一种变速变桨风电机组优化功率曲线控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到兆瓦级风力发电机组的控制领域，具体涉及一种变速变桨风电机组优化功率曲线控制方法。
【背景技术】
[0002]风机控制研究初期，将风机的平稳性、安全性控制作为首要攻克目标，并未将控制功率曲线方法提到首要位置，随着功率曲线问题日渐突出，控制的注意力才被转移，下面就是对我厂风机的综合分析研究，提出一种动态参数调整的办法，用以解决风电机组的功率曲线问题。
[0003]国家知识产权局于2014年07月16日，公开了一件公开号为CN103925155A，名称为“一种风电机组输出功率异常的自适应检测方法”的发明专利，该
【发明内容】
涉及一种风电机组输出功率异常的自适应检测方法，其包括以下步骤:收集风电机组运行初期且运行状态良好时不同风速对应的风电机组输出功率，并将其作为标准样本数据，建立标准样本库；采用Shepard插值方法，建立基于风速信息的风电机组输出功率标准模型；将风电机组状态监测中的风速数据代入风电机组输出功率标准模型，计算得到当前风速下风电机组输出功率的标准值，根据该标准值和风电机组输出功率的实测值，计算风电机组当前风速下的功率偏差；将功率偏差与预设的功率偏差阈值进行比较，如果功率偏差大于预设的功率偏差阈值，则表明风电机组的输出功率异常并进行报警。
[0004]风机主控制器设定参数-额定功率、额定扭矩、额定转速，风机在正常发电时，叶片吸收的能量与功率是成正比的，但是由于风机内部的机械特性不同，同样的参数设置有可能产生不同的效果，例如1#风机满足外界条件下，在额定扭矩和额定转速内就可以满发，2#风机由于其机械特性和相应偏差导致在同样的参数和外界条件下满发不了，若外界因素暂可考虑为相同，在同条件的情况下为了优化风机的风速功率曲线，参数在设定范围之间，提出如下解决方法。
【发明内容】
[0005]本发明为兆瓦级变速变桨双馈风力发电机组风速功率曲线优化控制方法，通过控制过程中动态调节额定参数，例如:额定功率、额定扭矩、额定转速等，使风电机组对风能的利用率达到最优，同时也保证单台风机功率曲线与其它风机保持在同一水平线上。同时达到优化风机功率曲线的效果。
[0006]本发明技术方案如下:
一种变速变桨风电机组优化功率曲线控制方法，其特征在于包括以下步骤:
(1)判断风电机组运行发电时的10分钟的平均风速，若机组10分钟平均风速一直稳定在满发风速或大于满发风速，机组在未进行风场有功管理时，若实际有功功率始终低于机组额定功率值，可初步判定此台风电机组参数匹配不当，需要进行动态调节。
[0007](2)在考虑风机安全性的前提下，将主控内部设定的参数应用在控制方法时进行动态调整。为了保证风机转速控制，第一步调整机组的额定扭矩设定值，按照一定的步长进行动态调节，同时实时跟踪机组稳定时的有功功率；第二步在扭矩调整至最大调整值时，计算当前风机功率与额定功率的偏差，调整风机满功率运行时的额定转速，若转速已经在设定满发时的额定转速最大值时(额定转速范围1750rpm/min-1900rpm/min)，则不调节额定转速设定，反之将转速动态调整最大到1900rpm/min。
[0008](3)风机因故障停机或人为手动停机后，将控制方法参数设定值还原为主控制器初始设定参数，每次进入动态调节条件需对风机当前运行情况重新判断，确保风机的安全性。
[0009](4)风电机组并网后在满发风速前，额定参数不需要修改，在满发风速附近，由于机组的本身响应特性和机械特性的偏差，个别风机在理论设定额定参数范围内无法保证对风能的最高利用率，导致能量流失，机组长时间处于低效率利用状态，长远来看，风机的风速功率曲线就很难达到要求。在保证风电机组安全性的前提下，通过动态调节额定值的设定，根据具体条件判断当前参数是否满足控制要求来进行动态调节。
[0010](5)若风机在理论设计满发风速范围内持续低于额定功率运行，将风机主控设定好的额定参数进行动态微调，按照一定的比例关系动态调整额定扭矩和额定转速的设定值，进而调整风电机组发出的有功功率，改善机组的风速功率曲线。
[0011]在实际中，风力发电机组的参数设定，以主控系统设定风电机组额定扭矩设定值设定范围为8400N.m-9030N.m (最大扭矩设定量程为11000N.m)，额定转速参数设定值设定范围为1750rpm/min-1900rpm/min(最大转速设定量程为2000rpm/min)，额定功率参数设定值为1500KW-1560KW(最大额定发电功率量程为2000KW)。
[0012]主控制器设定的保护参数值不予改变，程序代码新建中间变量作为控制方法执行调用，具体的实施办法是:
(1)判定10分钟平均满发风速在设计满发风速(以13m/s为例)时，风电机组的有功功率与额定功率设定值之间的误差是否超过50Kw，即:功率差值(Λ Ρ)=额定功率设定值(Ρ额)-当前功率实际值(Ρ实)，若条件满足执行功率曲线优化方法控制，动态调节额定转矩设定值；若10分钟平均风速大于一定值(以16m/s为例)或风电机组因故障停止发电时，将方法用中间变量还原为初始主控设定值。
[0013](2)参数动态调整条件满足时，首先动态调整扭矩，其控制方法是当前设定扭矩值与扭矩设定范围最大值9030N.m进行比较计算差值，即:转矩差值(Λ Τ)= 9030-当前额定扭矩设定值(Τ额)，再结合(1)中计算出的功率差值(Λ Ρ)做相应的动态转矩调节，方法如下:
计算出的额定扭矩值(Τ额)=Κ (Δ Ρ/ΔΤ)*10+ Τ额，其中Κ为控制系统扭矩阻尼系数，阻尼系数不同风机控制方法对扭矩的阻尼比不同，根据扭矩系统响应确定阻尼系数值。Λ Ρ为功率差值，Λ Τ为转矩差值，Τ额为主控额定扭矩参数设定值。为了缓解扭矩每周期计算步长过大而引起的风电机组扭矩不稳定调节，通过此计算公式，稳步将额定扭矩设定值提高，每次调节间隔10个程序控制周期，避免参数调整过程中出现较大的功率波动，若调节过程功率满足要求，则维持当前扭矩设定值，不在进行动态调节，若调节功率仍未达到。
[0014](3)对于转速的调节需要谨慎处理，避免风机调节出现超速，待扭矩调节完成后一段时间内，再根据实际情况判定转速是否还需要进行动态调节，若初始额定转速值已设定至1900rpm/min，则不进行转速调节。反之，转速差值(AV)= 1900-当前额定扭矩设定值(V额)，结合(1)中计算出的功率差值(ΛΡ)做相应的动态转速调节，方法如下:
计算出的额定扭矩值(V额)=K(AV/10)+ V额，其中Κ为控制系统转速控制阻尼系数，阻尼系数不同风机控制方法对扭矩的阻尼比不同，根据实际系统响应确定阻尼系数值，Λ V为转速差值，V额为主控额定转速设定值。为了缓解转速每周期计算步长过大而引起的风电机组不稳定调节。通过此计算公式，稳步将额定转速设定值提高，每次调节间隔10个程序控制周期，避免参数调整过程中出现较大的功率波动。
[0015]本发明的有益效果如下:
本发明目的在于消除因风电机组的个体差异导致参数的不匹配性，进而间接影响到单台机组的功率曲线。通过动态调节主控内部已设定好的参数，应用于方法控制，使机组在达到设计满发风速时有功功率进行动态满发匹配，从而解决目前因风机个体机械性能差异所困扰的机组功率曲线不合要求的问题。会较好地改善单台机组风速-功率曲线，同时提高风电机组对满发风速对风能的利用效率，也为风电场带来了间接利润。
【附图说明】
[0016]图1为风电机组优化功率曲线控制方法流程框图。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:
一种变速变桨风电机组优化功率曲线控制方法，其特征在于包括以下步骤:
(1)判断风电机组运行发电时10分钟的平均风速，若机组10分钟平均风速一直稳定在满发风速或大于满发风速，机组在未进行风场有功管理时，若实际有功功率始终低于机组额定功率值，可初步判定为此台风电机组参数匹配不当所至，需要进行动态调节。
[0018](2)在考虑风机安全性的前