[发明专利]用于风电机组的降载控制方法和装置

说明书

本发明提供一种用于风电机组的降载控制方法和装置，该降载控制方法包括：实时监测风电机组的入流风速；确定预定时间段内的入流风速的平均值；当入流风速的平均值大于额定风速且持续预定时间长度时，控制风电机组在偏航降载控制模式下运行，其中，在偏航降载控制模式下，以通过控制风电机组执行偏航动作来降低叶根载荷，并使所述风电机组保持以额定功率运行。采用本发明示例性实施例的用于风电机组的降载控制方法和装置，在不影响风电机组最优功率输出的条件下，通过主动偏航控制方式来降低叶根载荷。

技术领域

本发明总体说来涉及风电技术领域，更具体地讲，涉及一种用于风电机组的降载控制方法。

背景技术

为了降低发电成本，提高风电场的风资源利用率，使得单台风电机组的容量越来越大，风轮半径的尺寸也显著增长。叶片大型化可以提高单台风电机组的风能捕获面积，增加其发电量，但是同样会导致风电机组的叶片的入流条件在时间、空间尺度上更具不确定性，叶片各截面的气动载荷更具非定常性。

典型地，在竖直风剪切条件下，大型风电机组的叶片在旋转过程中入流条件的周期性波动更为明显。为降低风电机组的气动载荷变化，减轻风电机组的疲劳损伤，以降载为目标的各种控制策略是当前风电技术研发的焦点之一。

传统的水平轴风电机组的控制系统采用各类传感器实时测量入流风速的大小与方向、风轮转速、发电机转速、转矩和电功率等，通过各类激励器或驱动机构调节发电接转矩、偏航角或者桨矩角，最终实现功率优化、载荷控制与安全运行。

目前，现有风电机组的偏航控制系统的主要功能在于实现额定风速以下的低风速入流条件时的风电机组功率优化。即，根据风速仪、风向仪等传感器的实时监测结果，降低风轮轴向与来流风向的角度以实现对风，从而提高风电机组的发电量。在均匀入流条件下，风电机组总是在正对风向的条件下能够获得最大风能捕获。

此外，目前主流兆瓦级风电机组的控制策略为变速变桨控制方式，其中桨叶调节控制策略一般为统一变桨或者整体变桨方法。变速变桨控制机构包含大量的传感器和执行机构以实现功率、速度调节。

上述变速变桨控制方式主要是依赖于发电机转矩控制单元和叶片桨矩角伺服控制单元来实现对发电机转矩和叶片桨距角的调节。上述控制策略的缺陷在于：基于发电机转矩的调节和整体变桨的控制策略无法有效缓解由不同叶片方位角下入流条件变动导致的载荷波动，例如，由于竖直风剪切效应导致的载荷波动。

除上述整体变桨的控制策略之外，还可以在各个叶片根部布置大量传感器，以实时测量叶根弯矩的变化，从而实现叶片独立变桨。采用叶片独立变桨控制方式可以有效降低气动载荷波动，但其代价是需要更快的变桨速率以及显著增加的桨叶调节需求，这就又对叶片控制机构的成本、维护以及运行安全提出了要求。因此，有必要研究其他无需增加桨叶调节等致动需求便可以实现有效降载的方法。

此外，现有的降载控制方式还可能会使得风电机组的非旋转部件(例如，机舱、塔架等)的气动载荷波动有不同程度的增加。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的在于提供一种用于风电机组的降载控制方法和装置，以克服上述至少一个缺陷。

在一个总体方面，提供一种用于风电机组的降载控制方法，包括：实时监测风电机组的入流风速；确定预定时间段内的入流风速的平均值；当入流风速的平均值大于额定风速且持续预定时间长度时，控制风电机组在偏航降载控制模式下运行，其中，在偏航降载控制模式下，以通过控制风电机组执行偏航动作来降低叶根载荷，并使所述风电机组保持以额定功率运行。

可选地，控制风电机组在偏航降载控制模式下运行的步骤可包括：确定偏航降载控制模式下的最优偏航角度值，所述最优偏航角度值可为使得在叶片的一个旋转周期内叶根载荷变化最小的偏航角度值；控制风电机组的风轮旋转至所述最优偏航角度值，以降低叶根载荷。