风电机组功率特性控制方法技术

风电机组功率特性控制方法。目前各风场安装运行的风机，主控系统控制策略的参数都是按照标准条件计算得出的，发电量无法达到预计水平。本发明专利技术该方法包括如下步骤：动态模型的建立；掠过风轮的风速频谱的建立；建立不同结构的线性化模型，得出线性化特征值；扇区控制；根据来流风的方向可划分为多个扇区，由于地形，地貌，环境等的影响，造成在各个扇区形成不同的湍流风，在E

【技术实现步骤摘要】
风电机组功率特性控制方法


[0001]本专利技术涉及一种风电机组功率特性控制方法。

技术介绍

[0002]现有机组技术对风特性研究不足，以准静态定常流动作为主要风模型设计风电机组。但是风能从本质上来说是空气的紊流流动，其风向、风速、涡旋度、流动形态等总是在不断的随机快速变化，所以其具有的能量也是时刻变化的，需要对其特性进行深入研究。
[0003]目前各风场安装运行的风机，主控系统控制策略的参数都是按照标准条件计算得出的，计算中使用的都是标准的空气密度、环境温度、海拔高度等，忽略了具体的风电场工况， 使得最终风机运行过程中的功率曲线偏离标准曲线，发电量无法达到预计水平。需要根据每台风机的实际地理位置，周围环境因数等各项参数，对每台风机控制策略进行动态调整，得到最优的功率输出，最优的机组载荷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种风电机组功率特性控制方法。
[0005]上述的目的通过以下的技术方案实现：一种风电机组功率特性控制方法，该方法包括如下步骤：（1）动态模型的建立；（2）掠过风轮的风速频谱的建立；（3）建立不同结构的线性化模型，得出线性化特征值；（4）扇区控制；根据来流风的方向可划分为多个扇区，由于地形，地貌，环境等的影响，造成在各个扇区形成不同的湍流风，在 E
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NINE 扇区的来流风为大湍流风，则会在 SSW
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S 扇区产生较强的尾流，SSW
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S 扇区后方的风机的发电量与振动产生较大的影响，风机运行在大湍流扇区，则可以通过特殊的控制策略减小尾流的产生。
[0006]所述的风电机组功率特性控制方法，所述的步骤（1）的具体过程为：结合具体地点的特殊气象条件进行动态随机，由 2 个部分叠加而成，即 V（t）=Vs（t）+Vt（t） ；式中 Vs（t）是低频部分；Vt（t）是湍流部分，低频部分的模型用威布尔分布来表示，高频部分是快速风速变化部分建立的模型，利用凯马模型中频谱精确的对湍流进行描述，再运用冯卡门模型整形滤波为一阶滤波湍流模型。
[0007]所述的风电机组功率特性控制方法，所述的步骤（2）的具体过程为：采用旋转采样滤波，充分将风转矩变化、固定点风速湍流影响考虑在模型建中，桨叶上的风力波动特性的中频段的功率向高频段传递，从而都得到整数倍的旋转速度；精细化模型同时也包括了当风速或桨距角突变时，产生的感应滞后子系统，有效减小风力波动对 WTGS 的整体控制难度，使得功率控制更加精准，以达到提升发电量的目的。
[0008]所述的风电机组功率特性控制方法，所述的步骤（3）的具体过程为：WTGS 的整体
动态特性依赖于风轮和发电机两条机械的特性曲线的相对位置，控制负荷特征曲线的斜率调整 WTGS 的响应时间；进一步精确控制发电机转速通过变速调节直接控制捕捉能量，实现风电机组与电网之间解耦；精准确定风电机组柔性传动链的弹性系统的刚性系数和阻尼系数得到三阶线性模型；综合上述 WTGS 部分模型来建立不同结构的线性化模型，得出线性化特征值，调整参数使得 WTGS 工作点附近的动态特征趋于线性化。
[0009]所述的风电机组功率特性控制方法，所述的步骤（3）中WTGS 部分模型包括：空气动力部分、传动链部分、发电机变频器部分。
[0010]有益效果：1.本专利技术精细化模型控制策略，作为一个独立运行的部分嵌入到整个风机控制程序中，并在接口处做了安全性处理，切换逻辑更加顺畅，这样可以在不需要对原有风机控制系统大规模改动的情况下，实现新控制策略良好运行，这样就大大降低了风机改造成本，并保证了风机运行的安全。
[0011]2.本专利技术控制在进行数值计算时，使用标幺值进行整形数运算，有效的提高了 PLC 的运算速度。并将控制程序与安全逻辑程序别在两个 PLC 中运行，进一步提高风机的安全运行系数。
[0012]3.本专利技术精细化模型控制策略克服了传统查表控制算法的缺点： 最佳叶尖速比区范围小，风能捕获少 ；转速
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转矩参数固定， 机组特性差异及环境温度影响欠考虑 ；低风速下叶片桨角固定，无寻优辨识功能等原因导致发电能力欠佳。更大范围内跟踪最佳 Cp 曲线 ，寻找到适合不同叶片机组运行的最优桨角 ，根据环境条件自动动态切换和调整参数，变静态单一参数控制为动态多参数协调控制，实现了风能利用效率的最大化，对风的紊流特性、风与风轮叶片的动态作用与响应特性、风机传动系统的动态响应特性、功率转换与变频系统的动态响应特性、电网动态特性以及以上各特性间的耦合及解耦方法进行深入细致研究，并对现有的风电控制策略进行优化与提升，从而实现在保证风电机的安全性和可靠性的前提下，风电机始终输出最大功率。
[0013]具体实施方式：实施例1：一种风电机组功率特性控制方法，该方法包括如下步骤：（1）动态模型的建立；（2）掠过风轮的风速频谱的建立；（3）建立不同结构的线性化模型，得出线性化特征值；（4）扇区控制；根据来流风的方向可划分为多个扇区，由于地形，地貌，环境等的影响，造成在各个扇区形成不同的湍流风，在 E
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NINE 扇区的来流风为大湍流风，则会在 SSW
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S 扇区产生较强的尾流，SSW
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S 扇区后方的风机的发电量与振动产生较大的影响，风机运行在大湍流扇区，则可以通过特殊的控制策略减小尾流的产生。
[0014]实施例2：根据实施例1所述的风电机组功率特性控制方法，所述的步骤（1）的具体过程为：结合具体地点的特殊气象条件进行动态随机，由 2 个部分叠加而成，即 V（t）=Vs（t）+Vt（t） ；
式中 Vs（t）是低频部分；Vt（t）是湍流部分，低频部分的模型用威布尔分布来表示，高频部分是快速风速变化部分建立的模型，利用凯马模型中频谱精确的对湍流进行描述，再运用冯卡门模型整形滤波为一阶滤波湍流模型。
[0015]实施例3：根据实施例1或2所述的风电机组功率特性控制方法，所述的步骤（2）的具体过程为：采用旋转采样滤波，充分将风转矩变化、固定点风速湍流影响考虑在模型建中，桨叶上的风力波动特性的中频段的功率向高频段传递，从而都得到整数倍的旋转速度；精细化模型同时也包括了当风速或桨距角突变时，产生的感应滞后子系统，有效减小风力波动对 WTGS 的整体控制难度，使得功率控制更加精准，以达到提升发电量的目的。
[0016]实施例4：根据实施例1或2或3所述的风电机组功率特性控制方法，所述的步骤（3）的具体过程为：WTGS 的整体动态特性依赖于风轮和发电机两条机械的特性曲线的相对位置，控制负荷特征曲线的斜率调整 WTGS 的响应时间；进一步精确控制发电机转速通过变速调节直接控制捕捉能量，实现风电机组与电网之间解耦；精准确定风电机组柔性传动链的弹性系统的刚性系数和阻尼系数得到三阶线性模型；综合上述 WTGS 部分模型来建立不同结构的线性化模型，得出线性化特征值，调整参数使得 WTGS 工作点附近的动态特征趋于线性化。
[0017]实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电机组功率特性控制方法，其特征是：该方法包括如下步骤：（1）动态模型的建立；（2）掠过风轮的风速频谱的建立；（3）建立不同结构的线性化模型，得出线性化特征值；（4）扇区控制；根据来流风的方向可划分为多个扇区，由于地形，地貌，环境等的影响，造成在各个扇区形成不同的湍流风，在 E
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NINE 扇区的来流风为大湍流风，则会在 SSW
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S 扇区产生较强的尾流，SSW
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S 扇区后方的风机的发电量与振动产生较大的影响，风机运行在大湍流扇区，则可以通过特殊的控制策略减小尾流的产生。2.根据权利要求1所述的风电机组功率特性控制方法，其特征是：所述的步骤（1）的具体过程为：结合具体地点的特殊气象条件进行动态随机，由 2 个部分叠加而成，即 V（t）=Vs（t）+Vt（t） ；式中 Vs（t）是低频部分；Vt（t）是湍流部分，低频部分的模型用威布尔分布来表示，高频部分是快速风速变化部分建立的模型，利用凯马模型中频谱精确的对湍流进行描述，再运用冯卡门模型整形滤波为一阶滤波湍流模型。3.根据权利要求1所述的风电机组功率特性控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁焱博，孔金良，李建华，高国青，米磊，董显奕，
申请(专利权)人：华能新能源股份有限公司山西分公司，
类型：发明
国别省市：