一種風機的升功率運行控制方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種風機的升功率運行控制方法、裝置及系統(tǒng)，該風機的升功率運行控制方法包括：根據(jù)風機的機艙在來風方向的第一機艙加速度與所述風機的發(fā)電機的轉速測量值獲取所述風機的變槳速率給定值；根據(jù)所述機艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速度與所述發(fā)電機的轉速測量值獲取所述發(fā)電機的電磁扭矩給定值；將變槳速率給定值與電磁扭矩給定值輸入至風機。本發(fā)明實施例能夠有效避免風機在運行過程中出現(xiàn)失穩(wěn)以及發(fā)電機轉速過速等故障，保證發(fā)電機較快的升功率速率，還可以避免變槳速率、發(fā)電機轉速、發(fā)電機電磁扭矩給定值、風機輸出功率大幅低頻波動以及發(fā)電機過速故障發(fā)生。
【專利說明】一種風機的升功率運行控制方法、裝置及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及風電【技術領域】，尤其涉及一種風機的升功率運行控制方法、裝置及系 統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 直驅兆瓦風機在并網發(fā)電運行模式下，電網會通過中央監(jiān)控系統(tǒng)中的能量管理設 備對風電場的風機進行限功率運行控制。無論是風機輸送到電網功率由大到小的降功率過 程，還是由小到大的升功率過程中，都規(guī)定了各自數(shù)值固定的功率變化速率。
[0003] 當能量管理平臺啟動，且風機輸送到電網功率由小到大的升功率過程中，如果升 功率速率取值稍大，兆瓦風機運行就會失穩(wěn)，體現(xiàn)在變槳速率、發(fā)電機轉速低頻波動幅度越 來越大，直至發(fā)電機轉速過速故障發(fā)生。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明實施例提供一種風機的升功率運行控制方法、裝置及系統(tǒng)，實現(xiàn)動態(tài)調節(jié) 升功率速率，有效避免風機運行出現(xiàn)失穩(wěn)以及發(fā)電機轉速過速等故障。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：
[0006] -種風機的升功率運行控制方法，其中，該方法包括如下步驟：
[0007] 根據(jù)風機的機艙在來風方向的第一機艙加速度與所述風機的發(fā)電機的轉速測量 值獲取所述風機的變槳速率給定值；
[0008] 根據(jù)所述機艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速度與所述發(fā)電機的 轉速測量值獲取所述發(fā)電機的電磁扭矩給定值；
[0009] 將所述變槳速率給定值與所述電磁扭矩給定值輸入至所述風機，以便于所述風機 根據(jù)所述變槳速率給定值與所述電磁扭矩給定值調節(jié)所述風機在升功率過程中的升功率 速率。
[0010] 一種風機的升功率運行控制裝置，其中，該裝置包括：
[0011] 第一獲取模塊，用于根據(jù)風機的機艙在來風方向的第一機艙加速度與所述風機的 發(fā)電機的轉速測量值獲取所述風機的變槳速率給定值；
[0012] 第二獲取模塊，用于根據(jù)所述機艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速 度與所述發(fā)電機的轉速測量值獲取所述發(fā)電機的電磁扭矩給定值；
[0013] 傳輸模塊，用于將所述變槳速率給定值與所述電磁扭矩給定值輸入至所述風機， 以便于所述風機根據(jù)所述變槳速率給定值與所述電磁扭矩給定值調節(jié)所述風機在升功率 過程中的升功率速率。
[0014] 一種風機的升功率運行控制系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括：
[0015] 變槳執(zhí)行機構、變流器以及上述技術方案中所述的風機的升功率運行控制裝置； 其中，
[0016] 所述風機的升功率運行控制裝置計算得到變槳速率給定值以及電磁扭矩給定值， 將所述變槳速率給定值與所述電磁扭矩給定值分別輸入至所述變槳執(zhí)行機構與所述變流 器；
[0017] 所述變槳執(zhí)行機構根據(jù)所述變槳速率給定值調整變槳速率；
[0018] 所述變流器根據(jù)所述電磁扭矩給定值調整發(fā)電機轉速，從而調節(jié)所述發(fā)電機在升 功率過程中的升功率速率。
[0019] 本發(fā)明實施例提供的風機的升功率運行控制方法、裝置及系統(tǒng)，通過來風方向、與 來風方向相垂直的方向這兩個方向的第一機艙加速度與第二機艙加速度以及發(fā)電機的轉 速測量值，調節(jié)風機在升功率過程中的升功率速率，能夠有效避免風機在運行過程中出現(xiàn) 失穩(wěn)以及發(fā)電機轉速過速等故障，保證發(fā)電機較快的升功率速率，從而可以使風機向電網 輸送更多的功率；此外，還可以避免變槳速率、發(fā)電機轉速、發(fā)電機電磁扭矩給定值、風機輸 出功率大幅低頻波動以及發(fā)電機過速故障發(fā)生。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明一個實施例提供的風機的升功率運行控制方法的流程示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實施例中的風機的來風方向、與來風方向垂直的方向的示意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明又一個實施例提供的風機的升功率運行控制方法的流程示意圖；
[0023] 圖4為圖3所示實施例中微分增益系數(shù)與第一差值之間的坐標關系示意圖；
[0024] 圖5為現(xiàn)有技術中通過波濾波器的單位階躍響應的示意圖；
[0025] 圖6為圖3所示實施例中通過控制單位階躍響應的示意圖；
[0026] 圖7為本發(fā)明一個實施例提供的風機的升功率運行控制裝置的結構示意圖；
[0027] 圖8為本發(fā)明又一個實施例提供的風機的升功率運行控制裝置的結構示意圖；
[0028] 圖9為本發(fā)明一個實施例提供的風機的升功率運行控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0029] 圖10為本發(fā)明實施例提供的風機的升功率運行控制系統(tǒng)的電路結構圖；
[0030] 圖11為本發(fā)明實施例中所采用的15m/s的定常風的示意圖；
[0031] 圖12為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術在50Kw/s升功率過程中變槳速率的比較示意 圖；
[0032] 圖13為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術在50Kw/s升功率過程中發(fā)電機轉速的比較示意 圖；
[0033] 圖14為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術在50Kw/s升功率過程中風機的輸出功率的比較 示意圖；
[0034] 圖15為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術在50Kw/s升功率過程中塔筒底部My彎矩的比 較示意圖；
[0035] 圖16為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術在50Kw/s升功率過程中葉根My彎矩的比較不 意圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖對本發(fā)明實施例提供風機的升功率運行控制方法、裝置及系統(tǒng)的進 行詳細描述。
[0037] 第一實施例：
[0038] 圖1為本發(fā)明一個實施例提供的風機的升功率運行控制方法的流程示意圖，圖2 為本發(fā)明實施例中的風機的來風方向、與來風方向垂直的方向的示意圖；如圖1所示，該風 機的升功率運行控制方法包括如下步驟：
[0039] 步驟101、根據(jù)風機的機艙在來風方向的第一機艙加速度與風機的發(fā)電機的轉速 測量值獲取風機的變槳速率給定值。
[0040] 步驟102、根據(jù)機艙在與來風方向垂直的方向的第二機艙加速度與發(fā)電機的轉速 測量值獲取發(fā)電機的電磁扭矩給定值。
[0041] 步驟103、將變槳速率給定值與電磁扭矩給定值輸入至風機，以便于風機根據(jù)變槳 速率給定值與電磁扭矩給定值調節(jié)風機在升功率過程中的升功率速率。
[0042] 如圖2所示，XT表示風機90的來風方向，該來風方向具體表示了面向風機90的 方向，YT表不與來風方向垂直的方向，ZT表不垂直地面的方向。第一機艙加速度與第二機 艙加速度分別由設置在機艙內的加速度傳感器獲取到。發(fā)電機的轉速測量值為發(fā)電機的實 時轉速值，通過對該轉速測量值進行監(jiān)測，從而得到變槳速率給定值。
[0043] 本發(fā)明實施例提供的風機的升功率運行控制方法，通過來風方向、與來風方向相 垂直的方向這兩個方向的第一機艙加速度與第二機艙加速度以及發(fā)電機的轉速測量值，調 節(jié)風機在升功率過程中的升功率速率，能夠有效避免風機在運行過程中出現(xiàn)失穩(wěn)以及發(fā)電 機轉速過速等故障，保證發(fā)電機較快的升功率速率，從而可以使風機向電網輸送更多的功 率；此外，還可以避免變槳速率、發(fā)電機轉速、發(fā)電機電磁扭矩給定值、風機輸出功率大幅低 頻波動以及發(fā)電機過速故障發(fā)生。
[0044] 第二實施例：
[0045] 圖3為本發(fā)明又一個實施例提供的風機的升功率運行控制方法的流程示意圖，圖 4為圖3所示實施例中微分增益系數(shù)與第一差值之間的坐標關系示意圖；如圖3所示，該方 法包括如下步驟：
[0046] 步驟301、根據(jù)風機的發(fā)電機轉速測量值獲取發(fā)電機轉速的峰峰值。
[0047] 步驟302、根據(jù)發(fā)電機轉速的峰峰值獲取發(fā)電機的轉速設定值。
[0048] 其中，在步驟301和步驟302中，在風機的輸出功率從小到大增大的升功率 過程中，可以實時監(jiān)測發(fā)電機的峰峰值在轉速低頻時的波動幅度；在峰峰值的波動幅 度符合預設閾值的條件下，將發(fā)電機的輸出功率給定值除以最優(yōu)控制增益后開三次方
【權利要求】
1. 一種風機的升功率運行控制方法，其特征在于，所述方法包括： 根據(jù)風機的機艙在來風方向的第一機艙加速度與所述風機的發(fā)電機的轉速測量值獲 取所述風機的變槳速率給定值； 根據(jù)所述機艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速度與所述發(fā)電機的轉速 測量值獲取所述發(fā)電機的電磁扭矩給定值； 將所述變槳速率給定值與所述電磁扭矩給定值輸入至所述風機，以便于所述風機根據(jù) 所述變槳速率給定值與所述電磁扭矩給定值調節(jié)所述風機在升功率過程中的升功率速率。
2. 根據(jù)權利要求1所述的風機的升功率運行控制方法，其特征在于，所述方法還包括： 根據(jù)所述風機的發(fā)電機轉速測量值獲取所述發(fā)電機的轉速的峰峰值； 根據(jù)所述峰峰值獲取所述發(fā)電機的轉速設定值。
3. 根據(jù)權利要求2所述的風機的升功率運行控制方法，其特征在于，根據(jù)所述峰峰值 獲取所述發(fā)電機的轉速設定值的步驟包括： 在所述風機的輸出功率從小到大增大的升功率過程中，實時監(jiān)測所述發(fā)電機的轉速的 峰峰值在轉速低頻時的波動幅度； 在所述峰峰值的波動幅度符合預設閾值的條件下，將所述發(fā)電機的輸出功率給定值除 以最優(yōu)控制增益后開三次方，得到所述發(fā)電機的轉速給定值。
4. 根據(jù)權利要求2或3所述的風機的升功率運行控制方法，其特征在于，所述根據(jù)風機 的機艙在來風方向的第一機艙加速度與所述風機的發(fā)電機的轉速測量值獲取所述風機的 變槳速率給定值的步驟包括： 根據(jù)風機的機艙在來風方向的第一機艙加速度獲取第一變槳速率； 根據(jù)所述發(fā)電機的轉速設定值與所述發(fā)電機的轉速測量值獲取第二變槳速率； 將所述第一變槳速率與所述第二變槳速率相加，得到所述風機的變槳速率給定值。
5. 根據(jù)權利要求4所述的風機的升功率運行控制方法，其特征在于，所述根據(jù)風機的 機艙在來風方向的第一機艙加速度獲取第一變槳速率的步驟包括： 將所述風機的機艙在來風方向的第一機艙加速度進行帶通濾波； 將帶通濾波后的所述第一機艙加速度通過二階濾波器進行濾波； 將二階濾波后的所述第一機艙加速度乘以第一比例增益，得到第一變槳速率。
6. 根據(jù)權利要求4所述的風機的升功率運行控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述發(fā) 電機的轉速設定值與所述發(fā)電機的轉速測量值獲取第二變槳速率的步驟包括： 將所述發(fā)電機的轉速設定值與所述發(fā)電機的轉速測量值相減，得到第一差值； 根據(jù)所述第一差值進行ro控制計算得到第一中間值； 將所述第一中間值進行低通濾波，得到第二變槳速率。
7. 根據(jù)權利要求6所述的風機的升功率運行控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第 一差值進行ro控制計算得到第一中間值的步驟包括： 將所述第一差值進行微分計算，通過微分后的所述第一差值確定微分增益系數(shù)； 根據(jù)所述微分增益系數(shù)與所述第一差值得到經過所述ro控制的第一中間值。
8. 根據(jù)權利要求7所述的風機的升功率運行控制方法，其特征在于，所述通過微分后 的所述第一差值確定微分增益系數(shù)的步驟包括： 若微分計算后的所述第一差值小于第一設定值時，則所述ro控制的微分增益系數(shù)為 第一增益系數(shù)； 若微分計算后的所述第一差值大于所述第一設定值并且小于第二設定值，則所述微分 增益系數(shù)從所述第一增益系數(shù)線性增大到第二增益系數(shù)，其中，所述第二增益系數(shù)大于所 述第一增益系數(shù)； 若微分計算后的所述微分增益系數(shù)大于第二設定值，則所述微分增益系數(shù)保持為所述 第二增益系數(shù)。
9. 根據(jù)權利要求2所述的風機的升功率運行控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述機 艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速度與所述發(fā)電機的轉速測量值獲取所述 發(fā)電機的電磁扭矩給定值的步驟包括： 根據(jù)風機的機艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速度獲取所述發(fā)電機的 第一電磁扭矩； 根據(jù)所述發(fā)電機的轉速設定值與所述發(fā)電機的轉速測量值獲取第二電磁扭矩； 根據(jù)所述第一電磁扭矩與所述第二電磁扭矩獲取所述風機的電磁扭矩給定值。
10. 根據(jù)權利要求9所述的風機的升功率運行控制方法，其特征在于，所述根據(jù)風機的 機艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速度獲取所述發(fā)電機的第一電磁扭矩的 步驟包括： 將所述風機的機艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速度進行積分； 將積分后的所述第二機艙加速度通過帶通濾波器進行帶通濾波； 將帶通濾波后的所述第二機艙加速度乘以第二比例增益，得到第一電磁扭矩。
11. 根據(jù)權利要求9或10所述的風機的升功率運行控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所 述發(fā)電機的轉速設定值與所述發(fā)電機的轉速測量值獲取第二電磁扭矩的步驟包括： 將所述發(fā)電機的轉速設定值與所述發(fā)電機的轉速測量值相減，得到第二差值； 將所述第二差值進行PI控制計算得到第二中間值； 將所述第二中間值進行低通濾波，得到第二電磁扭矩。
12. -種風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述風機的升功率運行控制裝置包 括： 第一獲取模塊，用于根據(jù)風機的機艙在來風方向的第一機艙加速度與所述風機的發(fā)電 機的轉速測量值獲取所述風機的變槳速率給定值； 第二獲取模塊，用于根據(jù)所述機艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速度與 所述發(fā)電機的轉速測量值獲取所述發(fā)電機的電磁扭矩給定值； 傳輸模塊，用于將所述變槳速率給定值與所述電磁扭矩給定值輸入至所述風機，以便 于所述風機根據(jù)所述變槳速率給定值與所述電磁扭矩給定值調節(jié)所述風機在升功率過程 中的升功率速率。
13. 根據(jù)權利要求12所述的風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述風機的升 功率運行控制裝置還包括： 第三獲取模塊，用于根據(jù)所述風機的發(fā)電機轉速測量值獲取所述發(fā)電機轉速的峰峰 值； 第四獲取模塊，用于根據(jù)所述峰峰值獲取所述發(fā)電機的轉速設定值。
14. 根據(jù)權利要求13所述的風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述第四獲取 模塊包括： 監(jiān)測單元，用于在所述風機的輸出功率從小到大增大的升功率過程中，實時監(jiān)測所述 發(fā)電機的轉速的峰峰值在轉速低頻時的波動幅度； 處理單元，用于在所述峰峰值的波動幅度動態(tài)調整升功率速率符合預設值時，將所述 發(fā)電機的輸出功率給定值除以最優(yōu)控制增益后開三次方，得到所述發(fā)電機的轉速給定值。
15. 根據(jù)權利要求13或14所述的風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述第一 獲取模塊包括： 第一獲取單元，用于根據(jù)風機的機艙在來風方向的第一機艙加速度獲取第一變槳速 率； 第二獲取單元，用于根據(jù)所述發(fā)電機的轉速設定值與所述發(fā)電機的轉速測量值獲取第 二變槳速率； 加法單元，用于將所述第一變槳速率與所述第二變槳速率相加，得到所述風機的變槳 速率給定值。
16. 根據(jù)權利要求15所述的風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述第一獲取 單元包括： 第一帶通濾波子單元，用于將所述風機的機艙在來風方向的第一機艙加速度進行帶通 濾波； 二階濾波子單元，用于將帶通濾波后的所述第一機艙加速度通過二階濾波器進行濾 波； 第一乘法子單元，用于將二階濾波后的所述第一機艙加速度乘以第一比例增益，得到 第一變槳速率。
17. 根據(jù)權利要求15所述的風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述第二獲取 單元包括： 第一減法子單元，用于將所述發(fā)電機的轉速設定值與所述發(fā)電機的轉速測量值相減， 得到第一差值； ro微分子單元，用于根據(jù)所述第一差值進行ro控制計算得到第一中間值； 第二低通濾波子單元，用于將所述第一中間值進行低通濾波，得到第二變槳速率。
18. 根據(jù)權利要求17所述的風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述ro微分子 單元包括： 微分器，用于將所述第一差值進行微分計算，通過微分后的所述第一差值確定微分增 益系數(shù)； ro控制器，用于根據(jù)所述微分增益系數(shù)與所述第一差值得到經過所述ro控制的第一 中間值。
19. 根據(jù)權利要求18所述的風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述微分器通 過如下方式確定所述微分增益系數(shù)： 若微分計算后的所述第一差值小于第一設定值時，則所述ro控制的微分增益系數(shù)為 第一增益系數(shù)； 若微分計算后的所述第一差值大于所述第一設定值并且小于第二設定值，則所述微分 增益系數(shù)從所述第一增益系數(shù)線性增大到第二增益系數(shù)，其中，所述第二增益系數(shù)大于所 述第一增益系數(shù)； 若微分計算后的所述微分增益系數(shù)大于第二設定值，則所述微分增益系數(shù)保持為所述 第二增益系數(shù)。
20. 根據(jù)權利要求13所述的風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述第二獲取 模塊包括： 第三獲取單元，用于根據(jù)風機的機艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速度 獲取所述發(fā)電機的第一電磁扭矩； 第四獲取單元，用于根據(jù)所述發(fā)電機的轉速設定值與所述發(fā)電機的轉速測量值獲取第 二電磁扭矩； 第五獲取單元，用于根據(jù)所述第一電磁扭矩與所述第二電磁扭矩獲取所述風機的電磁 扭矩給定值。
21. 根據(jù)權利要求20所述的風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述第三獲取 單元包括： 積分子單元，用于將所述風機的機艙在與所述來風方向垂直的方向的第二機艙加速度 進行積分； 第二帶通濾波子單元，用于將積分后的所述第二機艙加速度通過帶通濾波器進行帶通 濾波； 第二乘法子單元，用于將帶通濾波后的所述第二機艙加速度乘以第二比例增益，得到 第一電磁扭矩。
22. 根據(jù)權利要求20或21所述的風機的升功率運行控制裝置，其特征在于，所述第四 獲取單元包括： 第二減法子單元，用于將所述發(fā)電機的轉速設定值與所述發(fā)電機的轉速測量值相減， 得到第二差值； PI控制子單元，用于將所述第二差值進行PI控制計算得到第二中間值； 第三低通濾波子單元，用于將所述第二中間值進行低通濾波，得到第二電磁扭矩。
23. -種風機的升功率運行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述風機的升功率運行控制系統(tǒng)包 括： 變槳執(zhí)行機構、變流器以及權利要求12?22任一所述的風機的升功率運行控制裝置； 其中， 所述風機的升功率運行控制裝置計算得到變槳速率給定值以及電磁扭矩給定值，將所 述變槳速率給定值與所述電磁扭矩給定值分別輸入至所述變槳執(zhí)行機構與所述變流器； 所述變槳執(zhí)行機構根據(jù)所述變槳速率給定值調整變槳速率； 所述變流器根據(jù)所述電磁扭矩給定值調整發(fā)電機轉速，從而調節(jié)所述發(fā)電機在升功率 過程中的升功率速率。
【文檔編號】F03D7/04GK104265568SQ201410431946
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權日:2014年8月28日
【發(fā)明者】王明江 申請人:新疆金風科技股份有限公司