兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制方法及系统与流程

本发明涉及一种兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制方法及系统，属于兆瓦级风电机组切出风速控制技术领域。

背景技术：

现有兆瓦级风电机组，当风速测量传感器检测到测量风速瞬时值或者平均值大于风电机组对应的设计阈值时直接停机脱网，其主要目的是为了通过停机顺桨调节机组启动性能的捕获，减小风轮所受气动载荷，保证机组安全，也就是通常所说的“切出停机”。这种硬性“切出停机”控制的优点是：逻辑简单、易于工程实现、保证机组安全。其缺点也十分明显：集体脱网，电网友好性差、浪费机组设计裕量，损失“大风”风能捕获能力。特别是随着“平价时代”的来临，技术层面的机组性能潜力挖掘对于风电项目的开发尤为重要。为了提升风电机组“大风”的风能捕获能力,保证大风工况下电网友好性，需要拓展机组的切除风速。

大部分整机厂家在进行风电机组的设计时，设计条件的选取遵循相关设计标准，风电场根据风资源条件去进行风电机组的选型，并设定相应的环境适应区间。这种做法会使得机组在超出环境适应区间时候立马停机，对电网不友好，也损失了“大风”捕获能力。而简单的调高切出风速必然会导致风电机组在切出风速工况下的载荷增大，特别会增加叶片、连接螺栓、塔筒、偏航轴承、轮毂等部件的疲劳和极限载荷，影响机组的安全性，本发明的目的在于保证“大风”期间风电机组不脱网，同时兼顾载荷安全，并且提升“大风”的风能捕获能力。

技术实现要素：

本发明提供的兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制方法及系统，实现风电机组在“常规切出”风速以上的风速运行区间进行控制，有效地保证来风电机组的安全性，保证了风能捕获的最大化，使得机组性能潜力充分挖掘，增加高风速段的能量捕获，减少切出和再切入过程，减少风场整体批量拖网，电网友好性强。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：得出风电机组应用场址中多载荷要素组成的预设载荷矩阵；

第二步：将风电机组的实时载荷与预设载荷矩阵进行对比分析判断是否进行切出风速柔性拓展控制，如是则进行下一步，否则进行正常切出风速控制；

第三步：通过调整风电机组的功率特性来进行切出风速柔性拓展控制；

第四步：当切出风速柔性拓展控制运行至设定时间或风电机组应用场址中一个载荷要素超出预设载荷矩阵范围，则结束风速柔性拓展控制进入正常切出风速控制。

优选的，第一步中的“多载荷要素”是指：风电机组应用场址空气密度、湍流、风切变、年平均风速以及风电机组机型型谱。

优选的，第一步具体是指：用风电机组应用场址空气密度、湍流、风切变、年平均风速以及风电机组机型型谱进行累积组合计算得到多载荷要素的预设载荷矩阵。

优选的，第二步具体是指：风电机组的实时载荷在预设载荷矩阵范围内且至少一个载荷要素具有载荷裕量则进行切出风速柔性拓展控制，否则进行正常切出风速控制。

优选的，“调整风电机组的功率特性”是指机在常规切出风速以上按风电机组的测量桨距角或者风速来调整风电机组的功率特性。

优选的，"按风电机组的测量桨距角或者风速来调整风电机组的功率特性"是指：按风电机组的桨距角或者风速来暂变调整功率、斜线调整功率或插值调整功率。

优选的，结束风速柔性拓展控制的条件是切出风速柔性拓展连续运行时间大于阈值、切出风速柔性拓展最大风速大于阈值、切出风速柔性拓展平均风速大于阈值、切出风速柔性拓展最大湍流大于阈值和/或切出风速柔性拓展平均湍流大于阈值，阀值是指预设载荷矩阵中相应载荷要素所对应的最大值。

采用以上所述的兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制方法的兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制系统，与风电机组的控制系统连接，其特征在于：包括切出风速柔性拓展控制判断模块，与切出风速柔性拓展控制判断模块连接的切出风速柔性拓展控制模块和与切出风速柔性拓展控制模块连接的切出风速柔性拓展退出判断模块；切出风速柔性拓展控制判断模块先得出风电机组应用场址中多载荷要素组成的预设载荷矩阵，再将风电机组的实时载荷与预设载荷矩阵进行对比分析判断是否进行切出风速柔性拓展控制，如是则进行切出风速柔性拓展控制，否则风电机组的控制系统进行正常切出风速控制；切出风速柔性拓展控制模块通过调整风电机组的功率特性来进行切出风速柔性拓展控制；当切出风速柔性拓展控制运行至设定时间或风电机组应用场址中一个载荷要素超出预设载荷矩阵范围用切出风速柔性拓展退出判断模块结束风速柔性拓展控制，风电机组的控制系统进行正常切出风速控制。

本发明的有益效果：

1.本发明中先得出风电机组应用场址中多载荷要素组成的预设载荷矩阵，再将风电机组的实时载荷与预设载荷矩阵进行对比分析判断是否进行切出风速柔性拓展控制，如是则进行切出风速柔性拓展控制，通过调整风电机组的功率特性来进行切出风速柔性拓展控制；否则进行正常切出风速控制；当切出风速柔性拓展控制运行至设定时间或风电机组应用场址中一个载荷要素超出预设载荷矩阵范围，则结束风速柔性拓展控制进入正常切出风速控制，实现风电机组在“常规切出”风速以上的风速运行区间进行控制，控制对象为风电机组的功率特性，在切出风速柔性拓展控制运行一段时间后或者外界条件超出安全拓展设计边界时，退出切出风速柔性拓展控制进入正常切出控制，有效地保证来风电机组的安全性。

2.本发明中用风电机组应用场址中多载荷要素组成的预设载荷矩阵与风电机组的实时载荷进行对比分析以判断是否进行切出风速柔性拓展控制，保证了切出风速柔性拓展控制的安全性和准确性，降低误动作率，且切出风速柔性拓展结合实时载荷要素变化调整风电机组功率特性，保证了风能捕获的最大化，使得机组性能潜力充分挖掘，增加高风速段的能量捕获，减少切出和再切入过程，减少风场整体批量拖网，电网友好性强。

3.切出风速柔性拓展退出参考了风速（最大值、平均值）、湍流强度（最大值、平均值）、运行时间等多重因素，有效地保证来机组的安全性，有效地保证来机组的安全性。

附图说明

图1为兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制系统的拓展控制流程图。

具体实施方式

下面结合图1对本发明的实施例做详细说明。

兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：得出风电机组应用场址中多载荷要素组成的预设载荷矩阵；

第二步：将风电机组的实时载荷与预设载荷矩阵进行对比分析判断是否进行切出风速柔性拓展控制，如是则进行下一步，否则进行正常切出风速控制；

第三步：通过调整风电机组的功率特性来进行切出风速柔性拓展控制；

第四步：当切出风速柔性拓展控制运行至设定时间或风电机组应用场址中一个载荷要素超出预设载荷矩阵范围，则结束风速柔性拓展控制进入正常切出风速控制。

以上所述的兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制方法中先得出风电机组应用场址中多载荷要素组成的预设载荷矩阵，再将风电机组的实时载荷与预设载荷矩阵进行对比分析判断是否进行切出风速柔性拓展控制，如是则进行切出风速柔性拓展控制，通过调整风电机组的功率特性来进行切出风速柔性拓展控制；否则进行正常切出风速控制；当切出风速柔性拓展控制运行至设定时间或风电机组应用场址中一个载荷要素超出预设载荷矩阵范围，则结束风速柔性拓展控制进入正常切出风速控制，实现风电机组在“常规切出”风速以上的风速运行区间进行控制，控制对象为风电机组的功率特性，在切出风速柔性拓展控制运行一段时间后或者外界条件超出安全拓展设计边界时，退出切出风速柔性拓展控制进入正常切出控制，有效地保证来风电机组的安全性。

其中，第一步中的“多载荷要素”是指：风电机组应用场址空气密度、湍流、风切变、年平均风速以及风电机组机型型谱。载荷要素包含风速、空气密度、湍流强度、风切变、机型型号；当载荷要素具有载荷裕量则可进行切出风速柔性拓展控制，反之，按照正常切出控制进行切出停机。

其中，第一步具体是指：用风电机组应用场址空气密度、湍流、风切变、年平均风速以及风电机组机型型谱进行累积组合计算得到多载荷要素的预设载荷矩阵。预设载荷矩阵形成载荷范围，风电机组运行的实时载荷在预设载荷矩阵中，且载荷要素具有裕量，则可进行切出风速柔性拓展控制。用风电机组应用场址中多载荷要素组成的预设载荷矩阵与风电机组的实时载荷进行对比分析以判断是否进行切出风速柔性拓展控制，保证了切出风速柔性拓展控制的安全性和准确性，降低误动作率。

其中，第二步具体是指：风电机组的实时载荷在预设载荷矩阵范围内且至少一个载荷要素具有载荷裕量则进行切出风速柔性拓展控制，否则进行正常切出风速控制。在风电机组正常运行时在载荷要素具有载荷裕量，则可对风电电机进行切出风速柔性拓展控制，使切出风速柔性拓展结合实时载荷要素变化调整风电机组功率特性，保证了风能捕获的最大化，使得机组性能潜力充分挖掘，增加高风速段的能量捕获，减少切出和再切入过程，减少风场整体批量拖网，电网友好性强。

其中，“调整风电机组的功率特性”是指机在常规切出风速以上按风电机组的测量桨距角或者风速来调整风电机组的功率特性。功率特性调整易于实现，且可按测量桨距角或者风速来实现多样化的调节。

其中，"按风电机组的测量桨距角或者风速来调整风电机组的功率特性"是指：按风电机组的桨距角或者风速来暂变调整功率、斜线调整功率或插值调整功率。多种功率调整方式得到风电机组在常规切出风速以上的运行区间，能增加风电机组高风速段的能量捕获，减少切出和再切入过程，保证电网友好。

其中，结束风速柔性拓展控制的条件是切出风速柔性拓展连续运行时间大于阈值、切出风速柔性拓展最大风速大于阈值、切出风速柔性拓展平均风速大于阈值、切出风速柔性拓展最大湍流大于阈值和/或切出风速柔性拓展平均湍流大于阈值，阀值是指预设载荷矩阵中相应载荷要素所对应的最大值。切出风速柔性拓展退出参考了风速（最大值、平均值）、湍流强度（最大值、平均值）、运行时间等多重因素，有效地保证来机组的安全性。

采用以上所述的兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制方法的兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制系统，与风电机组的控制系统连接，其特征在于：包括切出风速柔性拓展控制判断模块，与切出风速柔性拓展控制判断模块连接的切出风速柔性拓展控制模块和与切出风速柔性拓展控制模块连接的切出风速柔性拓展退出判断模块；切出风速柔性拓展控制判断模块先得出风电机组应用场址中多载荷要素组成的预设载荷矩阵，再将风电机组的实时载荷与预设载荷矩阵进行对比分析判断是否进行切出风速柔性拓展控制，如是则进行切出风速柔性拓展控制，否则风电机组的控制系统进行正常切出风速控制；切出风速柔性拓展控制模块通过调整风电机组的功率特性来进行切出风速柔性拓展控制；当切出风速柔性拓展控制运行至设定时间或风电机组应用场址中一个载荷要素超出预设载荷矩阵范围用切出风速柔性拓展退出判断模块结束风速柔性拓展控制，风电机组的控制系统进行正常切出风速控制。

以上所述兆瓦级风电机组切出风速柔性拓展控制系统中先得出风电机组应用场址中多载荷要素组成的预设载荷矩阵，再将风电机组的实时载荷与预设载荷矩阵进行对比分析判断是否进行切出风速柔性拓展控制，如是则进行切出风速柔性拓展控制，通过调整风电机组的功率特性来进行切出风速柔性拓展控制；否则进行正常切出风速控制；当切出风速柔性拓展控制运行至设定时间或风电机组应用场址中一个载荷要素超出预设载荷矩阵范围，则结束风速柔性拓展控制进入正常切出风速控制，实现风电机组在“常规切出”风速以上的风速运行区间进行控制，控制对象为风电机组的功率特性，在切出风速柔性拓展控制运行一段时间后或者外界条件超出安全拓展设计边界时，退出切出风速柔性拓展控制进入正常切出控制，有效地保证来风电机组的安全性。保证了风能捕获的最大化，使得机组性能潜力充分挖掘，增加高风速段的能量捕获，减少切出和再切入过程，减少风场整体批量拖网，电网友好性强。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。