一种风力发电机组停机控制方法和控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种风力发电机组停机控制方法和控制装置，先初步设定变桨速率；根据初步设定的变桨速率控制风力发电机组变桨停机，在此过程中，实时计算攻角值，并根据计算得到的攻角值实时调整变桨速率，使攻角值始终处于攻角正常范围内。因此，以升力系数随攻角变化的规律为依据，根据攻角满足的范围控制调整停机过程中的变桨速率，保证在停机过程中气动阻尼一直为正，以避免停机过程中因气动阻尼为负使得机组发生失速振动的问题，进而避免发生非稳定现象，导致载荷大于设计的问题，降低了停机过程中叶根的载荷，减少了机组振动的概率，保证了整机安全。

A Control Method and Device for Wind Turbine Shutdown

The invention relates to a wind turbine shutdown control method and control device. Firstly, the pitch rate is initially set, and then the pitch shutdown of wind turbine is controlled according to the initial pitch rate. In this process, the angle of attack is calculated in real time, and the pitch rate is adjusted in real time according to the calculated angle of attack, so that the angle of attack is always within the normal range of the angle of attack. Therefore, based on the law of lift coefficient varying with angle of attack and according to the range of angle of attack, the pitch rate during shutdown is adjusted to ensure that the aerodynamic damping is always positive in the process of shutdown, so as to avoid stall vibration caused by negative aerodynamic damping in the process of shutdown, thus avoiding unstable phenomena, leading to load greater than design, and reducing the load. The load of blade root during shutdown reduces the probability of unit vibration and ensures the safety of the whole unit.

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组停机控制方法和控制装置
本专利技术涉及一种风力发电机组停机控制方法和控制装置。
技术介绍
随着风力发电机组叶片向大型化方向发展，机组承受巨大载荷冲击导致出现极限载荷的问题越来越突出，尤其是在电网掉电和紧急停机过程中，变流器直接脱网，完全依靠叶片收桨完成机组停机，机组承受的载荷冲击主要依靠变桨停机策略的规划来降低。气动阻尼的大小与叶片翼型升力系数随攻角变化曲线的斜率存在着密切联系，非失速时，气动阻尼为正，失速后，升力系数曲线斜率为负，气动阻尼减小，甚至可能下降为负值。当负气动阻尼为振动提供的能量大于结构阻尼可以吸收的能量时，容易引起失速振动，造成叶片损坏。图1为非对称翼型的升力系数和阻力系数随攻角变化曲线图，图中，实线曲线表示升力系数曲线，虚线曲线表示阻力系数曲线。升力系数Cl先是随着攻角的增大几乎线性增大，之后Cl曲线缓慢增大至最大值Clmax，如果攻角继续增大，气流沿翼型的流动不再平滑，开始分离，此时，升力变小，而阻力系数Cd随攻角增大而急剧增大。负攻角时，Cl呈曲线变化，Cl通过一最低点Clmin。现有的停机策略没有考虑攻角的变化情况，导致气动阻尼出现负值的情况，进而在停机过程中对机组造成损坏。因此，在停机过程中，合理的停机策略能够使得攻角处于合适的角度，能够避免出现气动阻尼为负值的情况，降低机组载荷，减少停机过程中对机组的危害。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种风力发电机组停机控制方法和控制装置，用以解决在停机过程中若气动阻尼出现负值的情况，会对机组造成损坏的问题。为实现上述目的，本专利技术包括以下技术方案：一种风力发电机组停机控制方法，包括以下步骤：(1)初步设定变桨速率；(2)根据初步设定的变桨速率控制风力发电机组变桨停机，在此过程中，实时计算攻角值，并设定一个攻角正常范围，所述攻角正常范围的最小值为下限设定值，所述攻角正常范围的最大值为上限设定值，所述下限设定值大于或者等于0，所述上限设定值大于0，所述下限设定值小于上限设定值；(3)根据计算得到的攻角值实时调整变桨速率，使攻角值始终处于所述攻角正常范围内，以保证在停机过程中气动阻尼一直为正。先初步设定变桨速率，然后，计算攻角值，并在控制风力发电机组变桨停机过程中根据计算得到的攻角值实时调整设定的变桨速率，使攻角值始终处于攻角正常范围内，由于攻角正常范围是一个攻角大于或者等于0的取值区间，因此，通过该控制方式能够保证攻角始终大于或者等于0，使得攻角处于合适的角度，避免攻角为负的情况发生，进而避免气动阻尼减小，也就避免了气动阻尼出现负值的情况，很大程度上降低了机组载荷，避免叶片出现失速振动的情况，减少停机过程中对机组的危害。因此，该方法以升力系数随攻角变化的规律为依据，根据攻角满足的范围控制调整停机过程中的变桨速率，保证在停机过程中气动阻尼一直为正，以避免停机过程中因气动阻尼为负使得机组发生失速振动的问题，进而避免发生非稳定现象以至于导致载荷大于设计的问题，降低了停机过程中叶根的载荷，减少了机组振动的概率，保证了整机安全。进一步地，所述下限设定值等于0，所述上限设定值为升力系数最大值对应的攻角值。在该攻角范围内能够保证攻角处于一个合适的角度，进而保证气动阻尼处于一个合适的范围，进一步避免气动阻尼减小，也就避免了气动阻尼出现负值的情况，进一步提升机组变桨停机过程的安全性。进一步地，所述攻角的计算公式为：α＝Φ-β其中，α为攻角，β为风力发电机组的桨距角，Φ为相对入流角；相对入流角Φ的计算公式为：其中，V为实际来流风速，Ω为叶片的旋转角速度，r为叶素绕风轮旋转中心的半径。通过该攻角计算公式能够计算得到攻角值。进一步地，根据变桨速率控制风力发电机组变桨停机的过程中，设定两个桨距角，根据这两个桨距角将变桨停机过程划分为三个阶段，在变桨过程中，当实际的桨距角处于某一个阶段时，按照该阶段对应的控制策略进行变桨控制，其中：第一阶段，变桨速率为风力发电机组能够承受的最大变桨速率，以该变桨速率控制变桨停机；第二阶段，设定该阶段对应的变桨速率，为第二阶段设定变桨速率，以该第二阶段设定变桨速率控制变桨停机，并根据计算得到的攻角值实时调整变桨速率，使攻角值始终处于所述攻角正常范围内；第三阶段，设定该阶段对应的变桨速率，为第三阶段设定变桨速率，以该第三阶段设定变桨速率控制变桨停机，并根据计算得到的攻角值实时调整变桨速率，使攻角值始终处于所述攻角正常范围内。根据叶片气动阻尼变化趋势分阶段进行变桨控制，分三个阶段主要是因为阻尼曲线变化趋势：先是较大，在大约20deg～40deg处较小，然后再变大，类似“V”形的曲线，那么，设定两个桨距角，根据这两个桨距角就能够将变桨停机过程划分为三个阶段，为了达到快速停机的目的，第一阶段中的变桨速率为风力发电机组能够承受的最大变桨速率，第二阶段和第三阶段中均先设定相应的变桨速率，然后根据计算得到的攻角值实时调整变桨速率，使攻角值始终处于攻角正常范围内。通过这种控制策略，不但能够加快停机的速度，而且，还能够避免攻角为负的情况发生，进而避免气动阻尼减小，也就避免了气动阻尼出现负值的情况。进一步地，变桨速率的设定过程为：1)计算桨叶截面上气动升力Fl和气动阻力Fd；其中，Cl为升力系数，Cd为阻力系数，ρ为空气密度，S为桨叶面积，S等于弦长*桨叶长度，V为实际来流风速，Ω为叶片的旋转角速度，r为叶素绕风轮旋转中心的半径；2)将气动升力Fl和气动阻力Fd分解为垂直于旋转平面的推力Fx和平行于旋转平面的切向力Fy；Fx＝FlcosΦ+FdsinΦFy＝FlsinΦ-FdcosΦ其中，Φ为相对入流角；相对入流角Φ的计算公式为：3)计算叶素局部气动阻尼矩阵计算公式为：其中，为由叶素在挥舞方向动态变形引起的叶素挥舞气动阻尼，为由叶素在摆振方向动态变形引起的叶素挥舞气动阻尼，为由叶素在挥舞方向动态变形引起的叶素摆振气动阻尼，为由叶素在摆阵方向动态变形引起的叶素摆振气动阻尼；4)计算风轮旋转坐标系下，第i阶叶片模态气动阻尼计算公式为：其中，uRi为第i阶模态振型在风轮旋转坐标系下对应的模态坐标；5)根据公式将风轮旋转坐标系转换至叶根坐标系，θ为两种坐标系的夹角，对应叶根坐标系下叶片模态气动阻尼的计算公式为：其中，为叶片第i阶模态在叶根坐标系xB方向上的坐标，为叶片第i阶模态在叶根坐标系yB方向上的坐标；6)叶片模态阻尼比的计算公式为：其中，ξ为叶片模态阻尼比，Mi为第i阶叶片模态质量，ω′i为第i阶叶片模态角频率；7)根据计算出的叶片模态气动阻尼及叶片模态阻尼比获取叶片模态气动阻尼及叶片模态阻尼比随桨距角变化的曲线，然后根据叶片模态气动阻尼大小设定相应的变桨速率，设定的变桨速率与叶片模态气动阻尼大小成正比。根据该计算过程能够得到气动阻尼及叶片模态阻尼比，然后得到气动阻尼及叶片模态阻尼比随桨距角变化的曲线，由于阻尼大小与变桨速率的设定存在着一定的关系，因此，根据阻尼大小设定变桨速率，其中，阻尼较大时，停机过程中可设定较大的变桨速率；阻尼较小时，停机过程中需设定较小的变桨速率，如果设置较大的变桨速率，容易导致攻角为负，造成气动阻尼减小，引起叶片失速振动。一种风力发电机组停机控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组停机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初步设定变桨速率；(2)根据初步设定的变桨速率控制风力发电机组变桨停机，在此过程中，实时计算攻角值，并设定一个攻角正常范围，所述攻角正常范围的最小值为下限设定值，所述攻角正常范围的最大值为上限设定值，所述下限设定值大于或者等于0，所述上限设定值大于0，所述下限设定值小于上限设定值；(3)根据计算得到的攻角值实时调整变桨速率，使攻角值始终处于所述攻角正常范围内，以保证在停机过程中气动阻尼一直为正。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组停机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初步设定变桨速率；(2)根据初步设定的变桨速率控制风力发电机组变桨停机，在此过程中，实时计算攻角值，并设定一个攻角正常范围，所述攻角正常范围的最小值为下限设定值，所述攻角正常范围的最大值为上限设定值，所述下限设定值大于或者等于0，所述上限设定值大于0，所述下限设定值小于上限设定值；(3)根据计算得到的攻角值实时调整变桨速率，使攻角值始终处于所述攻角正常范围内，以保证在停机过程中气动阻尼一直为正。2.根据权利要求1所述的风力发电机组停机控制方法，其特征在于，所述下限设定值等于0，所述上限设定值为升力系数最大值对应的攻角值。3.根据权利要求1或2所述的风力发电机组停机控制方法，其特征在于，所述攻角的计算公式为：α＝Φ-β其中，α为攻角，β为风力发电机组的桨距角，Φ为相对入流角；相对入流角Φ的计算公式为：其中，V为实际来流风速，Ω为叶片的旋转角速度，r为叶素绕风轮旋转中心的半径。4.根据权利要求1所述的风力发电机组停机控制方法，其特征在于，根据变桨速率控制风力发电机组变桨停机的过程中，设定两个桨距角，根据这两个桨距角将变桨停机过程划分为三个阶段，在变桨过程中，当实际的桨距角处于某一个阶段时，按照该阶段对应的控制策略进行变桨控制，其中：第一阶段，变桨速率为风力发电机组能够承受的最大变桨速率，以该变桨速率控制变桨停机；第二阶段，设定该阶段对应的变桨速率，为第二阶段设定变桨速率，以该第二阶段设定变桨速率控制变桨停机，并根据计算得到的攻角值实时调整变桨速率，使攻角值始终处于所述攻角正常范围内；第三阶段，设定该阶段对应的变桨速率，为第三阶段设定变桨速率，以该第三阶段设定变桨速率控制变桨停机，并根据计算得到的攻角值实时调整变桨速率，使攻角值始终处于所述攻角正常范围内。5.根据权利要求1或2或4所述的风力发电机组停机控制方法，其特征在于，变桨速率的设定过程为：1)计算桨叶截面上气动升力Fl和气动阻力Fd；其中，Cl为升力系数，Cd为阻力系数，ρ为空气密度，S为桨叶面积，S等于弦长*桨叶长度，V为实际来流风速，Ω为叶片的旋转角速度，r为叶素绕风轮旋转中心的半径；2)将气动升力Fl和气动阻力Fd分解为垂直于旋转平面的推力Fx和平行于旋转平面的切向力Fy；Fx＝FlcosΦ+FdsinΦFy＝FlsinΦ-FdcosΦ其中，Φ为相对入流角；相对入流角Φ的计算公式为：3)计算叶素局部气动阻尼矩阵计算公式为：其中，为由叶素在挥舞方向动态变形引起的叶素挥舞气动阻尼，为由叶素在摆振方向动态变形引起的叶素挥舞气动阻尼，为由叶素在挥舞方向动态变形引起的叶素摆振气动阻尼，为由叶素在摆阵方向动态变形引起的叶素摆振气动阻尼；4)计算风轮旋转坐标系下，第i阶叶片模态气动阻尼计算公式为：其中，uRi为第i阶模态振型在风轮旋转坐标系下对应的模态坐标；5)根据公式将风轮旋转坐标系转换至叶根坐标系，θ为两种坐标系的夹角，对应叶根坐标系下叶片模态气动阻尼的计算公式为：其中，为叶片第i阶模态在叶根坐标系xB方向上的坐标，为叶片第i阶模态在叶根坐标系yB方向上的坐标；6)叶片模态阻尼比的计算公式为：其中，ξ为叶片模态阻尼比，Mi为第i阶叶片模态质量，ω′i为第i阶叶片模态角频率；7)根据计算出的叶片模态气动阻尼及叶片模态阻尼比获取叶片模态气动阻尼及叶片模态阻尼比随桨距角变化的曲线，然后根据叶片模态气动阻尼大小设定相应的变桨速率，设定的变桨速率与叶片模态气动阻尼大小成正比。6.一种风力发电机组停机控制装置，包括存储器、处理器以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿丽红，高亚春，王朝东，谢金娟，王建伟，武愈振，杨海锋，李英文，刘晓峰，宋海连，王新锋，张广辉，张志刚，刘军辉，张艳豪，穆军歌，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许昌许继风电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41