[發明專利]一種避免風電機組限功率運行在共振區域的控制方法

有效

• 申請號: 202011095427.6
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112283025B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 劉明昊;黃國燕
• 申請（專利權）人: 明陽智慧能源集團股份公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種避免風電機組限功率運行在共振區域的控制方法，當限功率轉速設定值在共振區域上下邊界轉速變化范圍內，并大于共振點轉速，且限功率功率設定值大于共振區域下邊界最大功率，調整限功率轉速設定值為共振區域上邊界轉速，當限功率轉速設定值小于共振點轉速，限功率功率設定值小于共振區域上邊界最小功率，調整限功率轉速設定值為共振區域下邊界轉速；當不滿足上述兩種情況時，若機組處于共振區域的高轉速區域內，將限功率轉速設定值設定為共振區域上邊界轉速，否則設定為共振區域下邊界轉速，限功率功率設定值除以限功率轉速設定值，得到限功率條件下轉矩設定值。本發明可減少因塔架固有頻率和風輪轉頻耦合引起的機組振動等波動。

技術領域

本發明涉及風力發電的技術領域，尤其是指一種避免風電機組限功率運行在共振區域的控制方法。

背景技術

在風電行業進入后補貼時代，為保持市場競爭力，各整機廠商不斷推出大葉輪、大兆瓦機型搶占市場份額。2020年第一季度，全球風電訂單容量接近14GW，隨著機組葉輪直徑的不斷增大，塔架高度不斷增加，功率等級進一步增大，預計2021年后，國內主流風機容量將從2.5-3MW過渡至3-5MW級。

目前，變速變槳風電機組在額定風速以下，通過轉矩控制器實現風能最大獲取；在額定風速以上通過變槳控制器進行功率限制，保證機組正常運行。基于最優增益Kopt參數，轉速-轉矩基本滿足圖1中的關系曲線。

隨著塔基高度的不斷增加，塔架頻率逐漸降低，為避免因塔架一階固有頻率和機組1P、3P等風輪轉頻耦合引起的機組振動及其它故障，通常設定類似圖1中C-D-E-F所示的轉矩跳轉區域。

當風速較小時，將轉速設定點設置在共振穿越區域下邊界轉速，采用轉矩控制方式，控制發電機轉速盡量地維持在共振穿越區域下邊界轉速。當風速增加后，此時發電機轉矩超過共振穿越區域下邊界轉速對應的最大轉矩，即圖中D點對應轉矩，機組發電機轉速開始向上跳轉穿越，從共振穿越區域C點轉速爬升至E點轉速，同時發電機轉速設定值逐漸降低。若風速不再增加，同樣利用轉矩控制方式，控制發電機轉速維持在共振穿越區域上邊界轉速，即E-F曲線對應轉速；若風速繼續增加，根據原始轉速-轉矩曲線繼續進行控制；如果風速減小，發電機轉矩低于共振區域F點對應轉矩值，則發電機轉速通過設定值以一定速率從E點轉速值下降至C點轉速值，實現共振區域穿越。

通常情況下，風電機組會收到來自遠程SCADA、機組自身運行條件限值及現場調試等不同情況下的限功率要求。隨著轉速-轉矩查表控制方法的不斷消失，現階段，絕大多數機組通過設定具體功率值的方法，使機組滿足限功率條件要求。

當機組接收到限功率功率設定值后會進行判斷，如果功率運行在最優增益區間內，會通過公式計算出限功率功率設定值對應的轉速設定值和轉矩設定值。

假設機組收到限功率具體參數，經過計算后，對應轉速、轉矩設定點運行在共振區域內，就會破壞機組共振區域限定條件，如果機組長時間運行在共振區域上下邊界轉速變化范圍(C-E轉速區間)內，就會引起塔架振動等現象發生，破壞機組正常穩定運行。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種避免風電機組限功率運行在共振區域的控制方法，減少機組因塔架固有頻率和風輪轉頻耦合引起的機組振動等波動，提高機組運行的穩定性和可靠性。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種避免風電機組限功率運行在共振區域的控制方法，首先，通過塔架一階固有頻率獲得機組的共振點轉速和共振區域上下邊界轉速變化范圍；

當限功率轉速設定值在共振區域上下邊界轉速變化范圍內，判斷限功率轉速設定值是否大于共振點轉速，做如下調整：

第一種情況：當限功率轉速設定值大于共振點轉速，同時限功率功率設定值大于共振區域下邊界最大功率時，則調整限功率轉速設定值為共振區域上邊界轉速；