提高风电机组弱风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，涉及一种恒最低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电流可控性，通常将机组转差率限定在+0. 3之内，因 此在弱风速段存在一个最低转速的限制。现有风电运营商普遍采用这一方案，风力机 在切入风速vratljljMPPT(最大功率点跟踪）段起始风速V:这一风速区间运行在恒定的最 低转速。现有技术在风速区间将桨距角设为某一 ;〖亘定值（通常为0度），桨 距角在到达额定风速前不予动作，这种运行控制策略导致了机组发电量在[V_in，vj风速 区间内存在一定提升空间。
[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[vratin，vj风速区间内的提升问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种提高风电机组弱风发电量的变桨控制方法，该方法在恒 最低转速区域通过提前桨距角动作增加发电量，提高了风力机气动转矩，从而在所述风速 区域提高发电量。
[0006] 为实现以上目的，本发明提供一种提高风电机组弱风发电量的变桨控制方法，所 述方法在恒最低转速区域通过提前桨距角动作增加发电量，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切入风速VratljljMPPT段起始风速v:之间这一 弱风速区间，所适用的机组是在切入风速VratljljMPPT段起始风速vi之间限定最低转速的 风电机组。
[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 风速区间，且发电机转速《满足| 设置为0.04倍的标幺值，发 电机转速的基准值为发电机同步转速，《_为风电机组发电运行的最低转速，执行以下步 骤；
[0009] 第二步，根据第一步得到的风速V，按照以下公式计算最优变桨角度0
[0010] 0 〇pt=c! (Vi-v) 2+c2 (Vi-v),
[0011] 其中：待定系数(^和c2通过辨识得到，vi为起始风速；
[0012] 第三步，对第二步得到的最优变桨角度0 _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加上常规控制桨距角指令作为优化 后的桨距角指令0*，由风机主控发送至变桨执行机构。
[0014] 本发明在[Vcutin，vj风速区间根据上述0。#=c: (VfVf+cJvfV)公式提前动作 桨距角，从而提高[Vratin，vJ风速区间的气动转矩，并提高发电量。
[0015] 优选地，第二步中，所述待定系数cdP(：2通过离线辨识方法得到，具体为：在专业 风电仿真软件，如Bladed中，针对采用实际机组参数的特定机组模型，对[V_in，Vl]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选取[V_in，Vl]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最优变桨角度0 _，通过参数拟合得到待定系数cdPc2。
[0016] 优选地，第三步中，在计算最优变桨角度0_时，为避免桨距角频繁动作，需要对 检测到的风速信号进行低通滤波处理得到V，对于计算得到的最优变桨角度0 _需要设定 指令死区即通过指令死区模块。所述指令死区模块的功能由受指令死区阈值0 制的保 持器实现，如果保持器输出与最优变桨角度0 _差值的绝对值大于0 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0。_。
[0017] 本发明所述变桨控制也可以采用基于功率查表的方法实现，包括如下步骤：
[0018] 第一步，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 率大于切入风速VeutlJ#应的稳态功率PTOUtin且小于风速v3寸应的稳态功率Pvl，且发电机 转速《满足IA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，执行以下步骤；
[0019] 第二步，根据发电机功率查表得到最优变桨角度0
[0020] 第三步，对第二步得到的最优变桨角度e_经过指令死区模块输出桨距角指令值 员optl。
[0021] 第四步，将第三步得到的桨距角指令值加上常规控制桨距角指令作为优化 后的桨距角指令0*，由风机主控发送至变桨执行机构。
[0022] 所述第二步，根据发电机功率查表得到最优变桨角度P_，具体为：在确定待定系 数(31和(32、并已知1&^ 1]风速区间内的发电机稳态功率曲线的基础上，选取[1_，^] 风速区间内一定数量的离散风速点，根据与这些风速点一一对应的发电机稳态功率和最优 变桨角度制作一张关于发电机稳态功率和最优变桨角度0 _-一对应的表，表中对 于不在lutin对应稳态功率和vi对应稳态功率之间的功率对应的最优变桨角度0 _为0 ; 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最优变桨角度0
[0023] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0024] 本发明在现有技术的基础上提高[Vratin，vJ风速区间的发电量。本发明仅仅需要 在现有变桨控制策略基础上做出适当修改，无需增加额外硬件装置，且可以一定程度降低 叶根挥舞力矩和轴向推力。
【附图说明】
[0025] 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：
[0026] 图1为本发明一实施例所适用机组在弱风速段的典型运行控制策略；
[0027] 图2为本发明一实施例实现方法框图；
[0028] 图3为本发明一实施例指令死区模块示意图；
[0029] 图4为本发明一实施例在3m/s风速下的验证；
[0030] 图5为本发明一实施例在4m/s风速下的验证；
[0031] 图6为本发明一实施例在动态风速下的验证，其中：图（a)为实施案例所采用的风 速，图（b)为桨距角，图（c)为轴向推力，图⑷为电功率。
【具体实施方式】
[0032] 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。
[0033] 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，本发明的基本内容是在所述恒最低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切入风速V_in 到MPPT(最大功率跟踪）段起始风速Vl之间这一弱风速区间，所适用的机组是在切入风速 MPPT段起始风速v之间限定最低转速的风电机组。特别说明本发明提高的是风力 机这一原动力的出力，适用对象是根