[发明专利]一种风力发电机变桨控制方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机变桨控制方法，包括以下步骤：1）判断机组是否出现外部差异变桨退出需求，是则进入步骤2），否则进入步骤3）；2）判断风电机组差异变桨控制功能是否开启，是则采用纯协同变桨控制，否则进入步骤3）；3）判断是否发电机转速大于差异变桨切入转速且桨距角小于差异变桨切出桨距角，是则差异变桨控制器保持满幅值输出；否则通过增益调度环来实现差异变桨控制器退出；各个桨叶的目标桨距角输出给变桨系统，执行变桨动作，最后差异变桨使能关闭且差异变桨控制器输出为0。本发明在纯协同变桨与差异变桨策略间进行协同调度控制，在非必要工况和停机过程下平滑关断差异变桨环，实现整个切换过程都不增加不平衡载荷。

技术领域

本发明涉及风电领域，特别涉及一种风力发电机变桨控制方法。

背景技术

随着风电机组单机容量的增大和风能技术的成熟，目前大型风电机组研究重点是降低制造和运行成本。通过减小风电机组各关键部件的载荷，以减轻这些关键部件的重量，并提高设备的可靠性和延长使用寿命，风湍流、风剪切、塔影效应、偏航偏差等因素会对大型风电机组的叶轮产生不均衡载荷，且风轮直径也越大，整个风轮面受力的不均衡度就越强，叶轮上不均衡载荷也就越明显。复杂地形特别是山地风场的风力发电机组运行过程中，将受到风切变及强湍流等外界环境影响，越大叶轮的风电机组所受到的不平衡越大。

差异变桨控制器的设计是基于协同变桨的控制方法，针对检测到的不平衡载荷，通过反馈控制，将不平衡载荷转换为桨距角控制，在协同控制的基础上，加上独立的差异变桨控制信号机制，从而使各个桨距角在存在不平衡载荷的情况下可以以不同的角度进行控制，补偿不平衡载荷。

当风电机组采用协同变桨控制时，如果在运行过程中出现停机退出需求时，风电机组各个桨叶会以固定变桨速率顺桨到停机位置，由于各个桨叶始终得到是相同变桨控制指令，因此整个停机过程各个桨叶的位置是始终相同(如图1所示)。

但当风电机组采用差异变桨控制等技术后，各个桨叶得到变桨控制指令存在各自独立分量，在此情况下，风电机组运行过程中各个桨叶的位置将互不相同。

如果机组在差异变桨工作状态下出现停机需求，常规停机控制方法，即采用与协同变桨控制时相同的停机模式，各个桨叶以固定相同速率顺桨到停机角度，由于各个桨叶在初始时刻的桨距角处于不同位置，因此各个桨叶位置在停机过程始终存偏差(如图2所示)，这种传统控制方法会给风电机组造成较大不平衡载荷。

除以上情况外，风电机组并非在所有运行时刻均需要采用差异变桨等控制技术。使用差异变桨等技术将对风电机组的变桨执行系统与变桨轴承等传动部件带来很高负荷，在非必要情况下维持协同变桨状态是对风力发电机组重要组件的一种必要平衡保护措施。

因此，不仅在停机等紧急情况下还是在正常运行的有差异变桨分量状态切换的情况下，都需要一种快速可靠的协同控制方法来保证切换过程中风电机组不会产生较大不平衡载荷，从而保护风机安全。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种算法简单、安全可靠的风力发电机变桨控制方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种风力发电机变桨控制方法，是基于变桨控制装置实现的，变桨控制装置包括协同变桨控制器、差异变桨控制器、变桨调度控制器，差异变桨控制器中设有增益调度环，风力发电机组与协同变桨控制器、差异变桨控制器连接，协同变桨控制器、差异变桨控制器与变桨调度控制器连接，变桨调度控制器与风力发电机组连接；

变桨控制方法包括以下步骤：

1)判断机组是否出现外部差异变桨退出需求，如果是，则进入步骤2)，如果否，则进入步骤3)；

2)判断是否当前风速小于预设风速阈值或当前转速低于预设差异变桨启动转速阈值，如果是，则风电机组差异变桨控制功能未开启，此时协同变桨控制器不需要采取任何动作，采用纯协同变桨控制；如果否，则风电机组差异变桨控制功能已开启，进入步骤3)；