一种风力发电机组塔架异常晃动的动态控制方法及系统与流程

1.本发明主要涉及风电技术领域，具体涉及一种风力发电机组塔架异常晃动的动态控制方法及系统。


背景技术：

2.我国中东部平原和东北平原部分地区的风资源主要特点是湍流强度小，风切变系数大，而面向风切变大于0.15区域，超高塔较常规塔架据有显著的性能优势，发电量可提升20％左右。切变系数、塔筒高度和发电量的关系如图1所示。随着塔筒高度的增加、塔架一阶固有模态会逐步降低，甚至出现塔架一阶模态与风力发电机组1倍风轮转频相交的设计(惯称柔塔)，与此同时塔架的阻尼也会相应降低，塔筒的晃动水平增加。
3.超高塔风力发电机组一般具有频率低、阻尼小的属性特点，继而导致其塔架晃动水平相较于常规塔筒风电机组偏大，也更易发生异常晃动现象，与此同时，现有变速变桨型风力发电机组桨距控制中通常会引入塔架加阻控制算法来调节推力载荷对塔筒晃动的影响，塔架加阻的控制输入为塔架前后加速度，当塔架出现异常晃动的时候塔架加阻可能会起到加剧塔架晃动的效果。另外针对塔架异常晃动的常见策略还有保护停机。这种常保护停机”控制的优点是：逻辑简单、实现方便、且能在一定程度上保证机组的运行安全。但其缺点也十分明显：鲁棒性不强(保护值过低，机组频繁停机；保护值过大，机组疲劳损伤加剧)、安全监控不精准、性能损失严重，在平价时代的大环境下其技术问题显得尤为刺眼。因此技术层面的超高塔风力发电机组异常晃动的动态控制对风电机组的设计和风电项目的服役尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种安全有效、控制稳定、操作简便的风力发电机组塔架异常晃动的动态控制方法及系统。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种风力发电机组塔架异常晃动的动态控制方法，包括步骤：
7.s01、获取风力发电机组塔架的前后加速度或/和左右加速度，并计算对应的逻辑运算值，再进行组合；
8.s02、将同一组合内的各逻辑运算值与对应的预设阈值进行对比；当任一组合内的逻辑运算值均大于其对应的预设阈值，则判断塔架异常晃动；
9.s03、在塔架异常晃动时，进行异常晃动动态控制：根据机组当前晃动水平来调整机组的辅助桨距指令，再将辅助桨距指令叠加在当前常规桨距控制指令之上，通过动态调节桨距指令使得超高塔风电机组脱离原有的异常晃动运行区间。
10.作为上述技术方案的进一步改进：
11.在步骤s03中异常晃动动态控制运行一段时间之后，还包括步骤s04：在满足任一预设条件后，退出塔架异常晃动动态控制，进入正常运行。
12.所述步骤s04的预设条件包括：1)动态控制运行时间大于设定阈值；2)测量平均风速小于设定阈值；3)塔架前后加速度均方根的移动平均值小于设定阈值；4)塔架左右加速度均方根的移动平均值小于设定阈值；5)塔架前后加速度一阶特征频率分量小于设定阈值；6)塔架左右加速度一阶特征频率分量小于设定阈值。
13.在步骤s01中，对应的逻辑运算值包括塔架前后加速度均方根的移动平均值、塔架左右加速度均方根的移动平均值、塔架前后加速度一阶特征频率分量、塔架左右加速度一阶特征频率分量中的一种或多种。
14.在步骤s01中，将塔架前后加速度均方根的移动平均值和塔架前后加速度一阶特征频率分量划分为同一组合；将塔架左右加速度均方根的移动平均值和塔架左右加速度一阶特征频率分量划分为同一组合。
15.在步骤s03中，机组辅助桨距指令的调整方式包括：
16.根据异常晃动水平程度分档按不同的斜率调整机组的辅助桨距指令；
17.根据异常晃动水平程度按阶跃指令直接调整机组的辅助桨距指令；
18.根据异常晃动水平程度按二次函数的拟合关系调整机组的辅助桨距指令。
19.本发明还公开了一种风力发电机组塔架异常晃动的动态控制系统，包括：
20.第一模块，用于获取风力发电机组塔架的前后加速度或/和左右加速度，并计算对应的逻辑运算值，再进行组合；
21.第二模块，用于将同一组合内的各逻辑运算值与对应的预设阈值进行对比；当任一组合内的逻辑运算值均大于其对应的预设阈值，则判断塔架异常晃动；
22.第三模块，用于在塔架异常晃动时，进行异常晃动动态控制：根据机组当前晃动水平按不同控制方式来调整机组的辅助桨距指令，再将辅助桨距指令叠加在当前常规桨距控制指令之上，通过动态调节桨距指令使得超高塔风电机组脱离原有的异常晃动运行区间。
23.作为上述技术方案的进一步改进：
24.还包括第四模块，用于实现塔架异常晃动动态控制退出。
25.本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风力发电机组塔架异常晃动的动态控制方法的步骤。
26.本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风力发电机组塔架异常晃动的动态控制方法的步骤。
27.与现有技术相比，本发明的优点在于：
28.本发明根据超高塔架机组异常晃动智能判断和提前识别，通过塔架晃动水平来合理规划塔架异常晃动时机组桨距指令特性，实现超高塔风力发电机组异常晃动的精准检测和动态调节，在不损失过多发电性能的基础上增加超高塔架风电机组的运行安全。
29.本发明在进行异常晃动判断时，通过多参数进行识别，不仅保证了识别的精准性和安全性，同时减小了误触发。
30.本发明在动态控制过程中，由于将辅助桨距指令与常规桨距控制进行解耦，在实现动态调节的基础上保证了控制的稳定性。
31.本发明在进行动态控制退出判断时，在预设条件中参考了动态控制执行时间和异
常晃动水平的抑制情况，能够保证机组运行安全和动作准确。
附图说明
32.图1为现有技术中切变系数、塔筒高度和发电量的关系示意图。
33.图2为本发明的方法在实施例的流程图。
34.图3为本发明的辅助桨距指令特性控制方式图。
具体实施方式
35.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
36.如图1所示，本实施例的风力发电机组塔架异常晃动的动态控制方法，适用于超高塔风力发电机组的应用，具体包括步骤：
37.s01、获取风力发电机组塔架的前后加速度或/和左右加速度，并计算对应的逻辑运算值，再进行组合；
38.s02、将同一组合内的各逻辑运算值与对应的预设阈值进行对比；当任一组合内的逻辑运算值大于其对应的预设阈值，则判断塔架异常晃动；
39.s03、在塔架异常晃动时，进行异常晃动动态控制：根据机组当前晃动水平来调整机组的辅助桨距指令，再将辅助桨距指令叠加在当前常规桨距控制指令之上，通过动态调节桨距指令使得超高塔风电机组脱离原有的异常晃动运行区间。
40.本发明根据超高塔架机组异常晃动智能判断和提前识别，通过塔架晃动水平来合理规划塔架异常晃动时机组桨距指令特性，实现超高塔风力发电机组异常晃动的精准检测和动态调节，在不损失过多发电性能的基础上增加超高塔架风电机组的运行安全。
41.在一具体实施例中，在步骤s03中异常晃动动态控制运行一段时间之后，还包括步骤s04：在满足任一预设条件或任一组合的预设条件后，退出塔架异常晃动动态控制，进入正常运行，否则机组执行主动停机动作。其中预设条件包括：1)动态控制运行时间大于设定阈值；2)测量平均风速小于设定阈值；3)塔架前后加速度均方根的移动平均值小于设定阈值；4)塔架左右加速度均方根的移动平均值小于设定阈值；5)塔架前后加速度一阶特征频率分量小于设定阈值；6)塔架左右加速度一阶特征频率分量小于设定阈值。由于预设条件中参考了动态控制执行时间和异常晃动水平的抑制情况，保证机组运行安全和动作准确。
42.在一具体实施例中，在步骤s01中，根据塔架加速度传感器测量的塔架前后或者左右加速度进行塔架特征晃动提取和判断，对应的逻辑运算值包括塔架前后加速度均方根的移动平均值、塔架左右加速度均方根的移动平均值、塔架前后加速度一阶特征频率分量、塔架左右加速度一阶特征频率分量中的一种或多种。具体地，将塔架前后加速度均方根的移动平均值和塔架前后加速度一阶特征频率分量划分为同一组合；将塔架左右加速度均方根的移动平均值和塔架左右加速度一阶特征频率分量划分为同一组合。在塔架前后加速度均方根的移动平均值和塔架前后加速度一阶特征频率分量均大于其对应预设阈值时，则判断塔架异常晃动；或者在塔架左右加速度均方根的移动平均值和塔架左右加速度一阶特征频率分量均大于其对应预设阈值时，则判断塔架异常晃动。通过上述条件进行识别，不仅保证了识别的精准性和安全性，同时减小了误触发。
43.在一具体实施例中，在步骤s03中，主要的控制对象为机组的桨距特性，实现过程
是根据机组当前晃动水平(晃动水平可根据各参数的大小来进行分档)按不同控制方式来调整机组的辅助桨距指令，可以是根据异常晃动水平程度分档按不同的斜率调整机组的辅助桨距指令，如图3的a曲线所示；或者根据异常晃动水平程度按阶跃指令直接调整机组的辅助桨距指令，如图3的b曲线所示；或者根据异常晃动水平程度按二次函数的拟合关系调整机组的辅助桨距指令，如图3的c和d曲线所示；再将辅助桨距指令叠加在当前常规桨距控制指令之上，通过动态调节桨距指令使得超高塔风电机组脱离原有的异常晃动运行区间。在上述控制过程中，由于将辅助桨距指令与常规桨距控制进行解耦，保证了控制的稳定性。
44.本发明还公开了一种风力发电机组塔架异常晃动的动态控制系统，包括：
45.第一模块，用于获取风力发电机组塔架的前后加速度或/和左右加速度，并计算对应的逻辑运算值，再进行组合；
46.第二模块，用于将同一组合内的各逻辑运算值与对应的预设阈值进行对比；当任一组合内的逻辑运算值均大于其对应的预设阈值，则判断塔架异常晃动；
47.第三模块，用于在塔架异常晃动时，进行异常晃动动态控制：根据机组当前晃动水平按不同控制方式来调整机组的辅助桨距指令，再将辅助桨距指令叠加在当前常规桨距控制指令之上，通过动态调节桨距指令使得超高塔风电机组脱离原有的异常晃动运行区间。
48.在一具体实施例中，还包括第四模块，用于实现塔架异常晃动动态控制退出。
49.本发明的风力发电机组塔架异常晃动的动态控制系统，与上述的动态控制方法相对应，同样具有如动态控制方法所述的优点。
50.本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风力发电机组塔架异常晃动的动态控制方法的步骤。本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风力发电机组塔架异常晃动的动态控制方法的步骤。本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。
51.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。