[發明專利]一種風力發電機組長周期控制參數自整定系統及方法

在審

• 申請號: 201610575895.0
• 申請日: 2016-07-20
• 公開（公告）號: CN107642457A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 張超;楊明明;何榮光;田元興
• 申請（專利權）人: 銳電科技有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司11139
• 代理人: 孫皓晨,李涵

技術領域

本發明涉及風力發電機組的控制策略研究與評估，特別涉及一種風力發電機組長周期控制參數自整定系統及方法。

背景技術

如圖1所示，為現有的風力發電機組從待機到并網發電過程的示意圖：在待機狀態下，當風速大于切入風速，控制系統根據不同的風速條件控制變槳角度，讓風輪開始旋轉，當滿足并網條件，即轉速大于并網轉速后，控制系統啟動變流器，開始并網發電。

并網發電之后，根據風速不同，機組運行于不同工作狀態，如下圖2所示。A以下為開環控制區(加速區)；BC為最優葉尖速比運行區；CD為額定轉速區，D點之后，為額定功率區，此時通過調整變槳角度，限制機組輸入功率。

根據風速不同，機組運行四個工作區(配合參閱圖3所示，為風力發電機組四個工作區的示意圖)：

恒速運行區一：風機自啟動到轉速達到最小并網轉速，則進入恒速工作區A，控制器控制風機并網，并隨著風速的增加控制機組的輸出功率增大，直到達到最佳Cp曲線(圖2中的B點)；

最優葉尖速比運行區：控制器控制風機運行于最佳Cp曲線之上，動態調整風機的輸出功率實現最大風能捕獲；

恒速運行區二：此時風力發電機組的電機轉速已經達到額定轉速，但是輸出功率還未達到額定值，隨著風速的增加控制機組的輸出功率增大，直到輸出功率達到額定值；

額定以上運行區：功率達到額定值后，控制器控制變槳角度，卸載掉多余的風能，維持機組運行在額定轉速和額定功率。

在以上四個工作區中，恒速運行區A、恒速運行區B需要轉矩控制參數，最優葉尖速比運行區需要最優葉尖速比增益參數，額定以上需要變槳控制參數，這些參數可以通過短周期仿真進行優化整定。但是，對于起機過程中的并網轉速等參數和額定以上時的偏航控制參數，目前缺少有效的優化整定工具，因此，如何提供一種風力發電機組長周期控制參數自整定評估系統及方法，可以實現對這些參數的自整定，即為本領域技術人員的研究方向所在。

發明內容

為了達到上述目的，本發明提供一種風力發電機組長周期控制參數自整定系統及方法，以解決起機和偏航參數影響發電量及機組載荷，但是缺少整定工具的問題。

為了達到上述目的，本發明提供一種風力發電機組長周期控制參數自整定系統，包括：

風力發電機組模型、控制參數生成器和控制策略模塊，其中：

所述風力發電機組模型與所述控制策略模塊連接，根據當前的風速、風向，按照控制器的控制策略，進行實時反應，完成多種動作，輸出數據；

所述控制參數生成器與所述風力發電機組模型及所述控制策略模塊連接，實時記錄所述風機仿真模型輸出的各種數據，并對數據進行分析評估，根據數據分析評估結果，生成新的控制參數，并輸出給控制策略模塊。

較佳的實施方式中，所述風力發電機組模型包括所有機械傳動系統、風模型、變槳系統模型、發電機模型及變流器模型。

較佳的實施方式中，根據所述風模型得到的風速風向數據，實時輸出風力發電機組運行狀態、發電機轉速、功率、變槳角度、偏航角度、塔筒載荷、葉片載荷和輪轂載荷。

較佳的實施方式中，所述控制策略模塊作為控制器，包括變槳、轉矩和偏航控制邏輯。

較佳的實施方式中，所述控制參數生成器包括：

記錄、統計分析數據單元、實時記錄風力發電機組仿真模型輸出數據；

尋找最優偏航控制參數單元，用于不斷循環尋找最優偏航控制參數；

尋找最優起機控制參數，用于不斷循環尋找最優起機控制參數。

較佳的實施方式中，所述控制策略模塊包括轉矩控制器、變槳控制器和偏航控制器，根據風速、發電機轉速、功率等實時測量數據，輸出期望轉矩、變槳角度和期望偏航角度。

為了達到上述目的，本發明還提供一種風力發電機組長周期控制參數自整定方法，包括以下步驟：

步驟T1：采集風場測風塔一年的風速風向數據；

步驟T2：建立某機型風力發電機組模型；

步驟T3：建立控制策略模塊；

步驟T4：建立控制參數生成器；

步驟T5：根據步驟T1至T4，建立完備的長周期控制參數自整定系統，通過進行循環的長周期仿真，得到最優的偏航、起機控制參數。

較佳的實施方式中，在所述步驟T4中，控制參數生成器分為兩個步驟：

步驟T41:尋找最優偏航控制參數；

步驟T42:尋找最優起機控制參數。

較佳的實施方式中，步驟T41包括如下子步驟：

步驟T411：偏航、起機參數賦初值；