示意圖，如圖1所示，風力發電機組的變槳控制方法包括:
[0024]步驟110:計算預設時間長度內的風力發電機組的平均槳距角，并根據平均槳距角計算動態最小槳距角。
[0025]根據本發明示例性的實施例，步驟110中根據平均槳距角計算動態最小槳距角的處理可包括:通過對所述平均槳距角進行線性插值計算得到所述動態最小槳距角，或者根據所述平均槳距角查找預設的不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應關系表，得到所述動態最小槳距角。
[0026]在具體的實現方式中，下面以線性插值方法計算動態最小槳距角為例進行詳細說明。圖2為本發明實施例一中不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應關系的示例性示意圖，圖3為本發明實施例一的風力發電機組的變槳控制方法中步驟110的示例性示意圖。
[0027]參照圖2和圖3，計算預設時間長度(如20秒、3分鐘等)內獲取的平均槳距角C，通過線性插值得到當前時刻的最小變槳位置b，b隨平均槳距角c動態變化。在機組變槳范圍a?d(通常，設定的最小變槳位置a = 0°，設定的最大變槳位置d = 90°)內，可將變槳角度劃分為η+2段。圖2是示出當η = 4時表征預設的不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應關系的折線，可通過圖2機組確定最小變槳位置b，并將確定的最小變槳位置b作為動態最小槳距角。例如當Ci〈c < C2時，b = (bi_bo).(C-Ci)/(C2_ci)+bo。當c < Co時，b = a;當。>。11時，b = bn—I。其中，CO?Cn及bo?bn—I—般通過建模仿真得到，且co>a。
[0028]需要說明的是，除了上述通過折線表征不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應關系，并基于線性插值計算最小變槳位置外，均可使用其他差值算法來代替，或者采用基于如前所述的不同變槳角度范圍與最小變槳位置的對應關系表，通過查表法計算動態最小槳距角。例如，查找該對應關系表可知平均槳距角c位于c>cn的變槳角度范圍內，而變槳角度范圍c > (^對應的最小變槳位置是b = bn-1，那么動態最小槳距角即是bn。
[0029]在實際應用中，當機組遇到先快速下降、后快速上升的陣風時，機組葉片向設定的最小變槳位置a開槳，當達到動態最小槳距角b時，機組停止開槳，在風速回升時，葉片可以更快的達到控制器需求位置，從而避免機組過速。
[0030]步驟120:獲取滿發狀態下風力發電機組的機組運行參數，并通過對機組運行參數進行線性插值來計算變槳參數增益。
[0031]根據本發明示例性的實施例，步驟120中通過對機組運行參數進行線性插值來計算變槳參數增益的處理可包括:計算機組運行參數的實際值和設定值之間的差值;根據差值計算機組運行參數的加速度;計算差值和機組運行參數的加速度的乘積，得到機組運行參數狀態數據;根據機組運行參數狀態數據，查找預設的不同機組運行參數狀態數據范圍與變槳參數增益的對應關系，并基于線性插值算法得到變槳參數增益。
[0032]需要說明的是，機組運行參數可具體為葉輪轉速或機組輸出功率，變槳參數增益可具體為變槳速率增益或變槳位置增益。
[0033]下面以機組運行參數是葉輪轉速，變槳參數增益是變槳位置增益為例，詳細說明上述處理過程。
[0034]在具體的實現方式中，圖4為本發明實施例一中不同葉輪轉速狀態范圍與變槳位置增益的對應關系的示例性示意圖，圖5為本發明實施例一的風力發電機組的變槳控制方法中步驟120的示例性示意圖。
[0035]參照圖4和圖5，在滿發狀態下，通過測量設備獲取機組的葉輪轉速的實際值，計算機組葉輪轉速實際值與設定值之間的差值，得到葉輪轉速偏差W。將當前時刻轉速偏差與前一周期轉速偏差求取差值，求取的差值除以運算周期，得到葉輪轉速加速度dw。由此，計算葉輪轉速偏差w和葉輪轉速加速度dw的乘積，得到葉輪轉速狀態數據S。這里，滿發狀態既可包括正常運行時的滿發狀態，又包括限功率運行時的滿發狀態。
[0036]設定葉輪轉速狀態數據S的判定范圍為S1-S2(C)< SKS2)，當S〈Sd#，變槳位置增益n=l ；當Si < S < S2時，通過線性插值計算得到變槳位置增益η= (η『1).(S-Si)/(S2_Si)+l ；當S 2 S2時，η = no，其中，no、S1、S2—般通過建模仿真得到，且I ^ n ^ no。
[0037]步驟130:根據動態最小槳距角和/或利用參數增益調整后的變槳控制器的輸出進行變槳控制。
[0038]根據本發明示例性的實施例，步驟130可包括:當所述利用參數增益調整后的變槳控制器的輸出小于所述動態最小槳距角，將所述動態最小槳距角作為最終變槳控制輸出；當所述利用參數增益調整后的變槳控制器的輸出大于所述動態最小槳距角，將所述利用參數增益調整后的變槳控制器的輸出作為最終變槳控制輸出。
[0039]在實際應用中，需要說明的是，僅利用參數增益或者動態最小槳距角進行控制的方法均僅需直接輸出動態最小槳距角或利用參數增益調整后的變槳控制器的輸出，按照輸出進行變槳即可。
[0040]下面結合具體的處理示例，來進一步更直觀地說明一下本發明實施例的具體應用。
[0041]圖6為本發明實施例一的風力發電機組的變槳控制方法的應用場景示意圖，參照圖6，其中，如前所述的步驟110就可通過虛線框中示出的“測量槳距角”和“動態最小槳距角”實現，如前所述的步驟120就可通過虛線框示出的“測量轉速”、“設定的轉速”和“非線性增益”實現。如前所述的利用參數增益調整后的變槳