阅读说明：本技术 用于大湍流工况的风力发电机防超速组控制方法及系统 (Wind driven generator overspeed prevention group control method and system for large turbulence working condition ) 是由 王恩民 任鑫 王剑钊 童彤 赵鹏程 杜静宇 王�华 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于大湍流工况的风力发电机防超速组控制方法及系统,方法具体如下：根据实时风速V及风向角度θ计算设定周期内风速V的变化参数ΔV及风向角度θ的变化参数Δθ；根据风速变化量ΔV和风向角度变化量Δθ,实时选择机组控制策略,所述机组控制策略中同时将所述风速变化量ΔV和风向角度变化量Δθ按照数值大小划分为若干个区域,同时满足风速变化量ΔV和风向角度变化量Δθ时,则按照其所在区域进行调控；所述控制策略简洁、高效、针对性强,可有效防止大湍流工况时机组超速现象的产生,提高机组运行稳定性,可靠性及经济性。(The invention discloses a wind driven generator overspeed prevention group control method and system for a high turbulence working condition, wherein the method comprises the following steps: calculating a variation parameter delta V of the wind speed V and a variation parameter delta theta of the wind direction angle theta in a set period according to the real-time wind speed V and the wind direction angle theta; selecting a unit control strategy in real time according to the wind speed variation delta V and the wind direction angle variation delta theta, wherein the unit control strategy simultaneously divides the wind speed variation delta V and the wind direction angle variation delta theta into a plurality of areas according to the numerical value, and when the wind speed variation delta V and the wind direction angle variation delta theta are met, the unit control strategy regulates and controls according to the areas where the unit control strategy is located; the control strategy is simple, efficient and strong in pertinence, and can effectively prevent the overspeed phenomenon of the unit under the working condition of high turbulence, and improve the operation stability, reliability and economy of the unit.)

用于大湍流工况的风力发电机防超速组控制方法及系统

技术领域

本发明属于风力发电控制技术领域，具体涉及一种用于大湍流工况的风力发电机防超速组控制方法及系统。

背景技术

目前风机虽然分类了山地、平原等类型的风机，但对于具体的地形地貌、风速、风向等自然特征，并未针对性的进行设计。因此很多机型在大湍流状态下，面对由于自然环境产生的风速、风向较大波动的大湍流时，经常由于风机控制系统及整体系统的响应问题，导致风机超速现象的产生。

目前风电机组在达到额定风速后，基本采用定功率运行的控制策略，即机组在额定功率下运行，机组转速、转矩跟随风速、风向进行变化。该方法的优点是，由于功率较为恒定，因此对电网影响较低。但实际情况是面对大湍流的影响采用该控制策略时，常常由于转矩等参数响应不及时，造成风机电机转速超出其保护值，从而触发风电机组安全链，在短时间内导致机组停机脱网。一方面由于脱网的影响，实际上加大了对电网的冲击，另一方面由于转速过高导致机组超速飞车的风险增大。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于大湍流工况的风力发电机防超速组控制策略，通过测量得到的风电机组实时风速V及风向角度θ，计算一定时间内风速V的变化参数ΔV及风向角度θ的变化参数Δθ，通过对风速V的变化参数ΔV及风向角度θ的变化参数Δθ的结果，实时选择机组控制策略。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于大湍流工况的风力发电机防超速组控制方法，具体如下：

获取风电机组实时风速V及风向角度θ；

根据实时风速V及风向角度θ计算设定周期内风速V的变化参数ΔV及风向角度θ的变化参数Δθ；

根据风速变化量ΔV和风向角度变化量Δθ，实时选择机组控制策略，所述机组控制策略中同时将所述风速变化量ΔV和风向角度变化量Δθ按照数值大小划分为若干个区域，同时满足风速变化量ΔV和风向角度变化量Δθ时，则按照其所在区域进行调控。

所述机组控制策略通过下表对风机风速变化量ΔV，风向变化量|Δθ|的绝对值的判断选择运行模式：

其中：风机风速变化量ΔV＝V_t1-V_t0，V_t0为风机前一周期风速仪风速测量值，V_t1为风机当前风速仪风速测量值，风向变化量|Δθ|＝|θ_t1-θ_t0|，θ_t0为风机前一周期风向角度测量值，θ_t1——风机当前风向角度测量值。

设定周期内根据风机所处实际风况进行修正，考虑到实际风机的机械动作时间，其中风机风速变化量ΔV的时间周期均大于5ms，且小于30ms；风向变化量|Δθ|的时间周期均大于30s，小于180s。

其中运行模式A，机组功率设定值为机组额定功率P_额，按照表中计算公式调节机组转矩设定值T，控制机组转速n，偏航系统不动作；

其中运行模式B，机组功率设定值为机组额定功率P_额，按照表中计算公式调节机组转矩设定值T，控制机组转速n，偏航系统跟随风向角度动作；

其中运行模式C，机组转矩设定值为机组额定转矩T_额，按照表中计算公式调节功率设定值P，控制机组转速n，偏航系统不动作；

其中运行模式D，机组功率设定值为机组额定功率P_额，按照表中计算公式调节机组转矩设定值T，控制机组转速n，偏航系统跟随风向角度动作。

通过风机的风速风向仪采集风速测量值V，通过风向角度测量值θ的在设定周期内的变化。

一种用于大湍流工况的风力发电机防超速组控制系统，包括控制器、风速风向仪、偏航系统以及转速控制系统；风速风向仪连接控制器的输入端，控制器的输出端连接偏航系统以及转速控制系统的指令输入端；

控制器获取风电机组实时风速V及风向角度θ；根据实时风速V及风向角度θ计算设定周期内风速V的变化参数ΔV及风向角度θ的变化参数Δθ；根据所述变化参数ΔV和变化参数Δθ，实时选择机组控制策略，所述机组控制策略通过下表对风机风速变化量ΔV，风向变化量|Δθ|的绝对值的判断选择运行模式；最后向偏航系统以及转速控制系统发送动作指令。

所述控制器采用PLC。

基于本发明所述大湍流工况的风力发电机防超速组控制方法的应用，当风机所处位置风速达到启动风速后，风机启动，风机转速、功率按照风机自定的功率曲线运行，直至风速达到额定风速后，不论风机功率是否达到额定功率均切换至本发明所述方法运行。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明公开的用于大湍流工况的风力发电机防超速组控制策略，通过测量得到的风电机组实时风速V及风向角度θ，计算一定时间内风速V的变化参数ΔV及风向角度θ的变化参数Δθ，通过对风速V的变化参数ΔV及风向角度θ的变化参数Δθ的结果，实时选择机组控制策略；本发明策略简洁、高效、针对性强，可有效防止大湍流工况时机组超速现象的产生，提高机组运行稳定性，可靠性及经济性；可通过子程序写入风机PLC控制系统，在PLC控制系统中实时运行，易于进行移植和拓展；本发明提供的防超速组控制策略，可实现风力发电机组的快速响应，从而有效防止机组超速等现象的产生，提高机组运行稳定性，可靠性及经济性。

附图说明

图1是控制运行区域说明。

图2是一种控制策略框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，获取风电机组实时风速V及风向角度θ；

根据实时风速V及风向角度θ计算设定周期内风速V的变化参数ΔV及风向角度θ的变化参数Δθ；

根据所述变化参数ΔV和变化参数Δθ，实时选择机组控制策略，所述机组控制策略通过下表对风机风速变化量ΔV，风向变化量|Δθ|的绝对值的判断选择运行模式：

当风机所处位置风速达到启动风速后，风机启动，风机转速、功率按照风机自定的功率曲线运行，直至风速达到额定风速，风机处于额定功率。

当风机风速达到额定风速后，此时若存在大湍流，将会对风机运行造成超速等不良影响。因此在该区间，只要风速达到额定风速，不论风机功率是否达到额定功率均切换至本发明提供的控制策略运行，即按照本发明所述大湍流工况的风力发电机防超速组控制方法进行控制运行。

如图2所示，当本发明控制策略运行时，通过下表对风机风速变化量ΔV，风向变化量|Δθ|的绝对值的判断选择运行模式。

其中：

风机风速变化量ΔV＝V_t1-V_t0；

V_t0——风机前一周期风速仪风速测量值；

V_t1——风机当前风速仪风速测量值；

风向变化量|Δθ|＝|θ_t1-θ_t0|；

θ_t0——风机前一周期风向角度测量值；

θ_t1——风机当前风向角度测量值。

设定时间根据风机所处实际风况进行修正，考虑到实际风机的机械动作时间，其中风机风速变化量ΔV的时间周期均大于5ms，且小于30ms；风向变化量|Δθ|的时间周期均大于30s，小于180s

在对风机风速变化量ΔV，风向变化量|Δθ|进行计算后，判断模块按照下表提供的规则进行判断，分别选择对应的运行模式A、运行模式B、运行模式C、运行模式D。

其中运行模式A，机组功率设定值为机组额定功率P_额，按照表中转速控制公式调节机组转矩设定值T，控制机组转速n。偏航系统不动作。

其中运行模式B，机组功率设定值为机组额定功率P_额，按照表中转速控制公式调节机组转矩设定值T，控制机组转速n。偏航系统跟随风向角度动作。

其中运行模式C，机组转矩设定值为机组额定转矩T_额，按照表中转速控制公式调节功率设定值P，控制机组转速n。偏航系统不动作。

其中运行模式D，机组功率设定值为机组额定功率P_额，按照表中转速控制公式调节机组转矩设定值T，控制机组转速n。偏航系统跟随风向角度动作。

另外，本发明还可以提供一种用于大湍流工况的风力发电机防超速组控制系统，包括控制器、风速风向仪、偏航系统以及转速控制系统；风速风向仪连接控制器的输入端，控制器的输出端连接偏航系统以及转速控制系统的指令输入端；

控制器获取风电机组实时风速V及风向角度θ；根据实时风速V及风向角度θ计算设定周期内风速V的变化参数ΔV及风向角度θ的变化参数Δθ；根据所述变化参数ΔV和变化参数Δθ，实时选择机组控制策略，所述机组控制策略通过下表对风机风速变化量ΔV，风向变化量|Δθ|的绝对值的判断选择运行模式；最后向偏航系统以及转速控制系统发送动作指令。

优选的，所述控制器采用PLC。.

作为本发明所述方法的应用：当风机所处位置风速达到启动风速后，风机启动，风机转速、功率按照风机自定的功率曲线运行，直至风速达到额定风速后，不论风机功率是否达到额定功率均切换至本发明提供的控制策略运行。