一種根據(jù)平均值觸發(fā)風力發(fā)電機變槳動作指令的控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)平均值觸發(fā)風力發(fā)電機變槳動作指令的控制方法，屬于電機 控制技術。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著全社會對能源和環(huán)境問題的持續(xù)關注，發(fā)展清潔的可再生能源，如風 能、太陽能、生物質(zhì)能等也成為了大勢所趨。其中風能是可以為人類大量使用的、取之不盡 用之不絕的綠色能源。風能利用的主要方式是風力發(fā)電，風力發(fā)電系統(tǒng)是將風能轉(zhuǎn)化為電 能的裝置。風力發(fā)電系統(tǒng)輸出風能隨外界風速的變化而變化，對電網(wǎng)沖擊較大，需要加入變 槳控制進行調(diào)節(jié)；此外在額定風速以上時，變槳機構頻繁動作會導致器件的疲勞損壞。因而 很有必要對風力發(fā)電機變槳控制進行研宄。風力發(fā)電機在運行時，在額定風速以下采用最 大功率跟蹤控制，在額定風速以上時要加入變槳控制以確保風力機的機械組件（葉片、變 速箱、軸等）的受力在限制范圍以內(nèi)，以及將發(fā)電機的輸出功率控制在安全范圍以內(nèi)。所以 在傳統(tǒng)的變槳控制中，執(zhí)行機構動作指令是以風速的大小作為指標的。當風速傳感器檢測 到實時風速值大于額定風速時，變槳執(zhí)行機構開始動作，使槳距角達到要求值。
[0003] 已經(jīng)有文獻對在額定風速以上風力發(fā)電機變槳控制技術進行了研宄，這些文獻主 要是考慮了風機在額定風速以上運行，并沒有考慮風速在額定值上下波動的情況并且其控 制目標大多是為了維持風力發(fā)電機輸出功率穩(wěn)定。他們一味的追求使輸出功率穩(wěn)定而忽略 了變槳機構頻繁動作時的損耗，這就導致了變槳機構使用壽命的縮短，增加了維修次數(shù)和 時間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 發(fā)明目的：針對于風力發(fā)電機在額定風速上下波動運行情況，如果簡單的采用以 前以實時量作為變槳動作指令，則會造成便將機構的劇烈動作，并且非常頻繁，這就大大增 加了變槳機構損壞的可能性；為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種根據(jù)平均 值觸發(fā)風力發(fā)電機變槳動作指令的控制方法，該方法既能滿足功率穩(wěn)定，也能滿足變槳機 構平滑動作的控制。
[0005] 技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0006] -種根據(jù)平均值觸發(fā)風力發(fā)電機變槳動作指令的控制方法，根據(jù)當前時刻t前一 段時長T t內(nèi)的風速平均值R觸發(fā)風力發(fā)電機變槳動作指令：
[0007] 若風速平均值R與額定風速之差的絕對值小于等于判斷閾值S，則判斷風力 發(fā)電機在額定風速上下的抖動區(qū)工作，根據(jù)風速平均值S觸發(fā)變槳動作指令，同時減 小風力發(fā)電機的變槳速率；
[0008] 若風速平均值R與額定風速之差的絕對值大于判斷閾值S，則判斷風力發(fā)電 機在持續(xù)大于額定風速的高風速區(qū)工作，根據(jù)t時刻風速vt觸發(fā)變槳動作指令，同時 增大風力發(fā)電機的變槳速率；
[0009] 所述判斷閾值S為風力發(fā)電機所允許的最大風速波動幅值，S Vmax V額定 V額 g-Vmin，其中￥_為風力發(fā)電機所允許的最大風速，V min為風力發(fā)電機所允許的最小風速 和Vmin根據(jù)風力發(fā)電機并網(wǎng)時所允許的最大輸出功率的波動范圍計算，其中風速、風力發(fā)電 機轉(zhuǎn)速和風力發(fā)電機輸出功率之間存在著非線性的 對應關系。
[0010] 風速、風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速和風力發(fā)電機輸出功率存之間的關系可通過下式進行計 算：
[0011] 葉片捕獲風能及其轉(zhuǎn)化的機械功率pm通過下式計算：
【主權項】
1. 一種根據(jù)平均值觸發(fā)風力發(fā)電機變槳動作指令的控制方法，其特征在于：根據(jù)當前 時刻t前一段時長T t內(nèi)的風速平均值5觸發(fā)風力發(fā)電機變槳動作指令： 若風速平均值5與額定風速之差的絕對值小于等于判斷閾值δ，則判斷風力發(fā)電 機在額定風速上下的抖動區(qū)工作，根據(jù)風速平均值5觸發(fā)變槳動作指令，同時減小風力 發(fā)電機的變槳速率； 若風速平均值R與額定風速之差的絕對值大于判斷閾值δ，則判斷風力發(fā)電機在 持續(xù)大于額定風速的高風速區(qū)工作，根據(jù)t時刻風速Vt觸發(fā)變槳動作指令，同時增大 風力發(fā)電機的變槳速率； 所述判斷閾值δ為風力發(fā)電機所允許的最大風速波動幅值，δ =Vmax-Vtjg=Vtj S-Vmin，其中為風力發(fā)電機所允許的最大風速，Vmin為風力發(fā)電機所允許的最小風速 和Vmin根據(jù)風力發(fā)電機并網(wǎng)時所允許的最大輸出功率的波動范圍計算，其中風速、風力發(fā)電 機轉(zhuǎn)速和風力發(fā)電機輸出功率之間存在著非線性的 對應關系。
2. 根據(jù)權利要求1所述的根據(jù)平均值觸發(fā)風力發(fā)電機變槳動作指令的控制方法，其特 征在于：所述時長Tt的大小根據(jù)風速的波動范圍確定，根據(jù)實際需要設計為定步長或變步 長：若風速抖動劇烈，則增大T t的取值；若風速抖動平緩，則減小T t的取值。
3. 根據(jù)權利要求1所述的根據(jù)平均值觸發(fā)風力發(fā)電機變槳動作指令的控制方法，其特 征在于：所述時長Tt的取值與風速方差Var (V t)成正比關系，即：
其中：K為大于O的常數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種根據(jù)平均值觸發(fā)風力發(fā)電機變槳動作指令的控制方法，針對風速在風力發(fā)電機額定風速上下波動的情況的變槳控制策略，當變槳系統(tǒng)檢測到發(fā)電機轉(zhuǎn)速、輸出功率或者風速高于其額定值時，變槳系統(tǒng)開始動作，調(diào)整風機槳葉槳距角，減少風機捕獲功率來維持風力發(fā)電機輸出功率穩(wěn)定。以往的控制方法只專注于如何把輸出功率進行穩(wěn)定控制，但是由于風的隨機性與不穩(wěn)定性，風速可能在風力發(fā)電機額定風速上下波動，風力發(fā)電機轉(zhuǎn)速與功率也會在額定值上下波動，這就會導致變槳系統(tǒng)的頻繁動作，造成變槳機構的疲勞損耗。本方法是基于平均值算法的風力發(fā)電機變槳控制方法，大大提高了變槳系統(tǒng)動作的平滑性，減少了疲勞損耗，提高了系統(tǒng)的可靠性。
【IPC分類】F03D7-00
【公開號】CN104863793
【申請?zhí)枴緾N201510315062
【發(fā)明人】樊英, 趙雪浩, 夏子朋
【申請人】東南大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月10日