[发明专利]一种风机均化风速预测方法及其用于柔塔风机的控制方法

说明书

一种风机均化风速预测方法及其用于柔塔风机的控制方法，该均化风速预测方法基于风机空气动力学函数的均化风速的计算方法，并对均化风速进行修正补偿，得到均化风速预测输出值，简化了求解过程。将该均化风速预测结果用于柔塔风机控制，通过均化风速预估算法的计算，其预估结论用于柔塔振动区穿越的控制输入量，使穿越算法准确判断是否达到穿越条件，从而减少穿越次数，提高穿越必要性，进而提高机组发电量及安全性。本发明提出了指定机型均化风速的求取方法，即利用风机多种测量信号及状态信息通过算法推算求取均化风速，并提出了均化风速在风机控制中的价值作用。均化风速的求取，使高塔控制、大风减载控制变的简单准确。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风机均化风速预测方法及其用于柔塔风机控制的方法。

背景技术

风力发电在中国经历高速发展之后，随着风力发电开发向低风速地区转移，增加塔筒高度以提高发电效率已成为明确趋势。目前全球范围内高塔筒主要有三条技术路线，分别为全钢柔性塔筒、砼钢混合塔筒和全混凝土塔筒。

塔筒自身频率在叶轮1P(风轮额定转速下的1阶频率称为1P，3阶频率称为3P)以上为传统塔筒，以下为柔性塔筒。塔筒高度增加，可提高风电机组的利用小时数，但传统的塔筒在高于100米后，重量会出现指数型增加，成本大幅攀升，而全钢柔性塔筒的重量则轻得多，由于柔塔频率低于叶轮额定转速频率，在叶轮达到额定转速之前，塔筒固有频率于风轮转速的1P存在交点，容易出现涡激共振，柔性塔筒控制策略是匹配塔架高度增加的应对控制策略，在增加风机发电量，减小塔架钢材用量，降低度电成本方面，具有不可替代的作用。

柔塔控制策略中的关键策略为共振区穿越策略，穿越策略成功的关键在于可靠判断穿越条件，即能够准确判断风轮当前吸收风能的能量。故此，均化风速的预测成为柔塔穿越控制的关键需求技术。

目前，对柔塔风机共振区域穿越条件的判断一般用风轮转速和当前功率进行判断，风轮转速和当前功率在风机沿设置好的功率曲线运行情况下，是风轮平面内风速有效值的反映，但是风机运行状态很难始终保持在设计功率曲线上，这样就造成了风轮转速和当前功率不能真实反映均化风速事实。

目前的采用风速风向仪测量得到的风速，会受尾流、风轮避挡等因素干扰，存在测量偏差；更重要的风速风向仪只测量安装位置处风速，并不能代表整个风轮平面内的风速。现有技术中的激光测风可以提前测量风轮前方的风速，可用于风机前馈控制等，但不同与本发明的均化有效风速，激光测风还是单点测量风速，在风机控制中可用于宏观功率变化的预判，同时激光测风设备价格昂贵。以风速卡尔曼滤波为代表的短期风速预测，预测目标追求与单点测风风速的重合度，在风机控制上只能作为风机状态跳转的宏观方向性参考，不能用于风机功率控制等输入参数。

对于塔架振动区穿越控制目前采用的利用风轮转速和当前功率进行判断方法，只能静态在设计曲线上反应均化风速值，对于动态运行的风机，很难实时反应风轮平面内风速平均有效值。利用这样的输入进行振动区穿越，会因穿越条件判断错误而造成过多发电量损失；同时会带来机组频繁穿越振动区现象，导致机组振动增大，影响整机疲劳载荷寿命，严重者会造成风机故障甚至事故。

发明内容

本发明主要解决风轮平面内平均有效风速的准确估计问题，提出了一种风机均化风速预测方法及其用于柔塔风机控制的方法。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种风机均化风速预测方法，包括如下步骤：

对测量风速做预处理后计算预估均化风速稳态值；

根据风轮加速度变化率和风轮加速度值计算当前功率下的均化风速变化量，根据该均化风速变化量对其进行模糊PI控制，以得到预估均化风速补偿值；

将所述预估均化风速稳态值和补偿值的和作为均化风速预测输出值；