【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电的，尤其是指一种风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法、系统、存储介质及计算设备，应用于双馈风电机组、直驱风电机组和半直驱风电机组，主要部件包括齿轮箱、风力发电机、叶片、叶轮、塔筒、主控系统、变桨系统、全功率变流器、双馈变频器、升压变压器、低压柜和高压环网柜。
技术介绍
1、在风电
中，塔筒净空是指叶片表面距塔筒表面的最小距离。在机组运行过程中，垂直于风轮平面的风速增加会使叶尖部分向塔筒表面靠近，严重时可导致叶片扫塔，影响机组安全性。
2、随着风电行业进入平价时代，风电机组逐渐向大叶轮、长叶片、轻塔架方向进行技术创新和降本优化。从机组设计开发阶段，长叶片带来了更大的风轮捕风能力，但是机组需要承受更大的载荷。载荷的提高使得叶片会产生更大的变形，长叶片会降低叶片整体的刚度也会造成叶尖部分的形变增加。过大的叶尖形变会缩小塔架的安全净空，如何保证大型风电机组的安全净空，是机组设计阶段需要考虑的关键问题。
3、目前风电机组设计的主要依据是iec标准，该标准对整机所能遇到的各种复杂工况条件进行评估和分析，在整机设计阶段必须保证机组在使用寿命内满足所有极限工况和疲劳工况的载荷要求。在大型风电机组设计阶段，机组的安全净空一般会出现在垂直风剪切工况。所述垂直风剪切工况主要的工况特征为，在风轮平面上的轴向风速上下不一致，当机组叶片运行至接近塔架的位置附近时，风速的增加会导致叶尖与塔架的距离减小，机组的安全净空距离减小。因此，在垂直风剪切工况下，如何使机组保证安全净空，是影响机组运行安全的重要
4、当前的垂直风剪切工况一般需要借助雷达等测风设备进行风况的识别，或者对于叶尖到塔筒的安全距离进行测量。在此基础上机组进行停机操作或者变桨动作，以保证机组有一定的安全净空。针对现有的安全净空极限控制技术，需要安装测风雷达对垂直风剪切工况的工况特征进行提取，在识别到垂直风剪切工况后，进行相应的变桨动作。测风雷达属于精密设备成本较高，会增加整机的设计成本，并且在雨雾天气下会影响测量数据的精度，无法保证机组运行安全性。
5、现有的安全净空控制技术中，所述有优化叶根法兰的结构，使得叶根法兰带有一定角度，进而改变叶片锥角可以提高机组的净空，但是随着风电机组的容量增加，长叶片的叶根法兰需要优先保证叶根的强度，需要提高叶根法兰设计水平，由于长叶片的刚度较差，带角度的法兰会造成应力集中并且考验法兰安装工艺。
6、现有的卡桨工况载荷控制技术中，所述有根据机组的运行状态预设净空监测模型，根据机组的长期运行数据训练模型，使得当机组运行至安全净空附近区域，训练模型根据机组当前运行状态，进行相应的变桨动作，来提高安全净空。此方式需要大量数据训练模型，针对短期的机组运行无法匹配有效的净空控制手段。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，通过对主轴载荷的测量，进行垂直风剪切工况的识别，通过阈值触发机组进行相应的变桨动作，提高机组的安全净空，保证机组运行安全。
2、本专利技术的第二目的在于提供一种风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制系统。
3、本专利技术的第三目的在于提供一种存储介质。
4、本专利技术的第四目的在于提供一种计算设备。
5、本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现：风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，该方法是以测得的主轴载荷为输入，通过对主轴载荷的特征进行垂直风剪切工况的识别，完成垂直风剪切工况特征的提取，再设定触发阈值来触发控制逻辑进行变桨控制，当风电机组的主轴载荷大于触发阈值时，风电机组进行相应的变桨动作，以提高风电机组的安全净空，使得风电机组的安全净空满足设计要求。
6、进一步，所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，包括以下步骤：
7、1)测量风电机组的主轴载荷；
8、2)将测量的主轴载荷进行工况特征提取；
9、将步骤1)测量所得到的主轴载荷通过滤波器进行滤波处理，再根据主轴载荷特征对滤波处理后的主轴载荷进行垂直风剪切工况特征提取，并设置合适的触发阈值；其中，所述垂直风剪切工况特征提取是将测量的主轴载荷与垂直风剪切的工况特征进行匹配，使得测量的主轴载荷具备区分垂直风剪切工况的载荷特征；
10、3)根据设置的触发阈值进行变桨控制；
11、根据触发阈值确定风电机组执行的变桨动作，会给定变桨速率指令，变桨执行机构进行相应的变桨动作，保证风电机组运行安全，当不满足触发阈值时，不会下发变桨速率指令，风电机组仍然处于安全净空。
12、进一步，在步骤1)，通过在风电机组的主轴端面位置安装应力传感器来测量风电机组的主轴载荷，所述应力传感器是通过将应变片的形变转换成线性或者任意函数关系的电阻或者电压输出，通过电阻或者电压的变化测量出主轴载荷的变化情况，使其成为安全净空极限控制的输入。
13、进一步，在风电机组的主轴端面位置上安装四个应力传感器，分别为应力传感器1、2、3、4，应力传感器1安装预定位置p1相对于主轴端面中心位置的距离为x1，应力传感器2安装预定位置p2相对于主轴端面中心位置的距离为x2，应力传感器3安装预定位置p3相对于主轴端面中心位置的距离为x3，应力传感器4安装预定位置p4相对于主轴端面中心位置的距离为x4，x1、x2、x3、x4需要根据实际现场情况进行标定，四个应力传感器互为90度安装。
14、进一步，在步骤2)，先使用预定位置相对于主轴端面中心位置的距离x1、x2、x3、x4对步骤1)测量的主轴载荷my进行数据标准，校准之后再通过滤波器进行滤波处理，其中根据测量数据的特性调整合适的滤波器参数；根据主轴载荷my特征计算载荷特征值mp，所述载荷特征值mp为反应净空减小的线性变化趋势，即当载荷特征值mp逐渐增加时安全净空逐渐减小，根据载荷特征值mp确认安全净空极限控制的触发阈值qy，触发阈值qy是载荷特征值mp线性插值获得，为根据工况特征识别计算出的载荷特征值mp与垂直风剪切工况特征匹配的阈值；所述主轴载荷my为主轴端面垂直方向的弯矩，所述载荷特征值mp为识别垂直风剪切工况的载荷特征值。
15、进一步，在步骤3)，常规机组运行的转速控制回路中保持变桨速率v0，依靠变桨速率v0使得机组运行的转速稳定，但是稳定的转速不能保证机组的净空安全；根据iec标准描述的垂直风剪切工况的风速w条件下，确定在风速w条件下的净空最小值dmin，设风速w条件下出现净空最小值dmin的时刻为t1,iec标准描述的垂直风剪切工况的起始剪切时刻为t0，安全净空极限控制周期为t，安全净空极限控制周期t＝t1-t0；在安全净空极限控制周期内，根据垂直风剪切的工况特征匹配对应的主轴端面载荷特征，所述触发阈值qy出现的时刻为t2且满足t0<t2<t1，在所述触发阈值qy出现的时刻t2，时刻t2的载荷特征值mp大于触发阈值qy，程本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，该方法是以测得的主轴载荷为输入，通过对主轴载荷的特征进行垂直风剪切工况的识别，完成垂直风剪切工况特征的提取，再设定触发阈值来触发控制逻辑进行变桨控制，当风电机组的主轴载荷大于触发阈值时，风电机组进行相应的变桨动作，以提高风电机组的安全净空，使得风电机组的安全净空满足设计要求。
2.根据权利要求1所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，在步骤1)，通过在风电机组的主轴端面位置安装应力传感器来测量风电机组的主轴载荷，所述应力传感器是通过将应变片的形变转换成线性或者任意函数关系的电阻或者电压输出，通过电阻或者电压的变化测量出主轴载荷的变化情况，使其成为安全净空极限控制的输入。
4.根据权利要求3所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，在风电机组的主轴端面位置上安装四个应力传感器，分别为应力传感器1、2、3、4，应力传感器1安装预定位置P1相对于主
5.根据权利要求4所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，在步骤2)，先使用预定位置相对于主轴端面中心位置的距离X1、X2、X3、X4对步骤1)测量的主轴载荷My进行数据标准，校准之后再通过滤波器进行滤波处理，其中根据测量数据的特性调整合适的滤波器参数；根据主轴载荷My特征计算载荷特征值Mp，所述载荷特征值Mp为反应净空减小的线性变化趋势，即当载荷特征值Mp逐渐增加时安全净空逐渐减小，根据载荷特征值Mp确认安全净空极限控制的触发阈值Qy，触发阈值Qy是载荷特征值Mp线性插值获得，为根据工况特征识别计算出的载荷特征值Mp与垂直风剪切工况特征匹配的阈值；所述主轴载荷My为主轴端面垂直方向的弯矩，所述载荷特征值Mp为识别垂直风剪切工况的载荷特征值。
6.根据权利要求5所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，在步骤3)，常规机组运行的转速控制回路中保持变桨速率V0，依靠变桨速率V0使得机组运行的转速稳定，但是稳定的转速不能保证机组的净空安全；根据IEC标准描述的垂直风剪切工况的风速W条件下，确定在风速W条件下的净空最小值Dmin，设风速W条件下出现净空最小值Dmin的时刻为t1，IEC标准描述的垂直风剪切工况的起始剪切时刻为t0，安全净空极限控制周期为T，安全净空极限控制周期T＝t1-t0；在安全净空极限控制周期内，根据垂直风剪切的工况特征匹配对应的主轴端面载荷特征，所述触发阈值Qy出现的时刻为t2且满足t0<t2<t1，在所述触发阈值Qy出现的时刻t2，时刻t2的载荷特征值Mp大于触发阈值Qy，程序给变桨执行机构下发变桨速率V1，此时变桨执行机构执行的变桨速率Vdem＝V0+V1，当载荷特征值Mp小于或者等于触发阈值Qy时，此时变桨执行机构执行的变桨速率Vdem＝V0；其中，当风速波动大时，为了稳定转速，变桨速率V0>V1，当风速波动小时，转速稳定，V0<V1。
7.风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制系统，其特征在于，用于实现权利要求1至6中任一项所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其包括：
8.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1至6中任一项所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法。
9.一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1至6中任一项所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法。
...【技术特征摘要】
1.风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，该方法是以测得的主轴载荷为输入，通过对主轴载荷的特征进行垂直风剪切工况的识别，完成垂直风剪切工况特征的提取，再设定触发阈值来触发控制逻辑进行变桨控制，当风电机组的主轴载荷大于触发阈值时，风电机组进行相应的变桨动作，以提高风电机组的安全净空，使得风电机组的安全净空满足设计要求。
2.根据权利要求1所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，在步骤1)，通过在风电机组的主轴端面位置安装应力传感器来测量风电机组的主轴载荷，所述应力传感器是通过将应变片的形变转换成线性或者任意函数关系的电阻或者电压输出，通过电阻或者电压的变化测量出主轴载荷的变化情况，使其成为安全净空极限控制的输入。
4.根据权利要求3所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，在风电机组的主轴端面位置上安装四个应力传感器，分别为应力传感器1、2、3、4，应力传感器1安装预定位置p1相对于主轴端面中心位置的距离为x1，应力传感器2安装预定位置p2相对于主轴端面中心位置的距离为x2，应力传感器3安装预定位置p3相对于主轴端面中心位置的距离为x3，应力传感器4安装预定位置p4相对于主轴端面中心位置的距离为x4，x1、x2、x3、x4需要根据实际现场情况进行标定，四个应力传感器互为90度安装。
5.根据权利要求4所述的风电机组垂直风剪切工况下安全净空极限控制方法，其特征在于，在步骤2)，先使用预定位置相对于主轴端面中心位置的距离x1、x2、x3、x4对步骤1)测量的主轴载荷my进行数据标准，校准之后再通过滤波器进行滤波处理，其中根据测量数据的特性调整合适的滤波器参数；根据主轴载荷my特征计算载荷特征值mp，所述载荷特征值mp为反应净空减小的线性变化趋势，即当载荷特征值mp逐渐增加时安全净空逐渐减小，根据载荷特征值mp确认安全净空...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵森，黄蓉，黄国燕，董竹林，
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：
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