一种风力发电机组变桨执行跟踪监督控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种风力发电机组变桨执行跟踪监督控制系统及方法，通过引入一阶变桨执行机构的动态响应过程于变桨执行误差跟随算法中，检测预估的变桨角度位置与实际变桨角度位置的偏差判断风力发电机组是否遭遇了变桨跟随误差持续增大的情况，如其超过了设定阈值即机组进入停机运行，最大程度避免机组经历极限载荷，提高机组在复杂工况下的运行安全。本发明专利技术采用预估变桨角度位置的方式，克服了传统方式中未考虑变桨执行机构的特性带来的控制效果偏差，并创新地采用一阶变桨执行机构的动态响应结合到变桨跟随误差算法中，从而及早发现变桨跟随误差及趋势情况，触发控制动作从而保护机组避免由于叶轮气动不平衡带来的不利影响。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组变桨执行跟踪监督控制系统及方法
本专利技术属于风力发电领域，具体涉及一种风力发电机组变桨执行跟踪监督控制系统及方法。
技术介绍
水平轴风力发电机的风轮吸收风能旋转，进而带动连接的发电机旋转发电。在额定风速以上时，风力发电机组采用控制桨距角的方式来吸收或释放风能，从而使机组的转速维持在额定转速附近，从而以恒功率或恒扭矩的方式保持机组的额定功率。因此桨距角的控制对风力发电机组的控制系统尤为重要，包括停机保护等一系列控制动作均由桨距角控制来完成。桨距角控制一般为由需求桨距角指令给到变桨执行机构，由变桨执行机构根据指令进行实际变桨从而完成变桨动作。但实际情况为由于变桨执行机构一般为液压或电动驱动，元件较多且复杂，如元件失效等情况出现变桨执行机构未执行需求桨距角指令的情况。由于三只叶片的实际执行桨距角不同，造成叶轮面内气动转矩的不平衡。如不及时发现会对机组的载荷安全造成重大影响，因此有必要针对变桨实际执行问题设计控制算法从而及早发现并及时停机保护，避免发生更大的损失。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种风力发电机组变桨执行跟踪监督控制系统及方法，充分考虑变桨执行机构的动态响应过程，及时发现变桨跟随误差，能及时停机保护造成的机组大部件，避免叶轮气动不平衡对机组大部件带来极限载荷。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种风力发电机组变桨执行跟踪监督控制方法，具体过程如下：估计当前风力发电机组浆距角位置；获取当前风力发电机组实际桨距角位置；将所述估计的当前风力发电机组浆距角位置与实际桨距角位置进行比较，得到两者之间差别；比较所述差别与变桨跟随误差阈值的大小，如所述差别小于变桨跟随误差阈值，则无需继续执行变桨，如所述差别大于变桨跟随误差阈值，则记录变桨跟随误差累计时间，同时设置变桨跟随误差累计时间阈值；比较变桨跟随误差累计时间阈值与变桨跟随误差累计时间的大小，如变桨跟随误差累计时间小于变桨跟随误差累计时间阈值，则结束执行变桨，如变桨跟随误差累计时间大于变桨跟随误差累计时间阈值，则发出停机指令。估计当前风力发电机组浆距角位置具体如下：获取当前需求桨距角，将当前需求桨距角与一阶变桨执行机构简化模型的传递函数1/(1+τ*s)结合得到预估的变桨角度位置，其中τ为时间常数。估计当前风力发电机组浆距角位置具体如下：获取当前需求桨距角，将当前需求桨距角与二阶变桨执行机构简化模型或三阶变桨执行机构简化模型结合得到预估的变桨角度位置。获取当前风力发电机组实际桨距角位置时：先获取实测的桨距角信号，再对所述桨距角信号以预设时间作为滑动平均时间常数进行滑动平均处理得到当前风力发电机组实际桨距角位置。所述预设时间为20-50ms。将所述估计的当前风力发电机组浆距角位置与实际桨距角位置进行比较时，得到两者之间差别，所述差别既可以是两者的差值也可以是两者的百分比。所述停机指令包括固定收桨速率停机、变速率收桨停机或限功率停机。一种风力发电机组变桨执行跟踪监督控制系统，包括浆距角位置估计模块、实际桨距角位置获取模块、第一比较模块和第二比较模块；浆距角位置估计模块用于估计当前风力发电机组浆距角位置；实际桨距角位置获取模块用于获取当前风力发电机组实际桨距角位置；第一比较模块用于将所述估计的当前风力发电机组浆距角位置与实际桨距角位置进行比较，得到两者之间差别，比较所述差别与变桨跟随误差阈值的大小，如所述差别小于变桨跟随误差阈值，则无需继续执行变桨，如所述差别大于变桨跟随误差阈值，则记录变桨跟随误差累计时间，同时设置变桨跟随误差累计时间阈值；第二比较模块用于比较变桨跟随误差累计时间阈值与变桨跟随误差累计时间的大小，如变桨跟随误差累计时间小于变桨跟随误差累计时间阈值，则结束执行变桨，如变桨跟随误差累计时间大于变桨跟随误差累计时间阈值，则发出停机指令。一种计算机设备，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机可执行程序，处理器从存储器中读取部分或全部所述计算机可执行程序并执行，处理器执行部分或全部计算可执行程序时能实现本专利技术所述风力发电机组变桨执行跟踪监督控制方法。.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现本专利技术项所述的风力发电机组变桨执行跟踪监督控制方法。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术采用变桨角度位置需求指令，实际检测变桨角度位置等作为输入，通过判断实际检测变桨角度位置与预估的变桨角度位置来作为判断条件，避免由于未考虑实际变桨执行机构的响应时间而造成的停机时间滞后，叶轮气动不平衡进一步加剧带来的极限载荷；同时采用判断条件触发并开始计时，当累计到一定时间后再次判断是否停机保护，以避免桨距角信号的波动带来的控制动作误触发及频繁触发；且本专利技术的控制输入测量信号均为已有可测量信号，无需添加更多硬件来完成控制方案，进一步的，采用一阶或二阶变桨执行机构响应模型，可以有效地预估出变桨角度位置，以此作为变桨跟踪监督的重要参考量。进一步的，本专利技术对测量桨距角的原始信号进行滑动平均处理，避免非必要的测量干扰信号影响控制效果。本专利技术所述系统可以通过预设一阶变桨执行机构的方式得到预估的变桨角度位置，其充分考虑了变桨执行机构的响应特性，从而在发生变桨跟随误差并持续增大的情况下及早发现，及早采取控制动作保护机组。附图说明图1详细描述了本专利技术一种可实施的风力发电机组变桨执行跟踪监督的控制方法。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细阐述。参考图1，风力发电机组变桨执行跟踪监督控制方法，具体过程如下：估计当前风力发电机组浆距角位置；获取当前需求桨距角指令Pitchdemand，将其与设定的一阶变桨执行机构简化模型的传递函数1/(1+τ*s)结合，从而得到预估的变桨角度位置Pitchestimated，其中τ为时间常数，可根据变桨执行机构的系统辨识获得，一般可设为0.1s至0.2s。同样也可使用二阶变桨执行机构简化模型得到预估的变桨角度位置Pitchestimated。获取当前风力发电机组实际桨距角位置；在当前的检测周期内检测实际桨距角位置Pitchposition，由于测量桨距角中存在干扰信号，故对测量桨距角信号进行滑动平均处理。一般以20-50ms作为滑动平均时间常数从而获得滑动平均后的实际桨距角位置Fpitchposition。将所述估计的当前风力发电机组浆距角位置与实际桨距角位置进行比较，得到两者之间差别；比较所述差别与变桨跟随误差阈值的大小，如所述差别小于变桨跟随误差阈值，则无需继续执行变桨，如所述差别大于变桨跟随误差阈值，则记录变桨跟随误差累计时间，同时设置变桨跟随误差累计时间阈值；比较变桨跟随误差累计时间阈值与变桨跟随误差累计时间的大小，如变桨跟随误差累计时间小于变桨跟随误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组变桨执行跟踪监督控制方法，其特征在于，具体过程如下：/n估计当前风力发电机组浆距角位置；/n获取当前风力发电机组实际桨距角位置；/n将所述估计的当前风力发电机组浆距角位置与实际桨距角位置进行比较，得到两者之间差别；/n比较所述差别与变桨跟随误差阈值的大小，如所述差别小于变桨跟随误差阈值，则无需继续执行变桨，如所述差别大于变桨跟随误差阈值，则记录变桨跟随误差累计时间，同时设置变桨跟随误差累计时间阈值；/n比较变桨跟随误差累计时间阈值与变桨跟随误差累计时间的大小，如变桨跟随误差累计时间小于变桨跟随误差累计时间阈值，则结束执行变桨，如变桨跟随误差累计时间大于变桨跟随误差累计时间阈值，则发出停机指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组变桨执行跟踪监督控制方法，其特征在于，具体过程如下：
估计当前风力发电机组浆距角位置；
获取当前风力发电机组实际桨距角位置；
将所述估计的当前风力发电机组浆距角位置与实际桨距角位置进行比较，得到两者之间差别；
比较所述差别与变桨跟随误差阈值的大小，如所述差别小于变桨跟随误差阈值，则无需继续执行变桨，如所述差别大于变桨跟随误差阈值，则记录变桨跟随误差累计时间，同时设置变桨跟随误差累计时间阈值；
比较变桨跟随误差累计时间阈值与变桨跟随误差累计时间的大小，如变桨跟随误差累计时间小于变桨跟随误差累计时间阈值，则结束执行变桨，如变桨跟随误差累计时间大于变桨跟随误差累计时间阈值，则发出停机指令。


2.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨执行跟踪监督控制方法，其特征在于，估计当前风力发电机组浆距角位置具体如下：
获取当前需求桨距角，
将当前需求桨距角与一阶变桨执行机构简化模型的传递函数1/(1+τ*s)结合得到预估的变桨角度位置，其中τ为时间常数。


3.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨执行跟踪监督控制方法，其特征在于，估计当前风力发电机组浆距角位置具体如下：
获取当前需求桨距角，
将当前需求桨距角与二阶变桨执行机构简化模型或三阶变桨执行机构简化模型结合得到预估的变桨角度位置。


4.根据权利要求1所述的风力发电机组变桨执行跟踪监督控制方法，其特征在于，获取当前风力发电机组实际桨距角位置时：先获取实测的桨距角信号，再对所述桨距角信号以预设时间作为滑动平均时间常数进行滑动平均处理得到当前风力发电机组实际桨距角位置。


5.根据权利要求4所述的风力发电机组变桨执行跟踪监督控制方法，其特征在于，所述预设时间为20-50ms。


6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：金强，蔡安民，林伟荣，焦冲，李媛，许扬，杨博宇，蔺雪峰，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11