風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角控制方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳距角控制方法、裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在滿發(fā)前(即輸出功率達(dá)到額定功率之前)，存在兩段運(yùn)行區(qū)，其一，發(fā)電機(jī)尚未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，此區(qū)稱之為最大風(fēng)能捕獲段；其二，發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，但輸出功率尚未達(dá)到額定功率，此區(qū)稱之為過渡段，一般情況下，發(fā)電機(jī)通過增大電磁扭矩提高功率輸出。在現(xiàn)場實(shí)際工況條件下，葉片在過渡段容易發(fā)生失速現(xiàn)象，導(dǎo)致葉片的氣動(dòng)性能降低，減少了葉片對風(fēng)能的吸收利用，葉片出力減小，功率輸出降低，直接影響機(jī)組在該風(fēng)速段的功率曲線。
[0003]一般情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在過渡段槳距角保持不變，通過調(diào)整電磁扭矩從而調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使機(jī)組保證比較大的尖速比，確保機(jī)組盡可能多的吸收風(fēng)能。實(shí)際情況下，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行在一些極端工況下，如高溫，高海拔條件下，葉片在過渡段會(huì)存在失速情況:葉片升力減小，阻力增大，葉片的風(fēng)能吸收量變小，在功率輸出表現(xiàn)為過渡段功率曲線偏離擔(dān)保功率曲線，出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象。
[0004]針對葉片失速，傳統(tǒng)的解決辦法是提高機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速，和/或提高葉尖速比，和/或提高風(fēng)能利用系數(shù)Cp，從而提高功率輸出。然而，發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速越高，機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)承受的疲勞載荷和極限載荷越大，可能會(huì)影響機(jī)組在整個(gè)生命周期的安全運(yùn)行。因此，在確保機(jī)組安全運(yùn)行的前提條件下，發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速提升的空間非常有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角的控制方法、裝置及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)在葉片失速情況下通過提高額定轉(zhuǎn)速，葉尖速比等方式調(diào)整輸出功率帶來的對機(jī)組安全運(yùn)行能力的不利影響。
[0006]—方面，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角的控制方法，其包括:
[0007]獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在滿發(fā)前的過渡段的輸出功率；
[0008]當(dāng)所述輸出功率出現(xiàn)異常時(shí)，根據(jù)預(yù)先獲得的葉片失速異常時(shí)風(fēng)向角的最大參考值、葉片失速正常時(shí)風(fēng)向角的最大參考值和初始最小槳距角，確定葉片的槳距角。
[0009]另一方面，還提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角的控制裝置，其包括:
[0010]獲取模塊，用于獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在滿發(fā)前的過渡段的輸出功率；
[0011]判斷模塊，用于判斷所述輸出功率是否出現(xiàn)異常；
[0012]處理模塊，用于當(dāng)所述輸出功率出現(xiàn)異常時(shí)，根據(jù)預(yù)先獲得的葉片失速異常時(shí)風(fēng)向角的最大參考值、葉片失速正常時(shí)風(fēng)向角的最大參考值和初始最小槳距角，確定葉片的槳距角。
[0013]又一方面，還提供一種在風(fēng)電場中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角的控制系統(tǒng)，其包括多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及場控制器，每一風(fēng)力電發(fā)機(jī)組包括上報(bào)模塊，用于上報(bào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率；所述場控制器中設(shè)置了根據(jù)上述裝置，所述場控制器還包括下發(fā)模塊，用于將所述確定后的槳距角下發(fā)至相應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以進(jìn)行實(shí)時(shí)槳距角調(diào)整。
[0014]上述技術(shù)方案的有益技術(shù)效果如下:
[0015]上述技術(shù)方案通過獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在滿發(fā)前的過渡段的輸出功率；當(dāng)該輸出功率出現(xiàn)異常時(shí)，根據(jù)預(yù)先獲得的葉片失速異常時(shí)風(fēng)向角的最大參考值、葉片失速正常時(shí)風(fēng)向角的最大參考值和初始最小槳距角，確定葉片的槳距角。該方案通過數(shù)據(jù)挖掘，對比相同機(jī)組在不同工況下葉片失速和正常運(yùn)行時(shí)各運(yùn)行參數(shù)，提取出機(jī)組正常運(yùn)行的特征值，并將其作為控制判斷條件和閾值，動(dòng)態(tài)調(diào)整葉片槳距角，從而消除葉片失速現(xiàn)象，提高葉片吸收風(fēng)能能力，改善機(jī)組的功率曲線。上述技術(shù)方案在不增加機(jī)組疲勞載荷和極限載荷的條件下，提高了機(jī)組在生命周期的發(fā)電效率。
【附圖說明】
[0016]附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號表不相同的部件。
[0017]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片翼型攻角示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的葉片氣動(dòng)性能與攻角的關(guān)系圖；
[0019]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例一的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角的控制方法流程圖；
[0020]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例二的風(fēng)向角的最大參考值的獲取流程圖；
[0021]圖5是本發(fā)明的實(shí)施例二的失速異常、失速正常時(shí)風(fēng)速-風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差散點(diǎn)圖；
[0022]圖6為本發(fā)明的實(shí)施例三的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)際輸出功率對比圖；
[0023]圖7為本發(fā)明的實(shí)施例四的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角的控制裝置的功能框圖；
[0024]圖8為本發(fā)明的實(shí)施例五的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角的控制裝置的功能框圖；
[0025]圖9為本發(fā)明的實(shí)施例六的風(fēng)電場中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角的控制系統(tǒng)架構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
[0027]—般來說，機(jī)組在滿發(fā)前，葉片槳距角(即最小槳距角，也叫最優(yōu)槳距角)是固定的。本發(fā)明通過對機(jī)組實(shí)際運(yùn)行瞬態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對比相同機(jī)組在不同工況下失速和正常運(yùn)行時(shí)各運(yùn)行參數(shù)，通過提取機(jī)組運(yùn)行特征值，生成控制信號，動(dòng)態(tài)調(diào)整葉片槳距角，從而消除葉片失速現(xiàn)象，提高葉片吸收風(fēng)能能力，改善機(jī)組的功率曲線。
[0028]本發(fā)明的目的是在沒有額外提尚集中載荷的情況下，改善機(jī)組功率曲線，提尚機(jī)組發(fā)電量。在本申請中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在葉片失速的情況下，根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)況，自動(dòng)調(diào)整葉片槳距角，提高機(jī)組的功率輸出，優(yōu)化功率曲線。
[0029]在描述各實(shí)施例之前，首選描述葉片的攻角及其與葉片氣動(dòng)性能之間的關(guān)系。圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片翼型攻角示意圖。圖1中，附圖標(biāo)記7是葉片翼型橫切面的弦線，附圖標(biāo)記8為葉輪旋轉(zhuǎn)平面，附圖標(biāo)記9是作用在葉片的相對風(fēng)速方向。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片入流角Φ是葉片的相對風(fēng)速方向9與葉輪旋轉(zhuǎn)平面8之間的夾角。Φ = α+β ;其中，α是攻角，β是最小獎(jiǎng)距角。一般來說，機(jī)組在滿發(fā)前，葉片最小槳距角β (也叫最優(yōu)槳距角)是固定的。在同一風(fēng)場中，由于風(fēng)機(jī)的排布位置各異，在同一時(shí)刻，各風(fēng)機(jī)機(jī)位點(diǎn)處的風(fēng)速、湍流強(qiáng)度及葉片入流角存在一定程度的差異。a代表的是葉片失速異常時(shí)對應(yīng)的葉片攻角最大參考值，b代表的是需要的調(diào)整的葉片槳距角。
[0030]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的葉片氣動(dòng)性能與攻角的關(guān)系圖。圖2縱坐標(biāo)中Cl是葉片的升力系數(shù)，Cd是葉片的阻力系數(shù)，Cl/Cd表征的是葉片的氣動(dòng)性能。Cl/Cd比值越大，表明葉片的氣動(dòng)性能越好，相同風(fēng)速條件下葉片吸收的風(fēng)能越多；反之，葉片氣動(dòng)性能越差。如圖2所示，Cl/Cd值與葉片攻角α密切相關(guān)，在一定范圍內(nèi)，攻角α越大，葉片氣動(dòng)性能越好，當(dāng)攻角α超過某一范圍(例如10?15度)后，葉片的氣動(dòng)性能急劇下降，出現(xiàn)葉片失速。機(jī)組葉片正常運(yùn)行的時(shí)候，在葉根部一定范圍內(nèi)存在失速情況，并不影響風(fēng)機(jī)正常功率輸出，該種工況稱之為葉片失速正常；如果上述失速區(qū)域向葉尖方向擴(kuò)大，導(dǎo)致葉片的升力急劇下降，阻力上升，機(jī)組功率輸出降低，該種工況稱之為葉片失速異常。
[0031]實(shí)施例一
[0032]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例一的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角的控制方法流程圖，如圖3所示，其包括如下步驟:
[0033]步驟310:獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在滿發(fā)前的過渡段的輸出功率；
[0034]步驟320:當(dāng)該輸出功率出現(xiàn)異常時(shí)，根據(jù)預(yù)先獲得的葉片失速異常時(shí)風(fēng)向角的最大參考值、葉片失速正常時(shí)風(fēng)向角的最大參考值和初始最小槳距角，確定葉片的槳距角。
[0035]其中，判斷輸出功率是否異常的方法有多種，例如通過與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)功率閾值進(jìn)行比較，或者，將該過渡段的輸出功率曲線與預(yù)設(shè)的輸出功率曲線進(jìn)行比較來確定，或者根據(jù)輸出功率與風(fēng)速之間的關(guān)系來判斷。
[0036]其中，葉片失速異常時(shí)風(fēng)向角的最大參考值、葉片失速正常時(shí)風(fēng)向角的最大參考值可以是預(yù)先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)定的，或者是根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)挖掘方法獲得的。
[0037]該方法在當(dāng)