一种风电机组在极限阵风下的降载控制方法与系统与流程

技术特征：
1.一种风电机组在极限阵风下的降载控制方法，其特征在于，包括：阵风优先变桨：通过对当前风轮转速偏差和风轮转速偏差变化率的判断，当超过设定阈值的时候，在变桨指令上叠加附加变桨速率；阵风超速抑制：通过对当前机舱加速度的判断，当机舱加速度超过阈值，延时一段时间之后，风轮转速大于风轮额定转速且风轮加速度大于阈值时，变桨指令上叠加附加变桨速率；非线性转速设定：通过对机舱风向仪测量的偏航误差判断，当偏航误差超过偏航误差阈值，则降低风轮转速的设定值，即降低叶轮转速，以降低风电机组的载荷。2.根据权利要求1所述的一种风电机组在极限阵风下的降载控制方法，其特征在于，在阵风优先变桨中，风电机组在阵风工况下，风轮感受到的平均风速在短时间内从额定风速达到切出风速，风轮转速明显增加，且转速呈现加速上升趋势；此时，将风轮转速减去额定转速定义为风轮转速偏差，如果当前的风轮转速偏差与风轮转速偏差变化率的乘积超过设定阈值，则判断为阵风工况，在变桨指令上叠加一个附加变桨速率，具体如下：首先，定义风轮转速偏差如下：式中，δω
r
表示风轮转速偏差；ω
r
表示滤除高频噪声后的风轮转速；ω
rated
表示风轮额定转速；if表示后面的为判断条件；else表示其它情况；如果风轮转速ω
r
高于风轮额定转速ω
rated
时，风轮转速偏差δω
r
等于风轮转速与风轮额定转速的差，即ω
r-ω
rated
，否则风轮转速偏差δω
r
等于0；基于风轮转速偏差，定义风轮转速偏差变化率如下：式中，表示风轮转速偏差变化率；d(δω
r
)/dt表示风轮转速偏差对时间t的导数；如果风轮转速偏差δω
r
加速上升时，风轮转速偏差变化率等于风轮转速偏差对时间t的导数，否则风轮转速偏差变化率等于0。基于风轮转速偏差和风轮转速偏差变化率，定义优先变桨附加变桨速率如下：式中，δ表示优先变桨附加变桨速率；δ
e
表示优先变桨附加变桨速率预设值；e
β
表示转速偏差与转速偏差变化率乘积的最大阈值，此阈值随平均变桨角度的改变而变化；p
e
表示当前的发电机测量功率；k表示功率系数，参数设置在0到1区间内；p
rated
表示发电机额定功率；and表示逻辑与运算；最后，附加变桨速率叠加到变桨指令上，如下：
式中，β1表示传输到叶片1变桨系统的变桨角度指令；β2表示传输到叶片2变桨系统的变桨角度指令；β3表示传输到叶片3变桨系统的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片1的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片2的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片3的变桨角度指令；∫δdt表示优先变桨附加变桨速率积分成附加变桨角度。3.根据权利要求1所述的一种风电机组在极限阵风下的降载控制方法，其特征在于，在阵风超速抑制中，风电机组在阵风工况下，风轮感受到的平均风速在短时间内从额定风速达到切出风速，此时机舱加速度将明显增加，且转速呈现加速上升趋势，由于机舱加速度对阵风的响应更快，因此用机舱加速度作为预判条件，在延时时间之后监测风轮转速是否有加速趋势，若超出阈值则在变桨指令上叠加附加变桨速率，具体如下：延时时间通过计时器实现，当机舱加速度超过加速度阈值时，计时器开始计时；当机舱加速度低于加速度阈值时，计时器初始化为零；其中，机舱加速度作为预判条件的计时器定义如下：式中，t
n
表示计时器在n时刻的时间；t
n-1
表示计时器在n-1时刻的时间；δt表示从n-1到n时刻的时间步长；表示机舱前后方向加速度；m
fa
表示机舱前后加速度阈值；if表示后面的为判断条件；else表示其它情况；基于计时器和风轮转速偏差变化率，定义超速抑制附加变桨速率如下：式中，λ表示超速抑制附加变桨速率；λ
e
表示超速抑制附加变桨速率预设值；表示风轮转速偏差变化率；h
β
表示风轮转速偏差变化率阈值；t
e
表示计时器的时间阈值；and表示逻辑与运算；最后，附加变桨速率叠加到变桨指令上，如下：式中，β1表示传输到叶片1变桨系统的变桨角度指令；β2表示传输到叶片2变桨系统的变桨角度指令；β3表示传输到叶片3变桨系统的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片1的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片2的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片3的变桨角度指令；∫λdt表示超速抑制附加变桨速率积分成附加变桨角度。
4.根据权利要求1所述的一种风电机组在极限阵风下的降载控制方法，其特征在于，在非线性转速设定中，机舱风向仪测量到偏航误差角超过阈值时，风轮的朝向与风向出现大偏差，此时风轮不正对风，风轮受到不平衡弯矩大，而通过降低叶轮转速，风轮受到的载荷将同步降低；当风轮偏航最终对风，此时偏航误差减小，风轮转速恢复到额定转速运行；其中，定义叶轮转速设定值如下：式中，ω
set
表示叶轮转速设定值；ω
rated
表示叶轮额定转速；φ表示机舱风向仪测量的偏航误差经过低通滤波后的偏航误差角；f(φ)表示转速设定值非线性部分，为一个查表函数，根据偏航误差角查表转速设定值偏移量；abs(φ)表示偏航误差角的绝对值；φ
e
表示偏航误差角绝对值的阈值；if表示后面的为判断条件；else表示其它情况。5.一种风电机组在极限阵风下的降载控制系统，其特征在于，包括：阵风优先变桨模块，通过对当前风轮转速偏差和风轮转速偏差变化率的判断，当超过设定阈值的时候，在变桨指令上叠加附加变桨速率；阵风超速抑制模块，通过对当前机舱加速度的判断，当机舱加速度超过阈值，延时一段时间之后，风轮转速大于风轮额定转速且风轮加速度大于阈值时，变桨指令上叠加附加变桨速率；非线性转速设定模块，通过对机舱风向仪测量的偏航误差判断，当偏航误差超过偏航误差阈值，则降低风轮转速的设定值，即降低叶轮转速，以降低风电机组的载荷。6.根据权利要求1所述的一种风电机组在极限阵风下的降载控制系统，其特征在于，在阵风优先变桨模块中，风电机组在阵风工况下，风轮感受到的平均风速在短时间内从额定风速达到切出风速，风轮转速明显增加，且转速呈现加速上升趋势；此时，将风轮转速减去额定转速定义为风轮转速偏差，如果当前的风轮转速偏差与风轮转速偏差变化率的乘积超过设定阈值，则判断为阵风工况，在变桨指令上叠加一个附加变桨速率，具体如下：首先，定义风轮转速偏差如下：式中，δω
r
表示风轮转速偏差；ω
r
表示滤除高频噪声后的风轮转速；ω
rated
表示风轮额定转速；if表示后面的为判断条件；else表示其它情况；如果风轮转速ω
r
高于风轮额定转速ω
rated
时，风轮转速偏差δω
r
等于风轮转速与风轮额定转速的差，即ω
r-ω
rated
，否则风轮转速偏差δω
r
等于0；基于风轮转速偏差，定义风轮转速偏差变化率如下：式中，表示风轮转速偏差变化率；d(δω
r
)/dt表示风轮转速偏差对时间t的导数；如果风轮转速偏差δω
r
加速上升时，风轮转速偏差变化率等于风轮转速偏差对时间t的导数，否则风轮转速偏差变化率等于0。
基于风轮转速偏差和风轮转速偏差变化率，定义优先变桨附加变桨速率如下：式中，δ表示优先变桨附加变桨速率；δ
e
表示优先变桨附加变桨速率预设值；e
β
表示转速偏差与转速偏差变化率乘积的最大阈值，此阈值随平均变桨角度的改变而变化；p
e
表示当前的发电机测量功率；k表示功率系数，参数设置在0到1区间内；p
rated
表示发电机额定功率；and表示逻辑与运算；最后，附加变桨速率叠加到变桨指令上，如下：式中，β1表示传输到叶片1变桨系统的变桨角度指令；β2表示传输到叶片2变桨系统的变桨角度指令；β3表示传输到叶片3变桨系统的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片1的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片2的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片3的变桨角度指令；∫δdt表示优先变桨附加变桨速率积分成附加变桨角度。7.根据权利要求1所述的一种风电机组在极限阵风下的降载控制系统，其特征在于，在阵风超速抑制模块中，风电机组在阵风工况下，风轮感受到的平均风速在短时间内从额定风速达到切出风速，此时机舱加速度将明显增加，且转速呈现加速上升趋势，由于机舱加速度对阵风的响应更快，因此用机舱加速度作为预判条件，在延时时间之后监测风轮转速是否有加速趋势，若超出阈值则在变桨指令上叠加附加变桨速率，具体如下：延时时间通过计时器实现，当机舱加速度超过加速度阈值时，计时器开始计时；当机舱加速度低于加速度阈值时，计时器初始化为零；其中，机舱加速度作为预判条件的计时器定义如下：式中，t
n
表示计时器在n时刻的时间；t
n-1
表示计时器在n-1时刻的时间；δt表示从n-1到n时刻的时间步长；表示机舱前后方向加速度；m
fa
表示机舱前后加速度阈值；if表示后面的为判断条件；else表示其它情况；基于计时器和风轮转速偏差变化率，定义超速抑制附加变桨速率如下：式中，λ表示超速抑制附加变桨速率；λ
e
表示超速抑制附加变桨速率预设值；表示风轮转速偏差变化率；h
β
表示风轮转速偏差变化率阈值；t
e
表示计时器的时间阈值；and表示逻辑与运算；最后，附加变桨速率叠加到变桨指令上，如下：
式中，β1表示传输到叶片1变桨系统的变桨角度指令；β2表示传输到叶片2变桨系统的变桨角度指令；β3表示传输到叶片3变桨系统的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片1的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片2的变桨角度指令；表示控制器输出的叶片3的变桨角度指令；∫λdt表示超速抑制附加变桨速率积分成附加变桨角度。8.根据权利要求1所述的一种风电机组在极限阵风下的降载控制系统，其特征在于，在非线性转速设定模块中，机舱风向仪测量到偏航误差角超过阈值时，风轮的朝向与风向出现大偏差，此时风轮不正对风，风轮受到不平衡弯矩大，而通过降低叶轮转速，风轮受到的载荷将同步降低；当风轮偏航最终对风，此时偏航误差减小，风轮转速恢复到额定转速运行；其中，定义叶轮转速设定值如下：式中，ω
set
表示叶轮转速设定值；ω
rated
表示叶轮额定转速；φ表示机舱风向仪测量的偏航误差经过低通滤波后的偏航误差角；f(φ)表示转速设定值非线性部分，为一个查表函数，根据偏航误差角查表转速设定值偏移量；abs(φ)表示偏航误差角的绝对值；φ
e
表示偏航误差角绝对值的阈值；if表示后面的为判断条件；else表示其它情况。9.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-4中任一项所述的风电机组在极限阵风下的降载控制方法。10.一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1-4中任一项所述的风电机组在极限阵风下的降载控制方法。

技术总结
本发明公开了一种风电机组在极限阵风下的降载控制方法与系统，包括：通过对当前风轮转速偏差和风轮转速偏差变化率的判断，当超过设定阈值的时候，在变桨指令上叠加附加变桨速率；通过对当前机舱加速度的判断，当机舱加速度超过阈值，延时一段时间之后，风轮转速大于风轮额定转速且风轮加速度大于阈值时，变桨指令上叠加附加变桨速率；通过对机舱风向仪测量的偏航误差判断，当偏航误差超过偏航误差阈值，则降低风轮转速的设定值，即降低叶轮转速，以降低风电机组的载荷。本发明可有效降低风电机组在极限阵风下的部件载荷，实现机组的轻量化设计。化设计。化设计。


技术研发人员：李刚 马冲 段博志
受保护的技术使用者：明阳智慧能源集团股份公司
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/9/13