一种根据平均值触发风力发电机变桨动作指令的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种根据平均值触发风力发电机变桨动作指令的控制方法，属于电机 控制技术。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着全社会对能源和环境问题的持续关注，发展清洁的可再生能源，如风 能、太阳能、生物质能等也成为了大势所趋。其中风能是可以为人类大量使用的、取之不尽 用之不绝的绿色能源。风能利用的主要方式是风力发电，风力发电系统是将风能转化为电 能的装置。风力发电系统输出风能随外界风速的变化而变化，对电网冲击较大，需要加入变 桨控制进行调节；此外在额定风速以上时，变桨机构频繁动作会导致器件的疲劳损坏。因而 很有必要对风力发电机变桨控制进行研宄。风力发电机在运行时，在额定风速以下采用最 大功率跟踪控制，在额定风速以上时要加入变桨控制以确保风力机的机械组件（叶片、变 速箱、轴等）的受力在限制范围以内，以及将发电机的输出功率控制在安全范围以内。所以 在传统的变桨控制中，执行机构动作指令是以风速的大小作为指标的。当风速传感器检测 到实时风速值大于额定风速时，变桨执行机构开始动作，使桨距角达到要求值。
[0003] 已经有文献对在额定风速以上风力发电机变桨控制技术进行了研宄，这些文献主 要是考虑了风机在额定风速以上运行，并没有考虑风速在额定值上下波动的情况并且其控 制目标大多是为了维持风力发电机输出功率稳定。他们一味的追求使输出功率稳定而忽略 了变桨机构频繁动作时的损耗，这就导致了变桨机构使用寿命的缩短，增加了维修次数和 时间。
【发明内容】
[0004] 发明目的：针对于风力发电机在额定风速上下波动运行情况，如果简单的采用以 前以实时量作为变桨动作指令，则会造成便将机构的剧烈动作，并且非常频繁，这就大大增 加了变桨机构损坏的可能性；为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种根据平均 值触发风力发电机变桨动作指令的控制方法，该方法既能满足功率稳定，也能满足变桨机 构平滑动作的控制。
[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种根据平均值触发风力发电机变桨动作指令的控制方法，根据当前时刻t前一 段时长T t内的风速平均值R触发风力发电机变桨动作指令：
[0007] 若风速平均值R与额定风速之差的绝对值小于等于判断阈值S，则判断风力 发电机在额定风速上下的抖动区工作，根据风速平均值S触发变桨动作指令，同时减 小风力发电机的变桨速率；
[0008] 若风速平均值R与额定风速之差的绝对值大于判断阈值S，则判断风力发电 机在持续大于额定风速的高风速区工作，根据t时刻风速vt触发变桨动作指令，同时 增大风力发电机的变桨速率；
[0009] 所述判断阈值S为风力发电机所允许的最大风速波动幅值，S Vmax V额定 V额 g-Vmin，其中￥_为风力发电机所允许的最大风速，V min为风力发电机所允许的最小风速 和Vmin根据风力发电机并网时所允许的最大输出功率的波动范围计算，其中风速、风力发电 机转速和风力发电机输出功率之间存在着非线性的 对应关系。
[0010] 风速、风力发电机转速和风力发电机输出功率存之间的关系可通过下式进行计 算：
[0011] 叶片捕获风能及其转化的机械功率pm通过下式计算：
【主权项】
1. 一种根据平均值触发风力发电机变桨动作指令的控制方法，其特征在于：根据当前 时刻t前一段时长T t内的风速平均值5触发风力发电机变桨动作指令： 若风速平均值5与额定风速之差的绝对值小于等于判断阈值δ，则判断风力发电 机在额定风速上下的抖动区工作，根据风速平均值5触发变桨动作指令，同时减小风力 发电机的变桨速率； 若风速平均值R与额定风速之差的绝对值大于判断阈值δ，则判断风力发电机在 持续大于额定风速的高风速区工作，根据t时刻风速Vt触发变桨动作指令，同时增大 风力发电机的变桨速率； 所述判断阈值δ为风力发电机所允许的最大风速波动幅值，δ =Vmax-Vtjg=Vtj S-Vmin，其中为风力发电机所允许的最大风速，Vmin为风力发电机所允许的最小风速 和Vmin根据风力发电机并网时所允许的最大输出功率的波动范围计算，其中风速、风力发电 机转速和风力发电机输出功率之间存在着非线性的 对应关系。
2. 根据权利要求1所述的根据平均值触发风力发电机变桨动作指令的控制方法，其特 征在于：所述时长Tt的大小根据风速的波动范围确定，根据实际需要设计为定步长或变步 长：若风速抖动剧烈，则增大T t的取值；若风速抖动平缓，则减小T t的取值。
3. 根据权利要求1所述的根据平均值触发风力发电机变桨动作指令的控制方法，其特 征在于：所述时长Tt的取值与风速方差Var (V t)成正比关系，即：
其中：K为大于O的常数。
【专利摘要】本发明公开了一种根据平均值触发风力发电机变桨动作指令的控制方法，针对风速在风力发电机额定风速上下波动的情况的变桨控制策略，当变桨系统检测到发电机转速、输出功率或者风速高于其额定值时，变桨系统开始动作，调整风机桨叶桨距角，减少风机捕获功率来维持风力发电机输出功率稳定。以往的控制方法只专注于如何把输出功率进行稳定控制，但是由于风的随机性与不稳定性，风速可能在风力发电机额定风速上下波动，风力发电机转速与功率也会在额定值上下波动，这就会导致变桨系统的频繁动作，造成变桨机构的疲劳损耗。本方法是基于平均值算法的风力发电机变桨控制方法，大大提高了变桨系统动作的平滑性，减少了疲劳损耗，提高了系统的可靠性。
【IPC分类】F03D7-00
【公开号】CN104863793
【申请号】CN201510315062
【发明人】樊英, 赵雪浩, 夏子朋
【申请人】东南大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月10日