专利名称：风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风电场优化控制领域，特别是涉及一种风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法及其系统。
背景技术：
现代水平轴风电机组通常为上风向风机，在来流风速与风机轴向出现偏差时，叶轮扫掠面和风向不垂直，不但功率输出减小，其承受的载荷也更加恶劣，因此需要风电机组具有主动偏航功能，以降低运行载荷，获取更大的经济效益。此外，在风电场设计过程中，为了最有效地利用土地，并降低尾流损失及湍流危害，通常参照主风向制定机位排布方案，垂直主风向的风机排列间距较小。当来流风速垂直主风向时，处于下风向的风电机组将会受到上风向机组的尾流的影响，导致其设计湍流强度增大，运行条件较为恶劣；在复杂地区的风电场中，部分扇区由于地形因素导致设计湍流强度较大，使得风电机组运行条件较为恶劣。在风电机组偏航进入以上风况后，风电机组疲劳载荷显著增大，严重影响风电机组的使用寿命。由此可见，如何优化风电场内多机组间偏航扇区的管理和控制，保证风电机组能够在运行过程中避开处于上风向的风电机组的尾流，或特定地形引起设计湍流强度较大的扇区，避免机组在恶劣风况下运行，实属当前本领域的重要研发课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法及其系统，使其优化风电场内多机组间偏航扇区的管理和控制，保证风电机组能够在运行过程中避开处于上风向的风电机组的尾流，或特定地形引起设计湍流强度较大的扇区，避免机组在恶劣风况下运行。为解决上述技术问题，本发明一种风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制系统，包括测量机舱当前的偏航位置的传感器；获取风轮转速的SCADA系统；预设有风电场内多机组间的扇区控制策略，根据传感器数据判断机舱当前进入的扇区，根据SCADA系统数据判断机组当前的运行状态，并向控制模式切换模块输出各机组的功率限定控制方案的中央控制模块；以及根据功率限定控制方案切换到对应控制算法并向风力发电机组输出控制信号的控制模式切换模块。作为本发明的一种改进，所述的传感器采用绝对值型旋转编码器。所述的传感器单独设置在偏航轴承上。此外，本发明还提供了一种风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法，包括以下步骤对各目标风电机组偏航扫过的空间划分扇区；检测机组的偏航位置和运行状态；根据检测信号判断机舱所进入扇区，并选定相应的功率限定控制方案；根据功率限定控制方案切换到对应控制算法，并向风力发电机组输出控制信号。作为进一步改进，所述的控制信号包括变桨距控制信号和发电机扭矩控制信号，通过通信回路分别传输至风力发电机组的变桨距系统与变流器系统当进入由上游风电机组运行导致设计湍流强度较大的扇区且上游风电机组处于运转状态时，或者进入由周边地形导致设计湍流强度较大的扇区时，则采用降低功率发电策略，同时，降低发电机功率上限设定值，使变桨控制系统在较低的风速时就开始变桨，增大桨距角；当进入风能质量比较好的扇区，或者上游风电机组运转状态变更为待机、维护或空转状态时，则切换回原有的控制策略。所述的扇区是在风电机组机位处的主风向左右8度的范围划分；在其它风向，由于上游风机运行或周边地形导致的设计湍流强度大于风场平均设计湍流强度的20%，则在该方向左右8度划分。所述的每个扇区不小于16度，扇区总数以不超过6个。采用这样的设计后，本发明风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法及其系统，其偏航位置检测模块与机组运行状态检测模块对机组的偏航位置与机组运行状态进行检测，检测信号进入中央控制模块后，根据扇区控制策略的优化计算，对目标机组的运行状态进行调整，并最终通过控制模式切换模块对机组进行控制，从而提高了风电机组运行的可靠性。
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。图I是本发明风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制系统的模块组成示意图。
具体实施例方式请参阅图I所示，本发明风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制系统主要包括传感器、SCADA系统、中央控制模块以及控制模式切换模块。其中，传感器优选绝对值型旋转编码器，单独设置在偏航轴承上，用于测量机舱当前的偏航位置，中央控制模块根据传感器的数据即可判断机舱当前进入的扇区。SCADA系统为中央控制t吴块提供风轮转速数据，中央控制t吴块通过从SCADA系统读取的风轮转速数据，可以判断机组当前的运行状态，除待机与维护状态时风轮处于静止状态外，其余状态均处于运转状态。中央控制模块可设置在风电场SCADA系统中，预设有风电场内多机组间的扇区控制策略，据偏航位置、运行状态以及各机组所处不同扇区的风特性，向控制模式切换模块输出特定的功率限定控制方案。控制模式切换模块可设置在风力发电机组PLC中，根据中央控制系统提供的功率限定控制方案切换到对应控制算法并输出控制信号，例如将变桨距控制信号和发电机扭矩控制信号通过通信回路分别传输至风力发电机组的变桨距系统与变流器系统，执行相应的动作，实现控制目标。本发明风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法，首先需对各目标风电机组偏航扫过的所有空间划分扇区，分析该机位处的风玫瑰图与各扇区内的设计湍流强度分布状况，并结合周边的机位布置方案，将风机偏航扫过的空间划分为不同的扇区，扇区的绝对位置坐标与偏航系统的坐标一致，并将每个扇区具体位置参数设置在传感器中。具体来说，各机位处的主风向(或扇区)通常按照左右8度的范围划分；如果在其他某个风向(或扇区)，由于上游风机运行或周边地形导致的设计湍流强度大于风场平均设计湍流强度的20%，则可在该方向(或扇区)左右8度划分为一个扇区。每个扇区不小于16度，扇区总数以不超过6个为宜。运行时，实时检测机组的偏航位置和运行状态，除待机、维护与空转状态外，其余状态均处于运转状态。之后，根据检测信号判断机舱所进入扇区，并选定相应的功率限定控制方案，再根据功率限定控制方案切换到对应控制算法，并向风力发电机组输出控制彳目号。本发明的功率限定控制方案对应于根据各扇区的风能特性设计的运行和控制算法，具体可包括变桨距控制算法和发电机扭矩控制算法。对于扭矩控制，在叶片翼型确定以后，可以计算处机组最优风能利用系数Cp _及对应的叶尖速比入_。结合叶轮半径R、空气密度P和齿轮箱的传动比G，即可得到最优比例系数
权利要求
1.一种风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制系统，其特征在于包括测量机舱当前的偏航位置的传感器；获取风轮转速的SCADA系统；预设有风电场内多机组间的扇区控制策略，根据传感器数据判断机舱当前进入的扇区，根据SCADA系统数据判断机组当前的运行状态，并向控制模式切换模块输出各机组的功率限定控制方案的中央控制模块；以及根据功率限定控制方案切换到对应控制算法并向风力发电机组输出控制信号的控制模式切换模块。
2.根据权利要求I所述的风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制系统，其特征在于所述的传感器采用绝对值型旋转编码器。
3.根据权利要求I所述的风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制系统，其特征在于所述的传感器单独设置在偏航轴承上。
4.一种风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法，其特征在于包括以下步骤对各目标风电机组偏航扫过的空间划分扇区；检测机组的偏航位置和运行状态；根据检测信号判断机舱所进入扇区，并选定相应的功率限定控制方案；根据功率限定控制方案切换到对应控制算法，并向风力发电机组输出控制信号。
5.根据权利要求4所述的风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法，其特征在于所述的控制信号包括变桨距控制信号和发电机扭矩控制信号，通过通信回路分别传输至风力发电机组的变桨距系统与变流器系统当进入由上游风电机组运行导致设计湍流强度较大的扇区且上游风电机组处于运转状态时，或者进入由周边地形导致设计湍流强度较大的扇区时，则采用降低功率发电策略， 同时，降低发电机功率上限设定值，使变桨控制系统在较低的风速时就开始变桨，增大桨距角；当进入风能质量比较好的扇区，或者上游风电机组运转状态变更为待机、维护或空转状态时，则切换回原有的控制策略。
6.根据权利要求4所述的风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法，其特征在于所述的扇区是在风电机组机位处的主风向左右8度的范围划分；在其它风向，由于上游风机运行或周边地形导致的设计湍流强度大于风场平均设计湍流强度的20%，则在该方向左右8度划分。
7.根据权利要求4所述的风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法，其特征在于所述的每个扇区不小于16度，扇区总数以不超过6个。
全文摘要
本发明是有关于一种风电场内多机组间偏航扇区管理和优化控制方法及其系统，该系统包括传感器、SCADA系统、控制模式切换模块以及预设有风电场内多机组间的扇区控制策略，根据传感器数据判断机舱当前进入的扇区，根据SCADA系统数据判断机组当前的运行状态，并向控制模式切换模块输出各机组的功率限定控制方案的中央控制模块。该方法包括划分扇区；检测机组的偏航位置和运行状态；判断机舱所进入扇区，并选定相应的功率限定控制方案；根据功率限定控制方案切换到对应控制算法，并向风力发电机组输出控制信号。本发明根据扇区控制策略的优化计算，对目标机组的运行状态进行调整，提高了风电机组运行的可靠性。
文档编号F03D7/00GK102606396SQ20121010551
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月11日 优先权日2012年4月11日
发明者孙黎翔, 张大同, 盖峰, 蔡安民 申请人:国电联合动力技术有限公司