一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块技术

本发明专利技术公开了一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块，首先，通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，根据实时桨距角线性插值得到对应的阀值，当监测指标值大于或等于该阀值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的，否则不启动调桨策略，最终，变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。

【技术实现步骤摘要】
一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块
本专利技术涉及风力发电机组的
，尤其是指一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块。
技术介绍
随着风力发电技术的发展以及市场降低度电成本需求，风力发电机组容量越来越大，叶片越来越长，而机组常常运行在相对较为恶劣的外部环境中，这造成机组载荷越来越大，对机组的设计与运行构成很大的挑战，给业主的经济效益带来潜在风险。当机组遭遇EOG阵风风况伴随电网掉电故障时，机组将承受巨大不利荷载，其过程描述如下：EOG阵风(Annualextremeoperationgust，简称EOG，俗称草帽风)，起初风速迅速下降，桨叶往0度方向变桨，而此时风速在短时间内又突然增加，同时伴随有电网掉电故障，为保障机组安全，此刻桨叶需要往90度方向变桨，但由于之前风速降低导致的调桨使此刻桨矩角偏小，气动扭矩大，同时电磁转矩消失，无法通过电磁转矩抑制转速飞升，另外变桨系统(桨距角执行系统)具有很大的惯性，桨距角跟随存在较大的滞后性，综上述情况极易造成发电机组超速，而且由于剧烈的变桨动作引起的机组推力波动会严重加剧机舱前后振动，从而造成机组载荷偏大。针对这一问题，目前出现了很多解决方案，其中大致可总结为以下两种方案：一、加强机组部件强度来提高机组安全性能；二、优化控制策略优化，进行机组降载控制。通过加强机组部件强度来提高机组安全性能，即增加机组部件的尺寸或者换用性能更好的材料，这势必会增加机组重量和成本，从而造成风力发电机组度电成本的增加，降低了竞争力。所以方案二是目前该领域常用方法和研究热点，但现有技术参差不齐，仍有待进一步改善。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种防止风力发电机组超速的控制方法与模块，加快变桨系统的响应速度，抑制机组超速，保障机组稳定运行，减小机组载荷，降低度电成本，提高产品性能和竞争力。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种防止风力发电机组超速的控制方法，该方法为基于风力发电机组的机舱前后加速度与发电机转速偏差乘积的防止超速降载控制策略：首先，通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，然后根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，接着根据实时桨距角线性插值得到对应的阀值，当监测指标值大于或等于该阀值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的，其中，叠加的桨距角是风力发电机组的变桨系统在特定变桨速率下，变桨控制器单位周期内变化的角度；当监测指标值小于该阀值时，则不启动调桨策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；最终，变桨系统的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。所述防止风力发电机组超速的控制方法，包括以下步骤：1)数据测量设测量的机舱前后加速度为ao、发电机转速为ωo、实时桨距角为pitchangle，其中，测量出来的机舱前后加速度ao和发电机转速ωo经过二阶低通滤波器得到滤波后的机舱前后加速度anacelle和滤波后的发电机转速ωf，即anacelle＝ao*F(s)，ωf＝ωo*F(s)，式中，F(s)为二阶低通滤波器传递函数，且其中，ξ为阻尼系数，ω为频率，s是复频域中的一个变量；2)计算发电机转速偏差设发电机转速偏差为ωerror，发电机转速设定值为ωsetpoint，计算公式如下：ωerror＝ωf-ωsetpoint3)计算监测指标值将机舱前后加速度ao与发电机转速偏差ωerror相乘得到监测指标值，定义为U，计算公式如下：U＝ao*ωerror4)线性插值计算不同桨距角对应的阀值设计算出的对应阀值为F，首先根据风力发电机组的运行数据，建立实时桨距角pitchangle与阀值F的对应表，根据对应表线性插值计算出不同桨距角下的阀值F大小，再与监测指标值U进行对比，如果监测指标值U大于或等于阀值F时，即U≥F，则启动调桨策略，如果监测指标值U小于阀值F，即U＜F，则不启动调桨策略；5)确定变桨给定值如果U≥F，启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal叠加上额外的桨距角Δpitchangle，其中额外的桨距角等于特定变桨速率Δpitchrate乘以变桨控制器循环时间常数cycletime，即：Δpitchangle＝Δpitchrate*cycletimepitchdemand＝pitchoriginal+Δpitchangle如果U＜F，则不启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal，即：pitchdemand＝pitchoriginal6)变桨执行器调节叶片桨距角变桨系统的变桨执行器根据确定的变桨给定值即最终桨距角指令来调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。在步骤4)中，阀值F的计算方法为：当实时桨距角pitchangle落在桨距角区间A＜pitchangle＜D时，则采用线性插值法，计算对应阀值F的大小；当实时桨距角pitchangle小于或等于A时，阀值F取E，即pitchangle≤A，F＝E；当实时桨距角pitchangle大于或等于D时，阀值F取I，即pitchangle≥D，F＝I。一种防止风力发电机组超速的控制模块，该控制模块通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，然后根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，接着根据实时桨距角线性插值得到对应的阀值，当监测指标值大于或等于该阀值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的，其中，叠加的桨距角是风力发电机组的变桨系统在特定变桨速率下，变桨控制器单位周期内变化的角度；当监测指标值小于该阀值时，则不启动调桨策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；最终，变桨系统的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。所述防止风力发电机组超速的控制模块，包括：数据测量单元，用于测量机舱前后加速度ao、发电机转速ωo以及实时桨距角pitchangle，其中，测量出来的机舱前后加速度ao和发电机转速ωo经过二阶低通滤波器得到滤波后的机舱前后加速度anacelle和滤波后的发电机转速ωf，即anacelle＝ao*F(s)，ωf＝ωo*F(s)，式中，F(s)为二阶低通滤波器传递函数，且其中，ξ为阻尼系数，ω为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防止风力发电机组超速的控制方法，其特征在于，该方法为基于风力发电机组的机舱前后加速度与发电机转速偏差乘积的防止超速降载控制策略：首先，通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，然后根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，接着根据实时桨距角线性插值得到对应的阀值，当监测指标值大于或等于该阀值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的，其中，叠加的桨距角是风力发电机组的变桨系统在特定变桨速率下，变桨控制器单位周期内变化的角度；当监测指标值小于该阀值时，则不启动调桨策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；最终，变桨系统的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种防止风力发电机组超速的控制方法，其特征在于，该方法为基于风力发电机组的机舱前后加速度与发电机转速偏差乘积的防止超速降载控制策略：首先，通过传感器实时测量机舱前后加速度、桨距角以及发电机转速，然后根据发电机转速设定值计算出发电机转速偏差，再将机舱前后加速度与发电机转速偏差相乘得到是否启动调桨策略的监测指标值，接着根据实时桨距角线性插值得到对应的阀值，当监测指标值大于或等于该阀值时，则启动调桨策略，即在风力发电机组的变桨控制器输出的原始变桨指令中叠加一个额外的桨距角，以提前达到抑制发电机转速飞升的目的，其中，叠加的桨距角是风力发电机组的变桨系统在特定变桨速率下，变桨控制器单位周期内变化的角度；当监测指标值小于该阀值时，则不启动调桨策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；最终，变桨系统的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。


2.根据权利要求1所述的一种防止风力发电机组超速的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)数据测量
设测量的机舱前后加速度为ao、发电机转速为ωo、实时桨距角为pitchangle，其中，测量出来的机舱前后加速度ao和发电机转速ωo经过二阶低通滤波器得到滤波后的机舱前后加速度anacelle和滤波后的发电机转速ωf，即anacelle＝ao*F(s)，ωf＝ωo*F(s)，式中，F(s)为二阶低通滤波器传递函数，且其中，ξ为阻尼系数，ω为频率，s是复频域中的一个变量；
2)计算发电机转速偏差
设发电机转速偏差为ωerror，发电机转速设定值为ωsetpoint，计算公式如下：
ωerror＝ωf-ωsetpoint
3)计算监测指标值
将机舱前后加速度ao与发电机转速偏差ωerror相乘得到监测指标值，定义为U，计算公式如下：
U＝ao*ωerror
4)线性插值计算不同桨距角对应的阀值
设计算出的对应阀值为F，首先根据风力发电机组的运行数据，建立实时桨距角pitchangle与阀值F的对应表，根据对应表线性插值计算出不同桨距角下的阀值F大小，再与监测指标值U进行对比，如果监测指标值U大于或等于阀值F时，即U≥F，则启动调桨策略，如果监测指标值U小于阀值F，即U＜F，则不启动调桨策略；
5)确定变桨给定值
如果U≥F，启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal叠加上额外的桨距角Δpitchangle，其中额外的桨距角等于特定变桨速率Δpitchrate乘以变桨控制器循环时间常数cycletime，即：
Δpitchangle＝Δpitchrate*cycletime
pitchdemand＝pitchoriginal+Δpitchangle
如果U＜F，则不启动调桨策略，此时变桨给定值pitchdemand等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal，即：
pitchdemand＝pitchoriginal
6)变桨执行器调节叶片桨距角
变桨系统的变桨执行器根据确定的变桨给定值即最终桨距角指令来调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱前后加速度和发电机转速偏差的载荷优化控制。


3.根据权利要求2所述的一种防止风力发电机组超速的控制方法，其特征在于：在步骤4)中，阀值F的计算方法为：当实时桨距角pitchangle落在桨距角区间A＜pitchangle＜D时，则采用线性插值法，计算对应阀值F的大小；当实时桨距角pitchangle小于或等于A时，阀值F取E，即pitchangle≤A，F＝E；当实时桨距角pitchangle大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玲，任永，邹荔兵，卢军，王超，王伟，张广兴，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：广东;44