1.本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的控制方法与系统。
背景技术：2.根据iec-3标准，考虑到变桨系统故障，需要仿真计算单桨叶卡死下机组的运行情况，并评估部件强度是否满足其极限载荷。随着风力发电技术的大容量，长叶片趋势发展，经过仿真计算发现，轮毂合弯矩、塔架合弯矩的极限最大值很大比例发生在单桨叶卡死的dlc2.2dd工况。
3.dlc2.2dd工况：风速为切出风速vout，风模型为正常湍流风模型，故障为机组在正常运行到10s时叶片1突然卡死不再动作，叶片2和叶片3仍然能接受主控指令进行变桨动作。常规逻辑，当叶片1与叶片2和3之间的桨距角偏差值大于桨叶跟随误差最大设定值时，主控算法触发变桨跟随故障，机组停机。
4.1)在切出风速vout附近，叶片桨距角大约在18
°
左右波动，而一旦叶片1卡死不能动作，机组必定会触发变桨跟随故障。按照常规的控制策略，机组在触发变桨跟随故障后，叶片1将卡死不再动作，其桨距角维持在卡死故障发生时刻的桨距角值，即18
°
左右不变，叶片2和叶片3接收顺桨指令进行顺桨，因此叶片2和3桨距角值越来越大，直接导致叶片1与叶片2、3之间的误差越来越大，此时机组气动不平衡状态越来越严重，必将导致机组极限载荷更大；
5.2)机组运行在切出风速vout下，此时机组处于满发状态，叶轮转速在额定转速附近波动，转速大。
6.结合1)和2)可知，气动不平衡以及机组运行在高转速下，是造成机组载荷偏大的两个重要因素。为降低极限载荷，减少度电成本，提高产品竞争力，必须将该工况的极限最大值降低。
7.以往采用的根据桨距角大小调节变桨速率或单纯减小变桨速率等方法已经无法从根本上解决此故障下该工况载荷偏大的问题。
技术实现要素：8.本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的控制方法，基于发电机实时转速调节叶片的桨距角，能有效减小气动不平衡和机组振动而引起的单桨叶卡死时载荷偏大的问题。
9.本发明的第二目的在于提供一种抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的控制系统。
10.本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的控制方法，首先，判别风电机组是否因为叶片卡死情况而停机，如果不是，则按常规控制策略进行停机动作，如果是，则某一叶片卡死不再动作，余下的叶片仍然能够接受主控指令进行变桨动作，此时需要给余下叶片在当前桨距角基础上叠加一个固定值，然后再根据
发电机转速设定余下叶片的桨距角给定值，以避免桨叶之间桨距角的大偏差和发电机高转速这两种状况同时发生，以及避免故障发生后风电机组大幅度振动，待发电机转速降低到设定值时，余下叶片再按设定的变桨速率顺桨到90
°
，从而达到抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的目的。
11.进一步，所述的抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的控制方法，包括以下步骤：
12.1)数据测量
13.测量各叶片的桨距角和发电机转速，设测量到的叶片桨距角为θ(k)、发电机转速为ω
gen
，并进行滤波处理，且经过传递函数f(s)滤波后的发电机转速为ω
genf
，即：
14.ω
genf
＝ω
gen
*f(s)
[0015][0016]
式中，f(s)为传递函数，包括一个二阶低通滤波器和一个notch陷滤波器，s为拉普拉斯算子，ξ、ξ1、ξ2是阻尼系数，ω、ω1、ω2是频率；
[0017]
2)判别是否存在单叶片卡死情况
[0018]
当风电机组触发叶片跟随故障后，如果某一叶片当前的桨距角值与该叶片下一时刻桨距角值的偏差小于设定值θ，则判定为存在叶片卡死情况，执行步骤3)，否则认为不存在叶片卡死情况，按常规控制策略进行停机动作；
[0019]
3)计算余下叶片的桨距角叠加值
[0020]
当发电机转速ω
genf
落在风速区间(a1，a4)时，则采用线性插值法，计算桨距角叠加值δθ的大小；当发电机转速ω
genf
小于或等于a1时，余下叶片的桨距角叠加值δθ取b1；当发电机转速ω
genf
大于或等于a4时，余下叶片的桨距角叠加值δθ取b4，即当ω
genf
≤a1时，δθ＝b1，ω
genf
≥a4时，δθ＝b4；
[0021]
4)计算余下叶片的桨距角给定值
[0022]
一旦判定某一叶片存在卡死情况，则余下叶片下一时刻的桨距角给定值θ(k+1)是在当前时刻桨距角θ(k)基础上叠加一个固定值，即加上步骤3)计算出来的桨距角叠加值δθ，以减小发电机转速，即：
[0023]
θ(k+1)＝θ(k)+δθ
[0024]
如果发电机转速降低，则需要继续加大余下叶片的桨距角给定值，如果发电机转速上升，则需要减小余下叶片的桨距角给定值；
[0025]
5)调节叶片桨距角
[0026]
当发电机转速ω
genf
降低到某一设定值时，该值取0.5倍的发电机额定转速nr，余下叶片按设定的变桨速率顺桨到90
°
，即当ω
genf
≤0.5*nr时，余下叶片下一时刻的桨距角给定值变为：
[0027]
θ(k+1)＝θ(k)+pitchrate*t
[0028]
式中，pitchrate为设定的变桨速率，t为controller cycle time控制算法循环时间常数；
[0029]
最后，风电机组的变桨执行机构根据确定的桨距角给定值即最终的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的优化控制。
[0030]
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏
大的控制系统，该系统要先判别风电机组是否因为叶片卡死情况而停机，如果不是，则按常规控制策略进行停机动作，如果是，则某一叶片卡死不再动作，余下的叶片仍然能够接受主控指令进行变桨动作，此时需要给余下叶片在当前桨距角基础上叠加一个固定值，然后再根据发电机转速设定余下叶片的桨距角给定值，以避免桨叶之间桨距角的大偏差和发电机高转速这两种状况同时发生，以及避免故障发生后风电机组大幅度振动，待发电机转速降低到设定值时，余下叶片再按设定的变桨速率顺桨到90
°
，从而达到抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的目的。
[0031]
进一步，所述的抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的控制系统，包括：
[0032]
测量模块，用于测量各叶片的桨距角和发电机转速；
[0033]
判别模块，用于判别是否存在单叶片卡死情况；
[0034]
桨距角叠加值计算模块，用于计算除了卡死叶片外的余下叶片的桨距角叠加值；
[0035]
桨距角给定值计算模块，用于计算除了卡死叶片外的余下叶片的桨距角给定值；
[0036]
顺桨控制模块，用于控制除了卡死叶片外的余下叶片按照设定的变桨速率顺桨到90
°
。
[0037]
进一步，所述测量模块具体执行以下操作：
[0038]
设测量到的叶片桨距角为θ(k)、发电机转速为ω
gen
，并进行滤波处理，且经过传递函数f(s)滤波后的发电机转速为ω
genf
，即：
[0039]
ω
genf
＝ω
gen
*f(s)
[0040][0041]
式中，f(s)为传递函数，包括一个二阶低通滤波器和一个notch陷滤波器，s为拉普拉斯算子，ξ、ξ1、ξ2是阻尼系数，ω、ω1、ω2是频率。
[0042]
进一步，所述判别模块具体执行以下操作：
[0043]
当风电机组触发叶片跟随故障后，如果某一叶片当前的桨距角值与该叶片下一时刻桨距角值的偏差小于设定值θ，则判定为存在叶片卡死情况，跳至桨距角叠加值计算模块执行，否则认为不存在叶片卡死情况，按常规控制策略进行停机动作。
[0044]
进一步，所述桨距角叠加值计算模块具体执行以下操作：
[0045]
当发电机转速ω
genf
落在风速区间(a1，a4)时，则采用线性插值法，计算桨距角叠加值δθ的大小；当发电机转速ω
genf
小于或等于a1时，余下叶片的桨距角叠加值δθ取b1；当发电机转速ω
genf
大于或等于a4时，余下叶片的桨距角叠加值δθ取b4，即当ω
genf
≤a1时，δθ＝b1，ω
genf
≥a4时，δθ＝b4。
[0046]
进一步，所述桨距角给定值计算模块具体执行以下操作：
[0047]
一旦判定某一叶片存在卡死情况，则余下叶片下一时刻的桨距角给定值θ(k+1)是在当前时刻桨距角θ(k)基础上叠加一个固定值，即加上桨距角叠加值计算模块计算出来的桨距角叠加值δθ，以减小发电机转速，即：
[0048]
θ(k+1)＝θ(k)+δθ
[0049]
如果发电机转速降低，则需要继续加大余下叶片的桨距角给定值，如果发电机转速上升，则需要减小余下叶片的桨距角给定值。
[0050]
进一步，所述顺桨控制模块具体执行以下操作：
[0051]
当发电机转速ω
genf
降低到某一设定值时，该值取0.5倍的发电机额定转速nr，余下叶片按设定的变桨速率顺桨到90
°
，即当ω
genf
≤0.5*nr时，余下叶片下一时刻的桨距角给定值变为：
[0052]
θ(k+1)＝θ(k)+pitchrate*t
[0053]
式中，θ(k+1)为叶片下一时刻的桨距角给定值，θ(k)为叶片当前时刻的桨距角，pitchrate为设定的变桨速率，t为controller cycle time控制算法循环时间常数；
[0054]
最后，风电机组的变桨执行机构根据确定的桨距角给定值即最终的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的优化控制。
[0055]
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0056]
1、本发明采取基于发电机实时转速调节叶片桨距角的方式，通过避免桨叶之间桨距角的大偏差和发电机高转速这两种状况同时发生，减小故障发生后机组大幅度振动，待发电机转速降低到设定值，没有卡死的叶片再按设定的变桨速率顺桨到90
°
，相对于现有的控制方式，能有效减小气动不平衡和机组振动而引起的单桨叶卡死时载荷偏大的问题。
[0057]
2、本发明无需增加机组设备，只需在控制算法中增加相应的功能模块，就能减小气动不平衡以及机组振动，减小机组载荷，从而节省成本，提高机组竞争力。
[0058]
3、本发明有很强的理论依据，易于被相关技术人员接受，对后续控制优化改进和设备维护奠定基础。
[0059]
4、本发明同时适用于一切由于气动不平衡以及机组振动所造成载荷偏大的工况，具有十分广泛的应用前景，值得推广。
附图说明
[0060]
图1为本发明方法的流程框图。
[0061]
图2为本发明系统的架构图。
具体实施方式
[0062]
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0063]
实施例1
[0064]
针对于dlc2.2dd工况，本实施例提供了一种抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的控制方法，首先，判别风电机组是否因为叶片卡死情况而停机，如果不是，则按常规控制策略进行停机动作，如果是，则默认叶片1存在卡死情况(当然，其它叶片2或者叶片3存在卡死情况，处理方法也是一样的)，叶片2和叶片3仍然能够接受主控指令进行变桨动作，此时需要给叶片2和叶片3在当前桨距角基础上叠加一个固定值，然后再根据发电机转速设定叶片2和叶片3的桨距角给定值，以避免桨叶之间桨距角的大偏差和发电机高转速这两种状况同时发生，以及避免故障发生后风电机组大幅度振动，待发电机转速降低到设定值时，叶片2和叶片3再按设定的变桨速率顺桨到90
°
，从而达到抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的目的。
[0065]
如图1所示，本实施例上述的抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的控制方法，包括以下步骤：
[0066]
1)数据测量
[0067]
测量各叶片的桨距角和发电机转速，设测量到叶片1桨距角为θ1(k)，叶片2桨距角为θ2(k)，叶片3桨距角为θ3(k)、发电机转速为ω
gen
，并进行滤波处理，且经过传递函数f(s)滤波后的发电机转速为ω
genf
，即：
[0068]
ω
genf
＝ω
gen
*f(s)
[0069][0070]
式中，f(s)为传递函数，包括一个二阶低通滤波器和一个notch陷滤波器，s为拉普拉斯算子，ξ、ξ1、ξ2是阻尼系数，ω、ω1、ω2是频率，一般情况下，ω1＝ω2，其大小为叶轮旋转一圈的频率大小。
[0071]
2)判别是否存在单叶片卡死情况
[0072]
当风电机组触发叶片跟随故障后，如果某一叶片当前的桨距角值与该叶片下一时刻桨距角值的偏差小于设定值θ，其中θ一般取0.1
°
，则判定为存在叶片卡死情况，执行步骤3)，否则认为不存在叶片卡死情况，按常规控制策略进行停机动作；
[0073]
3)计算余下叶片的桨距角叠加值
[0074]
此时默认叶片1存在卡死情况，当发电机转速ω
genf
落在下表1的风速区间(a1，a4)时，则采用线性插值法，计算桨距角叠加值δθ的大小；当发电机转速ω
genf
小于或等于下表1中的a1时，余下叶片的桨距角叠加值δθ取b1；当发电机转速ω
gen
f大于或等于下表1中的a4时，余下叶片的桨距角叠加值δθ取b4，即当ω
genf
≤a1时，δθ＝b1，ω
genf
≥a4时，δθ＝b4，此表格列数可增减。
[0075]
表1发电机转速与叶片2和3桨距角叠加值对应表
[0076][0077]
4)计算余下叶片的桨距角给定值
[0078]
一旦判定叶片1存在卡死情况，则叶片2和叶片3下一时刻的桨距角给定值是在当前时刻桨距角基础上叠加一个固定值，即加上步骤3)计算出来的桨距角叠加值δθ，以减小发电机转速，即：
[0079]
θ2(k+1)＝θ2(k)+δθ
[0080]
θ3(k+1)＝θ3(k)+δθ
[0081]
如果发电机转速降低，则需要继续加大余下叶片的桨距角给定值，如果发电机转速上升，则需要减小余下叶片的桨距角给定值。
[0082]
5)调节叶片桨距角
[0083]
当发电机转速ω
genf
降低到某一设定值时，该值一般取0.5倍的发电机额定转速nr，叶片2和叶片3按设定的变桨速率顺桨到90
°
，即当ω
genf
≤0.5*nr时，叶片2和叶片3下一时刻的桨距角给定值变为：
[0084]
θ2(k+1)＝θ2(k)+pitchrate*t
[0085]
θ3(k+1)＝θ3(k)+pitchrate*t
[0086]
式中，θ2(k)为叶片2当前时刻的桨距角，θ2(k+1)为叶片2下一时刻的桨距角给定值，θ3(k)为叶片3当前时刻的桨距角，θ3(k+1)为叶片3下一时刻的桨距角给定值，pitchrate为设定的变桨速率，t为controller cycle time控制算法循环时间常数；
[0087]
最后，风电机组的变桨执行机构根据确定的桨距角给定值即最终的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的优化控制。
[0088]
实施例2
[0089]
本实施例提供了一种抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的控制系统，该系统要先判别风电机组是否因为叶片卡死情况而停机，如果不是，则按常规控制策略进行停机动作，如果是，则某一叶片卡死不再动作，余下的叶片仍然能够接受主控指令进行变桨动作，此时需要给余下叶片在当前桨距角基础上叠加一个固定值，然后再根据发电机转速设定余下叶片的桨距角给定值，以避免桨叶之间桨距角的大偏差和发电机高转速这两种状况同时发生，以及避免故障发生后风电机组大幅度振动，待发电机转速降低到设定值时，余下叶片再按设定的变桨速率顺桨到90
°
，从而达到抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的目的。
[0090]
如图2所示，本实施例上述的抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的控制系统，包括以下功能模块：
[0091]
测量模块，用于测量各叶片的桨距角和发电机转速；
[0092]
判别模块，用于判别是否存在单叶片卡死情况；
[0093]
桨距角叠加值计算模块，用于计算除了卡死叶片外的余下叶片的桨距角叠加值；
[0094]
桨距角给定值计算模块，用于计算除了卡死叶片外的余下叶片的桨距角给定值；
[0095]
顺桨控制模块，用于控制除了卡死叶片外的余下叶片按照设定的变桨速率顺桨到90
°
。
[0096]
所述测量模块具体执行以下操作：
[0097]
设测量到的叶片桨距角为θ(k)、发电机转速为ω
gen
，并进行滤波处理，且经过传递函数f(s)滤波后的发电机转速为ω
genf
，即：
[0098]
ω
genf
＝ω
gen
*f(s)
[0099][0100]
式中，f(s)为传递函数，包括一个二阶低通滤波器和一个notch陷滤波器，s为拉普拉斯算子，ξ、ξ1、ξ2是阻尼系数，ω、ω1、ω2是频率一般情况下，ω1＝ω2，其大小为叶轮旋转一圈的频率大小。
[0101]
所述判别模块具体执行以下操作：
[0102]
当风电机组触发叶片跟随故障后，如果某一叶片当前的桨距角值与该叶片下一时刻桨距角值的偏差小于设定值θ，则判定为存在叶片卡死情况，跳至桨距角叠加值计算模块执行，否则认为不存在叶片卡死情况，按常规控制策略进行停机动作。
[0103]
所述桨距角叠加值计算模块具体执行以下操作：
[0104]
当发电机转速ω
genf
落在风速区间(a1，a4)时，则采用线性插值法，计算桨距角叠加值δθ的大小；当发电机转速ω
genf
小于或等于a1时，余下叶片的桨距角叠加值δθ取b1；当发电机转速ω
genf
大于或等于a4时，余下叶片的桨距角叠加值δθ取b4，即当ω
genf
≤a1时，
δθ＝b1，ω
genf
≥a4时，δθ＝b4。
[0105]
所述桨距角给定值计算模块具体执行以下操作：
[0106]
一旦判定某一叶片存在卡死情况，则余下叶片下一时刻的桨距角给定值θ(k+1)是在当前时刻桨距角θ(k)基础上叠加一个固定值，即加上桨距角叠加值计算模块计算出来的桨距角叠加值δθ，以减小发电机转速，即：
[0107]
θ(k+1)＝θ(k)+δθ
[0108]
如果发电机转速降低，则需要继续加大余下叶片的桨距角给定值，如果发电机转速上升，则需要减小余下叶片的桨距角给定值。
[0109]
所述顺桨控制模块具体执行以下操作：
[0110]
当发电机转速ω
genf
降低到某一设定值时，该值取0.5倍的发电机额定转速nr，余下叶片按设定的变桨速率顺桨到90
°
，即当ω
genf
≤0.5*nr时，余下叶片下一时刻的桨距角给定值变为：
[0111]
θ(k+1)＝θ(k)+pitchrate*t
[0112]
式中，θ(k+1)为叶片下一时刻的桨距角给定值，θ(k)为叶片当前时刻的桨距角，pitchrate为设定的变桨速率，t为controller cycle time控制算法循环时间常数；
[0113]
最后，风电机组的变桨执行机构根据确定的桨距角给定值即最终的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现抑制风电机组桨叶卡死时载荷偏大的优化控制。
[0114]
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。