一种基于反时限的风机偏航启动判别方法技术

本发明专利技术提供一种基于反时限的风机偏航启动判别方法，风力发电机组设风速传感器和风向传感器；控制系统控制所述风速传感器和所述风向传感器对风速和风向差进行采样，并对风速进行滤波处理，得到风速滤波值；以所述风速滤波值为参考，通过反时限算法分别获得激活偏航启动允许偏差角及延时时间，当所述风速滤波值不低于允许偏航启动的最小风速，且当所述风向差的角度大于所述激活偏航启动允许偏差角，且超过所述延时时间时，触发偏航电机偏航。通过此方法，本发明专利技术解决了单一门槛不能很好适应各种风况的问题，从能量利用角度优化了机组运行，而且判据运算量较少，易于实现。

A method for judging yaw yaw of fan based on inverse time limit

The invention provides a wind turbine yaw inverse time start discrimination method based on wind turbine design wind speed sensor and wind direction sensor; control system to control the wind speed sensor and the wind direction sensor of wind speed and wind direction difference and speed of sampling, filtering, filtering value of wind speed with the wind speed filter; the value for reference, through the inverse time algorithm respectively activates the yaw angle and allowable deviation of start delay time, when the wind speed is not less than the minimum filtering value allowed and wind yaw start, when the wind direction angle difference is greater than the allowable deviation of yaw angle start activation, and more than the delay time, trigger yaw motor yaw. By the method, the invention solves the problem that a single threshold can not be well adapted to various wind conditions, optimizes the operation of the unit from the angle of energy utilization, and has less computational complexity and is easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于反时限的风机偏航启动判别方法
本专利技术涉及风力发电机组启动偏航的判别方法，应用于风力发电机组主控制系统，用于实现风力发电机组偏航系统的自动控制。
技术介绍
风力发电机组风速、风向传感器，用于实时监测风机运行所需的风速及风向信号。由于其是风机运行的重要依据，一般均双重或多重化配置，控制系统通过硬结线以4～20mA方式直接进行采样。正常运行时，通过对多套传感器进行有效性选择，生成控制系统所需的风速、风向差信号。偏航控制系统是根据风向偏差运行的系统，当风机实际位置与来风存在方向差时，为了最大获取来风中的能量，需保证风机始终处于迎风位置。但大型风机由于采用电机进行偏航，为了解决系统运行能耗与机械磨损问题，不可能像小型风机一样时刻保证对风，因此需合理采用策略，使得风机在对风需求、偏航过程能耗与设备磨损之间取得平衡。以往启动偏航的判别方法主要有两种：一种是通过判别当前偏差角是不是大于预先设定值，如果大于则经过一固定延时后触发；另一种是第一种的改进，偏差角根据风速大小进行线性化处理，即大风时允许的偏差角较小，而小风时运行的偏差角较大，延时时间同样通过线性化处理，具有大风时延时时间小，小风时延时时间大的特点。这两种方法都有一些不足。前一种方法，仅根据固定的偏差角判别，不能很好的区分各类风况，加上延时固定，偏航启动反应迟缓。后一种方法，虽然对偏差角和延时进行了优化，但没有考虑实际偏差角与偏航自耗能之间的关系，因此还有改进的余地。
技术实现思路
本专利技术的目的是：优化风力发电机组的偏航启动，在评估实时风况的情况下，合理做出偏航启动判断。本专利技术采取的技术方案是：风力发电机组设风速传感器和风向传感器；控制系统控制所述风速传感器和所述风向传感器对风速和风向差进行采样，并对风速进行滤波处理，得到风速滤波值；以所述风速滤波值为参考，通过反时限算法分别获得激活偏航启动允许偏差角及延时时间，当所述风速滤波值不低于允许偏航启动的最小风速，且当所述风向差的角度大于所述激活偏航启动允许偏差角，且超过所述延时时间时，触发偏航电机偏航。进一步地，所述通过反时限算法分别获得激活偏航启动允许偏差角及延时时间具体指：根据公式计算，其中θ0为所述激活偏航启动允许偏差角；T0为所述延时时间；VF为所述风速滤波值；V0为允许偏航启动的最小风速；α为发电机组允许偏差角常量；β为发电机组延迟时间常量；α和β需根据风力发电机机组运行极限情况选取；m、n为常量，根据风力发电机组设计要求调整。进一步地，默认m取2，n取0.2。进一步地，所述激活偏航启动允许偏差角的范围取3°～15°。进一步地，所述延时时间的范围为5s～30s。进一步地，风力发电机组安装两组或以上风速、风向传感器，控制系统同步获取每组风速、风向差采样数据，经有效性选择后供判别方法使用，该有效性选择规则为：当两个或两个以上传感器都正常，取所有正常工作传感器的平均值；仅一个工作正常，取正常工作传感器值；都工作不正常，取安全值。本专利技术的有益效果是：在有风向差的情况下，启动机组偏航电机，使得风机始终处于迎风状态，实现风力发电机组最大风能的捕获。能根据实际风速和风向差，合理判断偏航启动时机，避免频繁偏航或不偏航，最大限度寻求风能利用平衡。与以往判别方法相比，本专利技术解决了单一门槛不能很好适应各种风况的问题，从能量利用角度优化了机组运行，而且判据运算量较少，易于实现。附图说明图1是风力发电机组风速、风向信号采集示意图；图2是本专利技术的基于反时限的风机偏航启动判别逻辑图。具体实施方式下面结合附图实施例对本专利技术方案进行描述。在图1中，风力发电机组机舱顶尾部安装两组风速、风向传感器（实际配置可配置两组以上），控制器通过信号线分别对每组风速、风向进行采样。控制器根据采样信号进行图2算法运算，并根据设定的条件输出偏航启动控制指令。风力发电机组设两组或两组以上风速传感器和风向传感器；控制系统对风速和风向差采样后，首先经过有效性选择，有效性选择规则为：当两组或两组以上传感器都正常，则取所有正常工作传感器的平均值；仅一个工作正常，取正常工作传感器值；都工作不正常，取安全值；随后对有效风速进行滤波处理，得到滤波值；以滤波后的风速VF为参考，通过反时限算法分别获得激活偏航启动的偏差角θ0阀值及延时时间T0，当风向差角度θ大于偏航启动允许偏差角θ0，且超过延时时间T0时，触发偏航电机偏航。V0为允许偏航启动的最小风速，低于该风速，即使偏差角满足大于θ0的关系，也不会触发偏航启动。α为发电机组允许偏差角常量，β为发电机组延迟时间常量，α和β需根据风力发电机机组运行极限情况选取。m、n为常量，可根据风力发电机组设计要求调整，默认m取2，n取0.2。θ0需限制在合适的范围，取3°～15°。T0需限制在合适的范围，为5s～30s。该技术方案的原理是由于偏差角存在导致的风力发电机组捕获的风能降低，当功率损失大于偏航自耗时，则有必要进行偏航，同时为了避免信号波动造成误判，通过延时触发。当风向存在偏差角θ（0～90°）时，有损失功率Ps：当损失功率大于偏航自用电功率Pz，则有必要进行偏航对风，获取最大能量，即Ps>Pz。由此可得对其进行简化。设：则可得到：为避免风速快速波动对偏差角阀值θ0的影响，采用经滤波的风速作为依据。通过数据分析，继续简化，最终偏差角θ满足以下表达式：延时时间采用标准反时限方案。即有以下关系式：由于风向的波动性，为避免误动作和频繁动作，给偏差角阀值θ0设置一个下限。如果该值较高，则有可能长时间都无法动作，因此也需一个上限。当延时时间T0取值需考虑抑制风向偏差波动，同时也需保证合理的动作，避免条件满足长时间无法触发，因此设置一个上下限。风速及风向通过双重化配置和采样，并通过有效性选择实现采样数据的高可靠性。图2本专利技术的基于反时限的风机偏航启动判别逻辑图，其中：a.#1风速风向传感器经控制器采样转换后的风速；b.#n风速风向传感器经控制器采样转换后的风速；c.#1风速风向传感器经控制器采样转换后的风向差；d.#n风速风向传感器经控制器采样转换后的风向差；e.风速1至风速n（n≥2）的有效性选择。当两组或两组以上传感器都正常，则取所有正常工作传感器的平均值；仅一个工作正常，取正常工作传感器值；都工作不正常，取安全值；f.风向差1至风向差n（n≥2）的有效性选择。当两组或两组以上传感器都正常，则取所有正常工作传感器的平均值；仅一个工作正常，取正常工作传感器值；都工作不正常，取安全值；g.对有效风速求滤波值，滤波可以采用平均值、一阶惯性等多种方式；h.根据滤波后的风速，求取偏差角θ0阀值，需限制在3°～15°；i.根据滤波后的风速，求取延时时间T0，需限制在5s～30s；j.将有效风向差角度与偏差角θ0阀值比较，大于输出1，小于输出0；k.将比较结果进行T0时间的延时，当输入为1，且在T0时间内保值，待T0时间到，则输出为1，否则为0；l.将最终结果输出至偏航启动信号。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于反时限的风机偏航启动判别方法，其特征是：风力发电机组设风速传感器和风向传感器；控制系统控制所述风速传感器和所述风向传感器对风速和风向差进行采样，并对风速进行滤波处理，得到风速滤波值；以所述风速滤波值为参考，通过反时限算法分别获得激活偏航启动允许偏差角及延时时间，当所述风速滤波值不低于允许偏航启动的最小风速，且当所述风向差的角度大于所述激活偏航启动允许偏差角，且超过所述延时时间时，触发偏航电机偏航；所述通过反时限算法分别获得激活偏航启动允许偏差角及延时时间具体指：根据公式

【技术特征摘要】
1.一种基于反时限的风机偏航启动判别方法，其特征是：风力发电机组设风速传感器和风向传感器；控制系统控制所述风速传感器和所述风向传感器对风速和风向差进行采样，并对风速进行滤波处理，得到风速滤波值；以所述风速滤波值为参考，通过反时限算法分别获得激活偏航启动允许偏差角及延时时间，当所述风速滤波值不低于允许偏航启动的最小风速，且当所述风向差的角度大于所述激活偏航启动允许偏差角，且超过所述延时时间时，触发偏航电机偏航；所述通过反时限算法分别获得激活偏航启动允许偏差角及延时时间具体指：根据公式计算，其中θ0为所述激活偏航启动允许偏差角；T0为所述延时时间；VF为所述风速滤波值；V0为允许偏航启动的最小风速；α为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐卫峰，赵刚，王淑超，陈佳胜，杨琰，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32