[发明专利]一种风力发电机阵风降载运行控制方法

权利要求书

1.一种风力发电机阵风降载运行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，通过激光测风雷达采集距离风力发电机风机设定距离处的风速数据和风向数据，根据风速数据得到风机处的测量风速；

步骤二，通过机舱顶部风向标得到风向，若激光测风雷达所测风向和机舱顶部风向标所测风向偏差在设定度以内，则以激光雷达所测风向为基准执行偏航动作，否则，以机舱顶部风向标所测风向为基准执行偏航动作，确保风机准确对风；

步骤三，根据发电机功率与转矩的关系，通过牛顿迭代算法预估得到估计风速值；

步骤四，通过风速计测量风机机舱处的风速，得到机舱处测量风速值，根据机舱处测量风速值和估计风速值得到机舱处的风速值；

步骤五，根据测量风速与机舱处风速的风速差值，得到变桨补偿系数，根据变桨系数，得到变桨补偿值，变桨控制器根据变桨补偿值控制风机变桨；

所述的根据风速数据得到风机处的测量风速，包括如下过程：

风速按如下方式进行计算：

其中的V为激光雷达合成风速；u为激光雷达切向风速； w为激光雷达轴向风速；为los1激光束方向风速；为los2激光束方向风速；为los1激光束和los2激光束与轴线的夹角； 为相对风向得到激光测风雷达的风速V；

将激光雷达的测量风速做平滑滤波处理：

为第n次采样的滤波数据输出；为第n-i次的采样数据；N为平均时间系数，滑动平均值即为测量风速，记为；

所述的根据发电机功率与转矩的关系，通过牛顿迭代算法预估得到估计风速值，包括如下过程：

根据发电机功率与转矩的关系，可做如下计算：

式中：P为风力发电机有功功率，为发电机气动转矩，为发电机旋转角速度；气动转矩可从变频器处实际测量得出，然后再根据牛顿迭代算法预估有效风速值：

式中，v的最优解即为估计风速值，记为；

所述的通过风速计测量风机机舱处的风速，得到机舱处测量风速值，根据机舱处测量风速值和估计风速值得到机舱处的风速值，采用如下公式：

机舱处的风速值：

所述的根据测量风速与机舱处风速的风速差值，得到变桨补偿系数，根据变桨系数，得到变桨补偿值，变桨控制器根据变桨补偿值控制风机变桨，包括如下过程：

机舱处风速和激光雷达测量风速之间风速差值绝对值在2 m/s 以上即为阵风，阵风启动值为5m/s，前馈控制器根据风速得到桨距角前馈值，与PID控制器输出的桨距角相加，作为变桨距系统的桨距角设定值，根据桨距角设定值进行桨距控制；前馈控制器表达式为：

；

降载运行控制包括：

（1）当风机处于来流阵风时，阵风控制对变桨速度或变桨角度的补偿,收桨速度应为正常运行速率的1.2倍，同时，限定阵风控制器的变桨速度输出幅值在(-2,+6)°/s以内；

（2）若风速在额定风速以上时，根据风机叶片长度、整机单机容量、变桨系统特性、功率特性，在风速启动阈值后，进行阵风判断，若判定为阵风将要来临，则应降低目标转速，该目标设定转速可适当降低50rpm；同时，将变桨速率和变桨速率按照预定的系数进行调整；

（3）设计前馈控制器，前馈控制器的作用就是根据风速给出合适的桨距角前馈值，与PID控制器输出的桨距角相加，作为变桨距系统的桨距角设定值；当风速增大时，前馈控制器及时增大桨距角设定值，使桨距角增大，减小风轮吸收的风能；反之，前馈控制器减小桨距角设定值，增加风轮吸收的风能，从而维持额定风速以上的功率恒定。