[发明专利]一种漂浮式风力发电机组稳定控制方法

说明书

本发明公开了一种漂浮式风力发电机组稳定控制方法，在额定风速以下，检测发电机转速信号，经转矩控制环路输出转矩设定值，确保风轮转速可以随风速成比例调节，在风速变化时维持最佳叶尖速比不变，实现最大风能捕获；当风速达到额定风速，就通过变桨控制环路改变机组的桨距角，保持发电机转速维持在额定转速。本发明是在上述两个控制环路的基础上增加关于浮式基础平台摇荡信号的控制环路，称为浮式平台控制环路，具体是通过传感器获得浮式基础平台摇荡运行的加速度信号或速度信号，经过浮式平台控制环路进行控制参数整定，输出一个动态的转矩附加值，叠加到转矩控制环路的输出端，减少因浮式基础平台相关摇荡运动引起的机组载荷，提升机组稳定性。

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种漂浮式风力发电机组稳定控制方法。

背景技术

随着近年来国内海上风电技术的不断发展以及风能资源进一步需求，使得我国风电发电机组逐步由近海风电开始向深海区域扩展。深海风电技术需要采用浮式基础平台作为支撑，但由于受到波浪、海流等海洋环境的综合作用，浮式基础平台会产生相应的摇荡运动，再与风力发电机组自身相关结构特性耦合，就会更容易出现类似负阻尼等系统不稳定情况出现。

同样的，与固定式海上风力发电机组相比，漂浮式机组各部件所受到的载荷更大，机组运行响应更为剧烈，为了使机组可以在生命周期内安全可靠运行，就需要对整体重新进行设计分析。目前，解决机组载荷问题的方法大体分为两类，其一是通过改变机组刚度结构，使机组可以承受更大载荷，保证风机稳定运行；其二是通过改变风机运行时的响应机制，通过在不同风速和海浪情况下机组的运行状态，动态调整部件运行状态，降低机组系统的运行响应幅度，提升稳定性。增加风力发电机组的刚度重量，在增加机组稳定性的同时也伴随着经济成本上的大幅提升，如果增加浮式基础平台的相关阻尼器，在现有的固定式海上机组中可以参考的经验较少，对此本专利提出根据浮式平台实时运行状态的控制方法，在现在已有固定式海上风力发电机组的控制系统中，新增基于平台摇荡运行状态的控制策略，有效减少由于浮式平台相关摇荡运动引起的机组载荷，提升系统稳定性。

由于受到风资源随机性等特点影响，风力发电机组的载荷会随环境变化不断波动，在额定风速以下，机组沿最优增益曲线变化，尽最大可能捕获风能，在额定风速以上，机组通过变桨机构实时调整，保证输出恒定功率，为保证系统稳定，控制器能量需要在塔架频率以下得到足够衰减，这就要求变桨控制器带宽进行合理设置以避免变桨控制器和机组模态频率进行耦合，消除系统可能出现的不稳定情况，这种方法在陆上和海上固定式风力发电机组得到广泛应用。但在漂浮式风力发电机组中，根据现阶段研究表明，浮式基础平台表现出的特征频率更低，这使变桨环路控制器带宽受到极大限制，如果仅降低系统带宽，不能给予变桨机构足够的动态调速性能，就会容易超速等不稳定情况，从控制工程角度考虑，这是由于桨距角到发电机转速的传递函数在频域右半平面形成了非最小相位系统，导致机组相位有较大滞后，影响了机组系统的稳定性和快速性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种漂浮式风力发电机组稳定控制方法，在现在已有固定式海上风力发电机组的控制系统中，新增基于平台摇荡运行状态的控制策略，可有效减少由于浮式基础平台相关摇荡运动引起的机组载荷，特别是抑制由于浮式基础平台相关运行对机组产生的不稳定影响，提升机组稳定性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种漂浮式风力发电机组稳定控制方法，包括转矩控制环路和变桨控制环路，在额定风速以下，机组的主控系统检测发电机转速信号，经转矩控制环路输出转矩设定值，确保风轮转速能够随风速成比例调节，在风速变化时维持最佳叶尖速比不变，实现最大风能捕获，而当风速达到额定风速，就会通过变桨控制环路改变机组的桨距角，保持发电机转速维持在额定转速；还包括关于浮式基础平台摇荡信号的控制环路，称为浮式平台控制环路，具体是指，通过传感器获得风力发电机组的浮式基础平台摇荡运行的加速度信号或速度信号，经过浮式平台控制环路进行控制参数整定，输出一个动态的转矩附加值，叠加到转矩控制环路的输出端，减少由于浮式基础平台相关摇荡运动引起的机组载荷，提升机组稳定性。