本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的变桨控制方法、装置及系统。
背景技术：
近年来，风力发电机组(以下简称机组)正朝着兆瓦级大型化的方向发展。随着风电行业竞争日益激烈，机组单机容量及叶轮直径的增大，机组载荷也越来越大，对于降低风机成本的要求也越来越强烈。
目前，在额定风速以下时，叶轮转速随风速成比例调节，以维持最佳尖速比不变，从而获得更多的风能；在额定风速以上时，采用变桨控制方式调节叶轮转速。但当机组在额定风速以上突然遭遇强阵风时，传统的控制方式会因变桨响应速度较慢，无法快速响应风速变化而导致机组极限载荷过大。针对这一问题，通常采用基于功率的最优桨距角动态调整方式。
然而，现有技术具有以下不足之处：一是仅解决机组在额定风速附近时遭遇阵风导致的载荷过大问题，而当在额定风速以上遭遇强阵风时无法降低载荷；二是机组的最优桨距角的改变对额定风速附近的功率曲线会有较大的损失，从而影响机组的经济性。
技术实现要素：
本发明实施例的目的在于，提供一种风力发电机组的变桨控制方法、装置及系统，以实现依据机组运行参数的变化确定是否在常规的变桨输出基础上增加额外的变桨输出，从而使得机组穿越阵风并降低载荷，同时提高机组的安全性和经济性。
为实现上述发明目的，本发明的实施例提供了一种风力发电机组的变桨控制方法，所述方法包括：检测风力发电机组的运行参数的实际值；获取所述运行参数的给定值；根据所述实际值和所述给定值之间的差距确定是否需要增加额外的变桨速率和/或变桨角度；在确定需要增加时，将预设的变桨速率需求值和/或变桨角度需求值发送给变桨控制器。
本发明的实施例还提供了一种风力发电机组的变桨控制装置，所述装置包括：参数检测模块，用于检测风力发电机组的运行参数的实际值；参数获取模块，用于获取所述运行参数的给定值；数据增加确定模块，用于根据所述实际值和所述给定值之间的差距确定是否需要增加额外的变桨速率和/或变桨角度；数据发送模块，用于在确定需要增加时，将预设的变桨速率需求值和/或变桨角度需求值发送给变桨控制器。
本发明的实施例还提供一种风力发电机组的变桨控制系统，所述系统包括变桨控制器以及如前述实施例所述的风力发电机组的变桨控制装置。
本发明实施例提供的风力发电机组的变桨控制方法、装置及系统，通过检测风力发电机组的运行参数的实际值，以及获取运行参数的给定值，进一步以机组运行参数的实际值与给定值之间的变化作为是否对常规的变桨输出增加额外输出的判断依据，在确定需要增加时，触发将额外的变桨需求发送给变桨控制器使其执行相应的变桨控制，从而使得机组能够穿越阵风并降低了载荷，同时提高了机组的安全性和经济性。
附图说明
图1为本发明实施例一的风力发电机组的变桨控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一的风力发电机组的变桨控制方法中设置第一预设阈值的方法流程的示例性示意图；
图3为本发明实施例一的运用和未运用风力发电机组的变桨控制方法的应用效果对比示意图；
图4为本发明实施例二的风力发电机组的变桨控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例风力发电机组的变桨控制方法、装置及系统进行详细描述。
实施例一
图1为本发明实施例一的风力发电机组的变桨控制方法的流程示意图，可在如实施例二所述的风力发电机组的变桨控制装置中执行所述方法。如图1所示，风力发电机组的变桨控制方法包括：
步骤110：检测风力发电机组的运行参数的实际值。
步骤120：获取运行参数的给定值。
这里，运行参数可具体为转速或输出功率。可选地，该变桨控制方法还包括：对运行参数的实际值进行滤波。以运行参数为转速为例，在具体的实现方式中，检测得到风力发电机的转速为ω，对测得转速ω进行滤波，得到滤波后的转速ωm。获取转速的给定值ωset。
步骤130：根据实际值和给定值之间的差距确定是否需要增加额外的变桨速率和/或变桨角度。
具体地，根据本发明示例性的实施例，步骤130可包括：计算实际值与给定值之间的差值的变化率；当差值的变化率大于等于第一预设阈值时，则确定需要增加额外的变桨速率和/或变桨角度。
为了更为精确地增加变桨输出，这里还可以计算滤波后的转速和转速给定值之间的差值的变化率。因此，仍以前述转速为例，在已知滤波后的转速ωm和转速的给定值ωset之后，利用下述式(1)和式(2)计算差值的变化率：
ωerr＝ωm-ωset………………………………………………………式(1)
EEdot＝d(ωerr)/dt…………………………………………………式(2)
其中，ωm为滤波后的转速，ωset为转速的给定值，ωerr为转速差值，EEdot为转速差值的变化率，t为时间。
在实际应用中，除了上述使用差值的变化率来表征实际值和给定值之间的差距外，还可使用差值本身，或者百分比来表征实际值和给定值之间的差距，不限于此。
根据本发明又一示例性的实施例，步骤130可包括：计算实际值和给定值之间的差值的变化率；当差值的变化率大于等于第一预设阈值时，获取变桨控制器的需求扭矩；当需求扭矩大于第二预设阈值时，确定需要增加额外的变桨速率和/或变桨角度。
步骤140：在确定需要增加时，将预设的变桨速率需求值和/或变桨角度需求值发送给变桨控制器。
这里，发送预设的变桨速率需求值和/或变桨角度需求值给变桨控制器的目的在于，使变桨控制器在常规输出的基础上加入额外的变桨速率需求值和/或变桨角度需求值。通常，在实际应用中，前述预设的变桨速率需求值和变桨角度需求值为依据经验得到的恒定值，例如变桨角度需求值一般取2-4deg左右，并且需要确保增加后的变桨速率或变桨角度不超过硬件最大允许的变桨速率需求范围。
举例来说，在转速差值的变化率EEdot的值大于等于第一预设阈值EEdotThreshold，并且当前时刻变桨控制器的需求扭矩大于第二预设阈值时，在常规变桨输出中增加额外的变桨速率需求值和/或变桨角度需求值。其中，通过增加额外的变桨速率需求值可使机组在遭遇阵风时增加变桨速率以快速响应风速变化，增加额外的变桨角度需求值是指机组遭遇阵风时在原有变桨角度上多旋转一些角度，上述添加的额外变桨动作均可使机组穿越阵风并降低了载荷。
此外，在转速差值的变化率EEdot的值小于第一预设阈值EEdotThreshold，或者，变桨控制器的需求扭矩小于等于第二预设阈值时，可预判为机组未遭遇强阵风，则无需在常规变桨输出中增加额外的变桨速率需求值和/或变桨角度需求值，直接按照常规变桨输出进行变桨控制即可。
前述步骤中提及的第一预设阈值有两种设置方法，一种是直接设置为单一的数值；另一种是先获取当前时刻三只叶片桨距角并计算平均值，然后根据桨距角平均值进行线性查表得到。
由此，设置第一预设阈值的方法可包括：分别获取风力发电机组的三只叶片的桨距角；对三只叶片的桨距角进行滤波；根据滤波后的三只叶片的桨距角计算平均桨距角；根据预设的平均桨距角与第一预设阈值的对应关系表设置第一预设阈值。
在具体的实现方式中，图2为本发明实施例一的风力发电机组的变桨控制方法中设置第一预设阈值的方法流程的示例性示意图，参照图2。具体地，步骤201，获取机组三只叶片的桨距角并进行滤波；步骤202，通过下式(3)计算三只叶片的平均桨距角：
θm＝(FB1PA+FB2PA+FB3PA)/3………………………………式(3)
其中，FB1PA、FB2PA、FB3PA分别为滤波后的三只叶片的桨距角，θm为平均桨距角。
步骤203，判断θm是否小于等于xx[0]，如果是则执行步骤204，即EEdotTreshold＝yy[0]；如果否，则执行步骤205，判断θm是否大于xx[0]且小于等于xx[1]，如果是，则执行步骤206，即EEdotTreshold＝(θm-xx[0])/(xx[1]-xx[0])(yy[1]-yy[0])+yy[0]；如果否，则执行步骤207，判断θm是否大于xx[1]且小于等于xx[2]，如果是，则执行步骤208，EEdotTreshold＝(θm-xx[1])/(xx[2]-xx[1])*(yy[2]-yy[1])+yy[1]；如果否，则执行步骤209，判断θm是否大于xx[2]且小于等于xx[3]，如果否，则执行步骤211，即EEdotTreshold＝yy[3]，如果是，则执行步骤210，即EEdotTreshold＝(θm-xx[2])/(xx[3]-xx[2])*(yy[3]-yy[2])+yy[2]。上述步骤中的xx[0]、xx[1]、xx[2]、xx[3]、yy[0]、yy[1]、yy[2]、yy[3]均为基于降载目的和经验通过建模仿真获得的数值。
下面结合附图说明一下运用本发明所述变桨控制方法和未运用本发明的降载对比效果。图3为本发明实施例一的运用和未运用风力发电机组的变桨控制方法的应用效果对比示意图，参照图3，可见实施了本发明的风力发电机组的变桨控制方法，在机组遭遇强阵风时的载荷得到了有效地降低，最大可降低塔顶极限弯矩15％左右，从而明显降低了机组的开发成本，并保证了机组的运行安全。
本发明的风力发电机组的变桨控制方法，通过检测风力发电机组的运行参数的实际值，以及获取运行参数的给定值，进一步依据机组运行参数的实际值与给定值之间的变化，确定是否在常规的变桨输出基础上，将额外的变桨速率/变桨角度的需求值发送给变桨控制器以进行变桨控制，从而使得机组能够穿越阵风，并有效降低了机组遭遇阵风时的载荷，同时降低了机组的开发成本，保证了机组的安全运行。
实施例二
图4为本发明实施例二的风力发电机组的变桨控制装置的结构示意图。可用于执行本发明实施例一的风力发电机组的变桨控制方法步骤。
参照图4，该风力发电机组的变桨控制装置包括参数检测模块410、参数获取模块420、数据增加确定模块430和数据发送模块440。
参数检测模块410用于检测风力发电机组的运行参数的实际值。
参数获取模块420用于获取运行参数的给定值。
数据增加确定模块430用于根据实际值和给定值之间的差距确定是否需要增加额外的变桨速率和/或变桨角度。
数据发送模块440用于在确定需要增加时，将预设的变桨速率需求值和/或变桨角度需求值发送给变桨控制器。
优选地，该变桨控制装置还可包括：参数滤波模块(图中未示出)用于对运行参数的实际值进行滤波。
根据本发明的示例性实施例，数据增加确定模块430可以包括：
差值变化率计算单元(图中未示出)用于计算实际值和给定值之间的差值的变化率。
确定单元(图中未示出)用于当差值的变化率大于等于第一预设阈值时，则确定需要增加额外的变桨速率和/或变桨角度。
根据本发明的又一示例性实施例，数据增加确定模块430可以包括：
差值变化率计算单元(图中未示出)用于计算实际值和给定值之间的差值的变化率。
需求扭矩获取单元(图中未示出)用于当差值的变化率大于等于第一预设阈值时，获取变桨控制器的需求扭矩。
确定单元(图中未示出)用于当需求扭矩大于第二预设阈值时，确定需要增加额外的变桨速率和/或变桨角度。
优选地，运行参数可具体为转速或输出功率。
本发明的风力发电机组的变桨控制装置，通过检测风力发电机组的运行参数的实际值，以及获取运行参数的给定值，进一步依据机组运行参数的实际值与给定值之间的变化，确定是否在常规的变桨输出基础上，将额外的变桨速率/变桨角度的需求值发送给变桨控制器以进行变桨控制，从而使得机组能够穿越阵风，并有效降低了机组遭遇阵风时的载荷，同时提高了机组的安全性和经济性。
实施例三
风力发电机组的变桨控制系统包括变桨控制器以及如前述实施例二所述的风力发电机组的变桨控制装置。
本发明的风力发电机组的变桨控制系统，通过依据检测的机组运行参数的实际值与获取的给定值之间的变化确定是否在常规的变桨输出基础上，增加额外的变桨需求，并且在确定需要时变桨控制器接收额外的变桨需求值以进行变桨控制，从而使得机组能够穿越阵风，并有效降低了机组遭遇阵风时的载荷，同时提高了机组的安全性和经济性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。