[发明专利]一种基于偏航变桨联动控制降载的功率控制方法和系统

说明书

本发明涉及一种基于偏航变桨联动控制降载的功率控制方法和系统。所述控制方法根据获取的当前风速、风轮的当前方位角、风轮的当前桨距角、风轮的当前转矩和风轮的当前转速确定待控制风力机的风轮功率后，再根据风轮功率与额定功率间的关系确定待控制风力机的功率状态，接着根据功率状态生成控制指令，并根据控制指令完成功率控制，以能够有效解决现有技术存在的载荷问题，进而显著提高超大型风力发电机组的使用寿命。

技术领域

本发明涉及发电机功率控制技术领域，特别是涉及一种基于偏航变桨联动控制降载的功率控制方法和系统。

背景技术

目前超大型风力发电机组已成为发电的主流机型。由于超大型风力机并网时，风力机发电频率和功率需要满足既定的要求，所以风力机在运行当中需要进行功率调节。而目前存在的主流功率控制方式是在低于额定风速时桨距角保持为零，通过控制电机转矩使风轮转速以最佳叶尖速比曲线旋转，在额定风速以后转速达到最大值。而由于风速的增大，风力机捕获的功率依旧增大，此时为了保证符合电网要求，需要通过变桨机构主动变桨使叶片失速，进而控制功率恒定。

上述功率调节方式，偏航动作的目的是为了对风，使风力机风轮最大程度的获得能量，而在额定风速以后就只靠变桨机构根据风速信息进行变桨调节功率。变桨机构变桨执行动作需要的信号虽然是经过处理的，但是实际风速是脉动的、不稳定的，为使功率恒定，则需要连续不规律的执行大幅变桨动作，这样就导致在额定风速以后的大风速阶段变桨机构和叶片的疲劳载荷增大，减少变桨机构和叶片的使用寿命。

当风力机处于高风速，由于风轮正对风，捕获的风能量最大，而此时风轮捕获的风能Q＝Q₁+Q₂，其中Q₁是风轮提供给发电机用于发电的能量，Q₂是使风轮的旋转速度继续增大的能量，而这个使风轮转速增加的能量会使风轮出现过速飞车或过速停机的故障，而且高速旋转会增大机组的疲劳载荷，长期运行在较高的转速，会使机组损耗严重，降低使用寿命。目前，这部分加速能量是采取变桨控制策略进行控制，在变桨控制策略中，虽然限制了风轮的转速，但由于风轮依旧垂直于风速，这部分能量通过以推力的形式作用在风轮上而消耗，风力发电机组的风轮将会承受很大的风力载荷，这些风力载荷将会增大机组的疲劳载荷，会使机组损耗严重，降低使用寿命。

中国专利CN 102777322提出了一种能够通过风向角与风机转速的对应关系，控制风机适量偏航，在偏航与变桨的双重作用下，使机组长时间运行在稳定转速，防止机组过速停机。然而该文献仅仅考虑了方位角和风轮转速的关系，但是当原始桨距角不同时，方位角和风机转速并没有直接相关的关系，而且也没有给定具体的风速和风向角、桨距角对应的转速和功率，根本无法在小范围变桨内达到精确的控制。且该方法只考虑了在同一桨距角下的转速，该方法想要达到限制功率的目的，需要在偏航后进行多次的变桨控制动作，未考虑风力机的变桨机构和风力机叶片的疲劳载荷。再者，该方法在额定风速前后都采用偏航系统也参与了功率限制中，这无疑增加了偏航系统的使用次数，也增加了偏航机构的疲劳载荷。

发明内容

基于以上现存的风力机功率控制中存在的载荷问题，本发明提供了一种基于偏航变桨联动控制降载的功率控制方法和系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于偏航变桨联动控制降载的功率控制方法，包括：

获取当前风速、风轮的当前方位角、风轮的当前桨距角、风轮的当前转矩、风轮的当前转速和初始量；所述初始量包括：额定功率、额定风速和额定转速；

根据所述当前风速、所述风轮的当前方位角、所述风轮的当前桨距角、所述风轮的当前转矩和所述风轮的当前转速确定待控制风力机的风轮功率；

根据所述风轮功率与所述额定功率间的关系确定待控制风力机的功率状态；所述功率状态包括：欠功率状态、功率过调状态和功率欠调状态；

根据所述功率状态生成控制指令，并根据所述控制指令完成功率控制。