[發明專利]識別風力發電機組的葉片失速的方法及設備

有效

• 申請號: 202010811906.7
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN114076065B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 歐發順;李強;孫兆沖
• 申請（專利權）人: 金風科技股份有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;G06F30/20;G06F113/06
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 徐璐璐;王兆賡

本發明提供了一種識別風力發電機組的葉片失速的方法及設備。所述方法包括：基于風力發電機組的實時運行數據，確定葉片攻角；當第一預設時長內的葉片攻角均大于或等于葉片失速攻角時，確定葉片處于失速狀態，其中，所述葉片失速攻角是基于風力發電機組的滿足預設條件的歷史運行數據計算得到的。根據所述方法及設備，能夠快速且準確地識別葉片是否處于失速狀態。

技術領域

本發明總體說來涉及能源技術領域，更具體地講，涉及一種識別風力發電機組的葉片失速的方法及設備。

背景技術

現代大型風力發電機組通常為輸入升力型風機，即，通過葉片在不同葉片截面的翼型設計，葉片在轉動過程中，根據邊界層理論氣流在葉片前緣分離，葉片上方的氣流較快，根據伯努利方程氣壓較小，葉片下方的氣流較慢，氣壓較大，由于葉片截面的上下表面存在壓力差，且下方大于上方，這樣就產生了升力；同時，阻力與相對風速方向相同，升力和阻力的合力圍繞葉片的軸向方向形成了葉片的氣動扭矩。氣動扭矩的大小與風速大小密切相關，風速越大，氣動扭矩越大，反之越小。機組控制系統根據氣動扭矩的大小，給定相應的電磁扭矩，兩者必須保持匹配，才能確保機組葉輪轉速平穩。

機組在運行過程中，由于種種原因，例如，葉片本身翼型存在問題、惡劣的運行環境工況、或者本身參數設置不合理，會導致葉片產生失速問題。當葉片發生失速時，具體表現為：葉片在各個截面的升力急劇降低，阻力變大，從而導致機組出力降低，遠低于設計輸出，機組的功率曲線出現“凹坑”。

目前對于葉片失速的判斷主要是通過對機組的功率曲線進行分析，一般根據風速功率不匹配來進行判斷：在一定的環境溫度條件下，一定的風速條件下，當機組的功率輸出低于機組設計輸出一定比例時，判斷葉片為失速。當葉片失速時，一般采取保護停機或者根據失速的程度調整葉片的槳距角到一定角度以減輕葉片的失速程度，從而降低因葉片失速帶來的發電量損失。

然而，單純通過風速功率關系判斷葉片失速可能導致誤判。這是因為：導致機組功率曲線差的原因很多，比如機組自身因素，如控制參數不合適、變流器效率差、機組存在較大的靜態偏航對風偏差等自身因素；或者機組運行的外部因素，如風向變化、湍流強度等，如果上述單個因素存在或者同時存在，可能會導致機組出現葉片失速誤判。此外，機組的設計功率曲線中的風速默認為準確測量的風速，而機組的風速測量儀器風速儀位于葉輪后方，受到葉輪轉動時的擾流作用，導致風速測量結果不夠準確。由于風速測量結果不夠準確，通過風速功率關系判斷葉片是否失速，可能會導致判斷結果不準確。

發明內容

本發明的示例性實施例在于提供一種識別風力發電機組的葉片失速的方法及設備，其能夠解決現有技術存在的葉片失速識別結果不夠準確的問題。

根據本發明的示例性實施例，提供一種識別風力發電機組的葉片失速的方法，所述方法包括：基于風力發電機組的實時運行數據，確定葉片攻角；當第一預設時長內的葉片攻角均大于或等于葉片失速攻角時，確定葉片處于失速狀態，其中，所述葉片失速攻角是基于風力發電機組的滿足預設條件的歷史運行數據計算得到的。

可選地，基于風力發電機組的實時運行數據，確定葉片攻角的步驟包括：基于風力發電機組的實時運行數據，確定在與葉片的距葉片根部預設長度處對應的葉片截面處的攻角，并將確定的攻角作為葉片攻角。

可選地，所述實時運行數據包括以下項之中的至少一項：葉輪轉速、風向角、入流因子、軸向誘導因子、自由來流風速、葉片扭角、葉片槳距角。

可選地，基于風力發電機組的實時運行數據，確定在與葉片的距葉片根部預設長度處對應的葉片截面處的攻角的步驟包括：通過下式計算在與葉片的距葉片根部預設長度處對應的葉片截面處的攻角α：

其中，a表示入流因子或軸向誘導因子，U表示自由來流風速，β表示風向角，ω_葉輪表示葉輪轉速，θ_T表示葉片扭角，θ_p，0表示葉片槳距角，r表示所述預設長度。