变桨控制方法、变桨控制装置及风力发电机组制造方法及图纸

公开了一种变桨控制方法、变桨控制装置及风力发电机组，所述变桨控制方法包括：获取风力发电机组的目标转速与实际转速，并计算风力发电机组的目标转速与实际转速之间的转速差值；基于所述转速差值计算风力发电机组的第一变桨控制变量；获取风力发电机组的额定风速与实际风速，并计算风力发电机组的额定风速与实际风速之间的风速差值；基于所述风速差值计算风力发电机组的第二变桨控制变量；根据第一变桨控制变量与第二变桨控制变量控制风力发电机组的变桨电机运行。机组的变桨电机运行。机组的变桨电机运行。

【技术实现步骤摘要】
变桨控制方法、变桨控制装置及风力发电机组


[0001]本公开总体说来涉及风力发电
，更具体地讲，涉及一种能够有效地匹配风速变化从而维持风力发电机组转速稳定的变桨控制方法、变桨控制装置及风力发电机组。

技术介绍

[0002]对于风力发电机组而言，两项最核心的控制就是转矩控制和桨距角控制。为了提高转矩控制和桨距角控制的精度并且实现模型的简单化，目前最常用的控制方式就是PID(比例微分积分)控制方式，更具体地讲，就是PI(比例积分)控制方式。这里，转矩控制的目的为：使风力发电机组依据当前转速值，执行最合理的转矩值，以实现最大功率跟踪，如果转矩值超调或响应时间慢，则会降低风力发电机组的风能利用系数，降低风力发电机组的发电量。
[0003]随着风力发电机组容量的不断增大，如何保证风力发电机组高效、稳定地运行，成为风力发电技术研究的重要内容。变桨距变速恒频控制策略是目前研究的热点。然而，由于目前对风力发电机组的运行工况、风况的认识不足，风力发电机组的运行还达不到转速稳定的要求。一个重要因是目前风力发电机组的变桨控制主要为上述PI控制，即主控系统通过使风力发电机组运行在恒定转速作为控制目标，计算出桨距角值并传送给变桨系统，变桨系统根据最新的角度命令，进行变桨。这种方法能够在一定程度上实现转速的恒定控制，但同时也存在以下缺点。
[0004]首先，由于风速是瞬变的，所以单单使用PI控制，对转速稳定效果具有一定的局限性。其次，PI控制基于目标差值，即在检测到转速差值变化之后才开始进行计算并执行变桨，具有滞后性。第三，当风力发电机组运行在额定风速以上时，转速的波动会造成较大的载荷，影响风力发电机组的寿命。第四，由于如上所述PI控制具有滞后性，因此在风速骤然变大时，风力发电机组容易出现过速的现象，过速将会导致以下情况：一是发电机转速过高，会增大风力发电机组的疲劳载荷，二是发电机长期运行在较高的转速，会使风力发电机组损耗严重，降低使用寿命，三是容易触发过速故障而停机。第五，由于如上所述PI控制具有滞后性，因此在风速骤然变小时，风力发电机组容易在功率恒定区和转速恒定区之间频繁切换，而风力发电机组从功率恒定区切换到转速恒定区时，转矩值将会下降，从而导致发电效率下降，影响风力发电机组的发电量。

技术实现思路

[0005]因此，本公开的实施例提供一种变桨控制方法和变桨控制装置，以使风力发电机组的调桨规律更接近于风速变化规律，从而能够实现提前调桨并且稳定发电机转速。
[0006]在一个总的方面，提供一种变桨控制方法，所述变桨控制方法包括：获取风力发电机组的目标转速与实际转速，并计算风力发电机组的目标转速与实际转速之间的转速差值；基于所述转速差值计算风力发电机组的第一变桨控制变量；获取风力发电机组的额定
风速与实际风速，并计算风力发电机组的额定风速与实际风速之间的风速差值；基于所述风速差值计算风力发电机组的第二变桨控制变量；根据第一变桨控制变量与第二变桨控制变量控制风力发电机组的变桨电机运行。
[0007]在另一总的方面，提供一种风力发电机组的变桨控制装置，所述变桨控制装置包括：转速差值计算单元，被配置为：获取风力发电机组的目标转速与实际转速，并计算风力发电机组的目标转速与实际转速之间的转速差值；第一变桨控制变量计算单元，被配置为：基于所述转速差值计算风力发电机组的第一变桨控制变量；风速差值计算单元，被配置为：获取风力发电机组的额定风速与实际风速，并计算风力发电机组的额定风速与实际风速之间的风速差值；第二变桨控制变量计算单元，被配置为：基于所述风速差值计算风力发电机组的第二变桨控制变量；控制单元，被配置为：根据所述第一变桨控制变量与所述第二变桨控制变量控制风力发电机组的变桨电机运行。
[0008]在另一总的方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的变桨控制方法。
[0009]在另一总的方面，提供一种变桨控制装置，所述变桨控制装置包括：处理器；和存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的变桨控制方法。
[0010]在另一总的方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的变桨控制装置。
[0011]根据本公开的变桨控制方法、变桨控制装置及风力发电机组，通过考虑转速与风速的双重作用并且利用微分的前馈功能来实现风力发电机组的变桨控制，使得变桨控制能够与风速变化情况相匹配，从而维持风力发电机组转速稳定，同时有效避免桨距角超调问题。另一方面，由于在风力发电机组转速达到额定转速时，才开始执行根据本公开的实施例的变桨控制方法，因此可以减少功率恒定区中发电机电磁扭矩的波动情况，同时，由于根据本公开的实施例的变桨控制方法和变桨控制装置实现了风力发电机组转速的稳定控制，因此能够减少风力发电机组的振动。
[0012]将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。
附图说明
[0013]通过下面结合示出实施例的附图进行的描述，本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
[0014]图1是示出风力发电机组的运行区域的示意图；
[0015]图2是示出应用现有的PI控制器执行变桨控制方法时的风速、风力发电机组的给定转速(即，目标转速)以及实际转速的曲线图；
[0016]图3是示出根据本公开的实施例的变桨控制方法的流程图；
[0017]图4是示出根据本公开的实施例的变桨控制方法的应用示例的示图；
[0018]图5是示出根据本公开的实施例的变桨控制装置的框图；
[0019]图6是示出根据本公开的实施例的变桨控制方法的仿真示意图。
具体实施方式
[0020]提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。
[0021]为了实现风力发电机组运行的稳定性(例如，维持风力发电机组转速稳定)，在变桨控制中考虑风速的影响尤为重要。然而，目前常用的两种风速预测方法，即，通过天气预报信息进行风速预测和使用前置的风速传感器进行测风，都存在严重的不足。对于第一种预测方法而言，盲目性太高，预测的风速值不够准确，无法作为变桨控制的依据。对于第二种预测方法而言，由于变桨轮毂是旋转的，所以在风速传感器安装上受到限制，而添加滑环设备，容易引起数据的干扰与不稳定。此外，如果风速传感器安装在机舱尾部，则要求其测量的距离更远，导致成本上涨，并不适用于单台风力发电机组。
[0022]另一方面，PID(比例积分微分)由于控制器简单易懂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变桨控制方法，其特征在于，所述变桨控制方法包括：获取风力发电机组的目标转速与实际转速，并计算风力发电机组的目标转速与实际转速之间的转速差值；基于所述转速差值计算风力发电机组的第一变桨控制变量；获取风力发电机组的额定风速与实际风速，并计算风力发电机组的额定风速与实际风速之间的风速差值；基于所述风速差值计算风力发电机组的第二变桨控制变量；根据第一变桨控制变量与第二变桨控制变量控制风力发电机组的变桨电机运行。2.如权利要求1所述的变桨控制方法，其特征在于，所述风力发电机组的变桨控制装置采用比例积分微分控制器控制所述变桨电机。3.如权利要求2所述的变桨控制方法，其特征在于，第一变桨控制变量包括所述比例积分微分控制器的比例项和积分项。4.如权利要求3所述的变桨控制方法，其特征在于，所述转速差值包括当前时刻的转速差值与第一时刻的转速差值，其中，第一时刻表示当前时刻的前一时刻。5.如权利要求4所述的变桨控制方法，其特征在于，通过如下方式计算所述比例项：计算当前时刻的转速差值减去前一时刻的转速差值之间的第一差值；将第一差值与比例系数的乘积确定为所述比例项。6.如权利要求4所述的变桨控制方法，其特征在于，通过如下方式计算所述积分项：将当前时刻的转速差值与积分系数的乘积确定为所述积分项。7.如权利要求2所述的变桨控制方法，其特征在于，所述第二变桨控制变量包括所述比例积分微分控制器的微分项。8.如权利要求7所述的变桨控制方法，其特征在于，所述风速差值包括当前时刻的转速差值、第一时刻的转速差值以及第二时刻的转速差值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马磊，霍钧，卢勇，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：