一种风电机组直接推力消减控制方法及系统与流程

本发明涉及风电机组推力消减的，尤其是指一种风电机组直接推力消减控制方法及系统。

背景技术：

1、随着风力发电机组叶片的大型化发展，由于风轮推力造成的风电机组极限载荷问题越来越突出，随着叶片长度的增加风力发电机组额定风速附近的极端推力显著增大。

2、对于变速变桨风力机组，在未达到额定功率之前，机组桨距角保持最优桨距角不变，此时推力系数仅随着叶尖速比变化进行微小的变化，对于确定的机组而言，该状态下风轮推力仅与轮毂风速呈正相关，即随着风速的增加机组所受推力随之增加；当机组运行于恒功率状态时，变桨动作致使叶片推力系数减小，随着风速的增加风轮面整体推力水平逐渐降低。即对于变桨变速风力发电机组所受推力在额定风速附近达到最大。如果不施加控制干预将导致机组净空变小，塔架和叶片载荷显著增加，严重的将会出现叶片扫塔、断裂以及倒塔等风险。

3、目前已有的技术方案仅通过改变叶片桨距角来改善风力机组极端推力造成的净空和各部件极限载荷问题，未充分考虑叶片角度增加带来的整机发电量损失问题，且现有的开环控制方案，也无法准确维持机组长时间运行在安全的推力范围。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种风电机组直接推力消减控制方法及系统，解决了风电机组推力与功率并非一一对应关系，无法准确反映机组推力水平，以及发电机功率和桨距角的强耦合关系，致使发电机功率的低频波动，导致以发电机功率为输入的间接控制，造成发电量损失的问题。

2、本发明的目的通过下述技术方案实现：一种风电机组直接推力消减控制方法，包括以下步骤：

3、s1、采集机舱运动信息；

4、s2、根据采集的机舱运动信息，求解风轮面推力；

5、s3、以风轮面推力作为输入，计算最优变桨角度；

6、s4、将最优变桨角度传递到变桨执行机构，变桨执行机构通过控制变桨动作完成直接推力消减控制的闭环控制逻辑。

7、进一步，所述步骤s1包括以下步骤：

8、根据安装在风电机组机舱的动态倾角传感器获得风力发电机组的沿风轮至机舱尾部方向的俯仰角和水平垂直于俯仰方向的横翻角，动态倾角传感器通过数字量或模拟量信号将机组俯仰角和横翻角传输给主控plc系统，plc通过数据解析传输给执行机构。

9、进一步，所述步骤s2包括以下步骤：

10、基于机舱动态倾角传感器测量的俯仰角计算得到风轮面的推力，公式如下：

11、

12、式中mt为机组质量，dt为机组阻尼，st为机组刚度矩阵；δxfa为滤波机舱俯仰角度，为机舱俯仰角速度，为机舱俯仰角加速度，fax为风轮面推力；

13、其中，所述的滤波机舱俯仰角度计算公式如下：

14、δxfa＝f(s)·δx；

15、式中f(s)为低通和带阻滤波器，δx为传感器测量的俯仰角度。

16、进一步，所述步骤s3包括以下步骤：

17、以风轮面推力作为输入，根据机组载荷和控制需求设定目标推力值ftarget，定义推力偏差δerr为实时风轮面推力fax和目标推力ftarget的误差，反馈控制器经计算得到满足载荷目标控制要求的最优变桨角度βopt；

18、误差表征风力发电机组实际推力与目标推力的差值，当误差为正时表示风轮面实际大于推力设定值，此时需要叠加正向的变桨角度以减小机组推力；当误差为负时表示风轮面推力低于推力设定值，此时需要叠加负向的变桨角度；

19、目标推力值ftarget设置为固定值或者动态变化值；

20、反馈控制器离散公式如下：

21、

22、式中kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，δe(n)为当前时刻误差，δea(n)为误差变化率。

23、进一步，所述步骤s3包括以下步骤：

24、预设推力和桨距角的对应关系，通过实时输入的fax计算出满足设计需求的桨距角；

25、所述的桨距角β和推力fax的函数为：

26、β＝f(fax)。

27、一种风电机组直接推力消减控制系统，用于实现上述的风电机组直接推力消减控制方法，其包括：

28、机舱数据采集模块，用于采集机舱运动信息；

29、风轮面推力计算模块，根据采集的机舱运动信息，求解风轮面推力；

30、最优变桨角度计算模块，用于计算最优变桨角度；

31、变桨执行机构，通过最优变桨角度控制变桨动作，完成直接推力消减控制的闭环控制逻辑。

32、一种存储有指令的非暂时性计算机可读介质，当所述指令由处理器执行时，执行根据上述的风电机组直接推力消减控制方法的步骤。

33、一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的风电机组直接推力消减控制方法。

34、本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

35、本发明通过外部传感器采集机组信息，降低发电机功率和桨距角耦合导致的功率波动问题，在消减控制风电机组的直接推力的同时，能够进一步地提升风电机组发电效率。

技术特征：

1.一种风电机组直接推力消减控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种风电机组直接推力消减控制方法，其特征在于，所述步骤s1包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种风电机组直接推力消减控制方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种风电机组直接推力消减控制方法，其特征在于，所述的滤波机舱俯仰角度计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的一种风电机组直接推力消减控制方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种风电机组直接推力消减控制方法，其特征在于，所述反馈控制器离散公式如下：

7.根据权利要求1所述的一种风电机组直接推力消减控制方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：

8.一种风电机组直接推力消减控制系统，其特征在于，用于实现权利要求1-7任一项所述的风电机组直接推力消减控制方法，其包括：

9.一种存储有指令的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，当所述指令由处理器执行时，执行根据权利要求1至7任意一项所述的风电机组直接推力消减控制方法的步骤。

10.一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1至7任意一项所述的风电机组直接推力消减控制方法。

技术总结
本发明公开了一种风电机组直接推力消减控制方法及系统，该方法包括以下步骤：S1、采集机舱运动信息；S2、根据采集的机舱运动信息，求解风轮面推力；S3、以风轮面推力作为输入，计算最优变桨角度；S4、将最优变桨角度传递到变桨执行机构，变桨执行机构通过控制变桨动作完成直接推力消减控制的闭环控制逻辑；本发明通过外部传感器采集机组信息，降低发电机功率和桨距角耦合导致的功率波动问题，在消减控制风电机组的直接推力的同时，能够进一步地提升风电机组发电效率。

技术研发人员：牛焕然,欧柳利,黄蓉,赵森
受保护的技术使用者：明阳智慧能源集团股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16