[发明专利]一种风力发电机组长周期控制参数自整定系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机组的控制策略研究与评估，特别涉及一种风力发电机组长周期控制参数自整定系统及方法。

背景技术

如图1所示，为现有的风力发电机组从待机到并网发电过程的示意图：在待机状态下，当风速大于切入风速，控制系统根据不同的风速条件控制变桨角度，让风轮开始旋转，当满足并网条件，即转速大于并网转速后，控制系统启动变流器，开始并网发电。

并网发电之后，根据风速不同，机组运行于不同工作状态，如下图2所示。A以下为开环控制区(加速区)；BC为最优叶尖速比运行区；CD为额定转速区，D点之后，为额定功率区，此时通过调整变桨角度，限制机组输入功率。

根据风速不同，机组运行四个工作区(配合参阅图3所示，为风力发电机组四个工作区的示意图)：

恒速运行区一：风机自启动到转速达到最小并网转速，则进入恒速工作区A，控制器控制风机并网，并随着风速的增加控制机组的输出功率增大，直到达到最佳Cp曲线(图2中的B点)；

最优叶尖速比运行区：控制器控制风机运行于最佳Cp曲线之上，动态调整风机的输出功率实现最大风能捕获；

恒速运行区二：此时风力发电机组的电机转速已经达到额定转速，但是输出功率还未达到额定值，随着风速的增加控制机组的输出功率增大，直到输出功率达到额定值；

额定以上运行区：功率达到额定值后，控制器控制变桨角度，卸载掉多余的风能，维持机组运行在额定转速和额定功率。

在以上四个工作区中，恒速运行区A、恒速运行区B需要转矩控制参数，最优叶尖速比运行区需要最优叶尖速比增益参数，额定以上需要变桨控制参数，这些参数可以通过短周期仿真进行优化整定。但是，对于起机过程中的并网转速等参数和额定以上时的偏航控制参数，目前缺少有效的优化整定工具，因此，如何提供一种风力发电机组长周期控制参数自整定评估系统及方法，可以实现对这些参数的自整定，即为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种风力发电机组长周期控制参数自整定系统及方法，以解决起机和偏航参数影响发电量及机组载荷，但是缺少整定工具的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种风力发电机组长周期控制参数自整定系统，包括：

风力发电机组模型、控制参数生成器和控制策略模块，其中：

所述风力发电机组模型与所述控制策略模块连接，根据当前的风速、风向，按照控制器的控制策略，进行实时反应，完成多种动作，输出数据；

所述控制参数生成器与所述风力发电机组模型及所述控制策略模块连接，实时记录所述风机仿真模型输出的各种数据，并对数据进行分析评估，根据数据分析评估结果，生成新的控制参数，并输出给控制策略模块。

较佳的实施方式中，所述风力发电机组模型包括所有机械传动系统、风模型、变桨系统模型、发电机模型及变流器模型。

较佳的实施方式中，根据所述风模型得到的风速风向数据，实时输出风力发电机组运行状态、发电机转速、功率、变桨角度、偏航角度、塔筒载荷、叶片载荷和轮毂载荷。

较佳的实施方式中，所述控制策略模块作为控制器，包括变桨、转矩和偏航控制逻辑。

较佳的实施方式中，所述控制参数生成器包括：

记录、统计分析数据单元、实时记录风力发电机组仿真模型输出数据；

寻找最优偏航控制参数单元，用于不断循环寻找最优偏航控制参数；

寻找最优起机控制参数，用于不断循环寻找最优起机控制参数。

较佳的实施方式中，所述控制策略模块包括转矩控制器、变桨控制器和偏航控制器，根据风速、发电机转速、功率等实时测量数据，输出期望转矩、变桨角度和期望偏航角度。

为了达到上述目的，本发明还提供一种风力发电机组长周期控制参数自整定方法，包括以下步骤：

步骤T1：采集风场测风塔一年的风速风向数据；

步骤T2：建立某机型风力发电机组模型；

步骤T3：建立控制策略模块；

步骤T4：建立控制参数生成器；

步骤T5：根据步骤T1至T4，建立完备的长周期控制参数自整定系统，通过进行循环的长周期仿真，得到最优的偏航、起机控制参数。

较佳的实施方式中，在所述步骤T4中，控制参数生成器分为两个步骤：

步骤T41:寻找最优偏航控制参数；

步骤T42:寻找最优起机控制参数。

较佳的实施方式中，步骤T41包括如下子步骤：

步骤T411：偏航、起机参数赋初值；