大型半直驱海上风电机组抗台风控制方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大型半直驱海上风电机组抗台风控制方法与系统，包括：1)读取风速传感器信息和电表电压信息，对风速传感器信息进行滤波获得滤波后的风速；2)根据滤波后的风速是否超过台风模式设定值来判断是否处于台风模式，若处于台风模式则执行步骤3)，否则结束流程；3)根据电表电压信息判断出电网是否掉电，若电网没有掉电，则切换至电网供电回路，若电网掉电，则切换至柴发供电回路；4)读取多个风向传感器采集的风向信息，通过加权融合的方式得到最优风向；5)将最优风向输入偏航位置控制器中，得到偏航位置控制指令，多台变频驱动器协同控制，驱动风电机组偏航对风。本发明专利技术可降低台风期间的机组载荷压力，达到抗台风的目的。的。的。

【技术实现步骤摘要】
大型半直驱海上风电机组抗台风控制方法与系统


[0001]本专利技术涉及海上风力发电的
，尤其是指一种大型半直驱海上风电机组抗台风控制方法、系统、存储介质及计算设备。

技术介绍

[0002]向中远海发展已成为风电行业发展的趋势，但是高昂的施工成本制约了海上风电的发展。海上风电机组大型化，是“降本增效”的有效途径。随着海上风电机组的单机容量越来越大，塔筒的高度和叶轮直径也随之增加，更高的塔筒和更长的叶片，意味着海上风电机组往往需要面对更大的载荷压力考验。台风会对塔筒、叶片、机舱刹车系统造成巨大的载荷，长期的载荷压力会造成机组疲劳载荷加剧影响机组的使用寿命，当实际载荷超过设计的极限载荷时会造成严重安全事故。抗台风是海上风电机组的必备技能，目前的抗台技术方案大多集中于提高塔筒设计裕量、增加阻尼器等抗台风结构部件来降低台风期间的载荷压力实现抗台功能，此类方法会导致成本大幅增加。基于海上风电机组现有设备采用“主动降载”的设计思想，通过主动偏航迎风降低塔筒和叶片的载荷压力，是海上风电机组抗台风的一种低成本解决方案，目前采用主动偏航抗台风还存在诸多挑战。通过控制偏航降低的方式抗台风，存在掉电风险高、偏航精度低和驱动器过载等问题，严重降低了该方法的可靠性，仅作为辅助抗台手段。海上风电机组均配置柴油发电机作为后备电源，当电网掉电时为风电机组提供电源，但是现有的后备电源控制系统可靠性低，且对后备电源的利用效率不高。台风期间电网掉电风险显著增加，对柴油发电机响应的可靠性提出了更高的需求，风电机组掉电将导致无法正常偏航；由于叶片的遮挡造成风向感知精度降低，无法提供准确的偏航参考依据，不能满足载荷需求，且台风工况对偏航控制精度与响应速度也提出了更高的要求；台风期间偏航负载显著增加、负荷分配不合理易导致偏航驱动设备过载故障停止偏航。目前大型海上风电机组的抗台风设计，按照增加塔筒裕量、增加抗台机构等现有技术思路实施，会提高整机的制造成本，缺乏可持续性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种大型半直驱海上风电机组抗台风控制方法，构建精准偏航系统、柴发后备电源子系统一体化控制方案，无需增加塔筒设计裕量、增加阻尼器等抗台风结构部件，即可实现大型海上风电机组抗台风功能，在节约了塔筒材料成本同时，提高了风电机组抗台风的可靠性。
[0004]本专利技术的第二目的在于提供一种大型半直驱海上风电机组抗台风控制系统。
[0005]本专利技术的第三目的在于提供一种存储介质。
[0006]本专利技术的第四目的在于提供一种计算设备。
[0007]本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现：大型半直驱海上风电机组抗台风控制方法，包括以下步骤：
[0008]1)读取风速传感器信息和电表电压信息，并对风速传感器信息进行滤波处理获得
滤波后的风速；
[0009]2)根据滤波后的风速是否超过台风模式设定值来判断是否处于台风模式，若处于台风模式则执行步骤3)，否则结束流程；
[0010]3)根据电表电压信息判断出电网是否掉电，若电网没有掉电，则柴发后备电源子系统的双电源开关切换至电网供电回路，若电网掉电，则柴发后备电源子系统的双电源开关切换至柴发供电回路；
[0011]4)读取多个风向传感器采集的风向信息，通过加权融合的方式得到最优风向；
[0012]5)将最优风向输入偏航位置控制器中，得到相应的偏航位置控制指令，多台变频驱动器协同控制，执行偏航位置控制指令，驱动风电机组偏航对风，降低台风期间的机组载荷压力，达到抗台风的目的。
[0013]进一步，在步骤1)中，对风速传感器信息进行滤波处理获得滤波后的风速，公式表达如下：
[0014]x
p
＝x
t
‑1‑
(C
T
(x
t
‑1‑
x
t
))/F
T
ꢀꢀ
(1)
[0015]式中，C
T
是风电机组PLC控制器的运行周期，F
T
是滤波时间常数，x
t
是输入信号，x
t
‑1是上一个控制周期的输入信号，x
p
是风速传感器信息滤波值。
[0016]进一步，在步骤3)中，所述柴发后备电源子系统包括柴油发电机和双电源开关(ATS)，所述柴油发电机作为风电机组的后备电源，所述双电源开关用于隔离和切换风电机组的供电回路，其输入端的一端接电网供电回路，另一端接柴发供电回路，其中电网供电回路优先级高于柴发供电回路；为防止柴油发电机启动指令失效，采用人工启动和自动启动两种方式，其中人工控制优先级高于自动控制，当电网掉电并且处于台风模式时，自动启动柴油发电机作为后备电源，当退出台风模式或电网供电恢复，自动停止柴油发电机；风电机组PLC控制器执行以下关于柴发后备电源子系统的自动控制算法：
[0017][0018][0019]M＝M0*T
p
ꢀꢀ
(4)
[0020]式中，M0是控制模式，x
Limit
是设定阈值，T
p
是激活模式，t是M0状态保持时间，T
′
是时间常数，M是后备电源启停控制指令。
[0021]进一步，在步骤4)中，风电机组的机舱顶端配置4个风向传感器采集风向信息，用于防止单个传感器的失效和尾流扰动，通过加权融合的方式得到最优风向；其中，风向均方差越大可靠性越低，据此风向倒数的均方差归一化，分别得到4个风向的权重系数，加权融合计算出最优风向，计算算法如下：
[0022][0023]式中，w1、w2、w3、w4分别代表4个不同风向，分别为w1、w2、w3、w4倒数的均方差，为归一化分母，w
o
为最优风向。
[0024]进一步，在步骤5)中，设计偏航位置控制算法，设定控制边界与控制裕量，将式(5)计算的最优风向w
o
输入偏航位置控制器中，偏航位置控制算法如下：
[0025][0026]U＝k
p
*u
ꢀꢀ
(7)
[0027]式中，w
Limit
是设定阈值、w
c
是风向裕量、u是偏航方向，k
p
表征偏航速度，U是偏航位置控制指令。
[0028]进一步，在步骤5)中，变频驱动器接收式(7)得出的偏航位置控制指令U，U>0顺时针方向偏航，U<0逆时针方向偏航，多台变频驱动器协同控制，驱动风电机组偏航对风，其中，变频驱动器之间的协同控制采用主从跟随负荷分配方式，即选取一台变频驱动器作为主站，其它变频驱动器作为从站跟随主站运行。
[0029]进一步，变频驱动器之间的协同控制采用恒定转速及转矩自适应的转速
‑
转矩双回路控制方式，具体是：主站转速环节执行式(7)下发指令U，转矩环节执行转矩T，从站转速环节跟随本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大型半直驱海上风电机组抗台风控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)读取风速传感器信息和电表电压信息，并对风速传感器信息进行滤波处理获得滤波后的风速；2)根据滤波后的风速是否超过台风模式设定值来判断是否处于台风模式，若处于台风模式则执行步骤3)，否则结束流程；3)根据电表电压信息判断出电网是否掉电，若电网没有掉电，则柴发后备电源子系统的双电源开关切换至电网供电回路，若电网掉电，则柴发后备电源子系统的双电源开关切换至柴发供电回路；4)读取多个风向传感器采集的风向信息，通过加权融合的方式得到最优风向；5)将最优风向输入偏航位置控制器中，得到相应的偏航位置控制指令，多台变频驱动器协同控制，执行偏航位置控制指令，驱动风电机组偏航对风，降低台风期间的机组载荷压力，达到抗台风的目的。2.根据权利要求1所述的大型半直驱海上风电机组抗台风控制方法，其特征在于：在步骤1)中，对风速传感器信息进行滤波处理获得滤波后的风速，公式表达如下：x
p
＝x
t
‑1‑
(C
T
(x
t
‑1‑
x
t
))/F
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，C
T
是风电机组PLC控制器的运行周期，F
T
是滤波时间常数，x
t
是输入信号，x
t
‑1是上一个控制周期的输入信号，x
p
是风速传感器信息滤波值。3.根据权利要求2所述的大型半直驱海上风电机组抗台风控制方法，其特征在于：在步骤3)中，所述柴发后备电源子系统包括柴油发电机和双电源开关，所述柴油发电机作为风电机组的后备电源，所述双电源开关用于隔离和切换风电机组的供电回路，其输入端的一端接电网供电回路，另一端接柴发供电回路，其中电网供电回路优先级高于柴发供电回路；为防止柴油发电机启动指令失效，采用人工启动和自动启动两种方式，其中人工控制优先级高于自动控制，当电网掉电并且处于台风模式时，自动启动柴油发电机作为后备电源，当退出台风模式或电网供电恢复，自动停止柴油发电机；风电机组PLC控制器执行以下关于柴发后备电源子系统的自动控制算法：发后备电源子系统的自动控制算法：M＝M0*T
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，M0是控制模式，x
Limit
是设定阈值，T
p
是激活模式，t是M0状态保持时间，T
′
是时间常数，M是后备电源启停控制指令。4.根据权利要求3所述的大型半直驱海上风电机组抗台风控制方法，其特征在于：在步骤4)中，风电机组的机舱顶端配置4个风向传感器采集风向信息，用于防止单个传感器的失效和尾流扰动，通过加权融合的方式得到最优风向；其中，风向均方差越大可靠性越低，据此风向倒数的均方差归一化，分别得到4个风向的权重系数，加权融合计算出最优风向，计算算法如下：
式中，w1、w2、w3、w4分别代表4个不同风向，分别为w1、w2、w3、w4倒数的均方差，为归一化分母，w

【专利技术属性】
技术研发人员：符少南，胡建彬，陈思范，李忠华，徐汉滨，莫志豪，辛嘉鹏，欧柳利，黄全盼，
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：