风电机组恒额定转速区域提高发电量的变桨控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，具体地，涉及一种风电机组恒额定转速区域通过 提前桨距角动作增加发电量的控制方法。
【背景技术】
[0002] 双馈风电机组受限于变流器容量，通常将机组转差率限定在±0. 3之内。现有双 馈机组在额定风速Vn之前（假定SV2)到达额定转速ωη，此后转速基本恒定或在较小的范 围内变化运行，现有技术桨距角则在到达额定风速前不予动作，这种运行控制策略导致了 在[V2, Vn]风速区间内机组发电量存在一定提升空间。
[0003] 检索中发现现有技术有不少关于风电机组的变桨控制方法，比如中国专利申请号 为201410171828. 3的发明专利，该专利公开一种变速恒频风电机组变速变桨距联合控制 方法，"该控制方法引入最优转速估计值以及转速参考值分别作为转速控制与变桨距控制 的参考量，转速PID控制器根据最优转速估计值与风电机组额定转速的偏差进行转矩指令 调节，变桨距PID控制器根据转速参考值与机组额定转速的偏差进行桨距角指令调节，实 现转速控制与变桨距控制之间的解耦控制，避免转速控制与变桨距控制之间的干扰。当风 速在额定值附近波动、风电机组捕获的气动功率大于额定功率时，气动功率估计值对应的 转速参考值大于风电机组额定转速，变桨距PID控制器在转速PID控制器输出的转矩指令 达到额定值之前调节桨距角指令，变速变桨超前联合控制，抑制机组转速和输出功率的超 调。"
[0004] 但是上述技术仍旧没有考虑到机组发电量在[v2, Vn]风速区间内的提升问题。现 有技术在[v2，vn]风速区间将桨距角设为某一恒定值（通常为0度），机组发电量存在一定 提升空间。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种风电机组恒额定转速区域提高 发电量的变桨控制方法，通过提前变桨控制，提高了风力机气动转矩，从而在所述风速区域 提尚发电量。
[0006] 为实现以上目的，本发明提供一种风电机组恒额定转速区域提高发电量的变桨控 制方法，所述方法是恒额定转速区域通过提前桨距角动作增加发电量，该方法对常规控制 方法的变桨控制做小幅修改，变流器控制则无需改动，变桨控制的改进通过修改软件完成， 无需增加硬件；其中：所提高发电量的风速区间是结束MPPT(最大功率点跟踪）段的风速 到额定风速之间这一风速区间[V2, Vn];所适用的机组是在额定风速Vn之前到达风力机额 定转速ωη的风电机组。所述额定转速ω n在小于额定风速Vn的风速V2到达，ω n同时也 是风力机组的最高转速ω_。
[0007] 本发明所述变桨控制方法，是一种基于风速检测的变桨控制方法，包括如下步 骤：
[0008] 第一步，检测风速，对检测到的风速信号进行低通滤波得到风速V，若风速V处于 [V2, Vn]风速区间，且发电机转速ω满足I ω-ω_|〈ωυ 设置为〇.〇4倍的标幺值，发 电机转速的基准值为发电机同步转速，ω_为风电机组发电运行的最高转速，执行以下步 骤；
[0009] 第二步，根据第一步得到的风速V，按照下式计算最优变桨角度
[0010] β opt = C ! (V-V2) 2+c2 (V-V2)
[0011] 待定系数CjPc2可以辨识得到；V2为额定风速V n之前的风速；
[0012] 第三步，对第二步得到的最优变桨角度β _经过指令死区模块输出桨距角指令值 ^ optl°
[0013] 第四步，将第三步得到的桨距角指令值β加上常规控制桨距角指令作为优化 后的桨距角指令β*，由风机主控发送至变桨执行机构。
[0014] 本发明在[V2，Vn]风速区间根据上述公式提前动作桨距角，从而提高[V 2, Vn]风速 区间的气动转矩，从而提高发电量。
[0015] 优选地，所述待定系数(^和(32通过离线辨识方法得到，具体为：在专业风电仿真软 件中对[v2, Vn]风速区间内某一风速分别设定不同桨距角大小，比较不同桨距角下的功率 输出，输出功率最大所对应的桨距角即为该风速下的β_，选取[v2, Vn]风速区间内的其他 风速点采用同样的方法分别确定出各自对应的β _，通过参数拟合得到待定系数CdP C 2。
[0016] 优选地，确定最优变桨角度时，为避免桨距角频繁动作，对检测到的风速信 号进行低通滤波处理得到V，对于上述公式计算得到的β _需要设定指令死区，即经过指 令死区模块。
[0017] 优选地，指令死区模块的功能由受指令死区阈值f3dz控制的保持器实现，如果保 持器输出I^ptl与最优变桨角度β _差值的绝对值大于β dz，则保持器输出当前的最优变 桨角度否则保持器处于保持状态，输出上一时刻的β。_。
[0018] 本发明所述变桨控制方法，是一种基于功率查表的变桨控制方法，包括如下步 骤：
[0019] 步骤一，检测发电机功率，对检测到的发电机功率信号进行低通滤波，若发电机功 率大于风速^对应的稳态功率Pv2且小于额定功率，且发电机转速ω满足I ω-ω max|〈G^， 设置为0.04倍的标么值，发电机转速的基准值为发电机同步转速，ω _为风电机组发 电运行的最高转速，执行以下步骤；
[0020] 步骤二，根据发电机功率查表得到最优变桨角度
[0021] 步骤三，对第二步得到的最优变桨角度β _经过指令死区模块输出桨距角指令值 ^ optl?
[0022] 步骤四，将第三步得到的桨距角指令值β加上常规控制桨距角指令作为优化 后的桨距角指令β*，由风机主控发送至变桨执行机构。
[0023] 优选地，另外考虑到风速测量准确性问题，在对机组特性十分清楚的情况下，所述 最优变桨角度，采用以下方法确定：检测风速，对检测到的风速信号进行低通滤波得到 风速V，根据公式β _= c i (V-V2) 2+c2 (V-V2)，待定系数(^和c 2提供辨识得到；在确定待定 系数M5Pc2并已知[V2, Vn]风速区间内发电机稳态功率曲线的基础上，按照一定风速间隔 选取[v2, Vn]风速区间内一定数量的离散风速点，根据与这些离散风速点-对应的发电 机稳态功率和β _制作一张关于发电机稳态功率和β _ 对应的表，表中对于不在V 2 对应稳态功率和Vn对应稳态功率之间的功率对应的β _为O ;实现时根据实时测量得到的 发电机功率通过查表和线性插值获取β_。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0025] 本发明方法通过提前变桨控制，在恒额定转速区域通过提前桨距角动作增加发电 量，该方法对常规控制方法的变桨控制做小幅修改，变流器控制则无需改动，变桨控制的改 进通过修改软件完成，无需增加硬件。
【附图说明】
[0026] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0027] 图1为本发明一实施例适用机组的典型运行控制策略；
[0028] 图2为本发明一实施例的实现方法框图；
[0029] 图3为本发明一实施例指令死区模块示意图；
[0030] 图4为本发明一实施例在风速为9m/s的验证图；
[0031] 图5为本发明一实施例在风速为9. 5m/s的验证图；
[0032] 图6为本发明一实施例在动态风速下的验证，其中：图（a)为实施例所采用的风 速，图（b)为桨距角，图（C)为发电机电功率。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0034] 如图1所示，本发明是对现有常规控制方法在机组特定运行范围内的优化和补 充，现有机组通常在小于额定风速Vn的风速V2即达到额定转速ω n，此额定转速同时也是机 组的最高转速ω_。本发明的基本内容是恒额定转速区域通过提前桨距角动作增加发电 量的控制方法，仅需对常规控制方法的变桨控制做小幅修改，变流器控制则无需改动，变桨 控制的改进通过修改软件完成，无需增加硬件。具体而言，所提高发电量的风速区间是结束 MPPT段的风速到额定风速之间这一风速区间[V2, VJ，所适用的机