風力發電機組的凈空控制方法、裝置及風力發電機組與流程

本公開涉及風力發電領域，更具體地，涉及一種風力發電機組的凈空控制方法、裝置及風力發電機組。

背景技術：

1、對于風力發電機組而言，根據風向、塔筒和葉輪三者位置的不同，可以分為上風型風力發電機組(也稱為逆風型風力發電機組或迎風型風力發電機組)和下風型風力發電機組。

2、上風型風力發電機組(upwind?wind?turbine)的葉輪(或者說轉子)在風的方向上安裝在機艙的前方，在面對相干陣風(coherent?wind?gust)和風向改變的情況下，可以通過使葉片相對于風變槳以減小來自風的推力，該推力會使得葉片遠離塔筒，即塔筒凈空變大。這里，塔筒凈空可以是風力發電機組的葉輪在旋轉過程中葉片尖端到塔筒表面的距離，其可用于判斷葉片在旋轉過程中是否會掃過塔筒。

3、下風型風力發電機組(downwind?wind?turbine)的布置示意圖如圖1所示，其葉輪在風的方向上安裝在機艙11的后方，參考圖1可知，在上述相干陣風和風向改變的狀況下，當下風型風力發電機組的葉片12被迫離開最佳轉子平面時，隨著風速增大，施加到下風型風力發電機組上的推力下降，這導致了與前面提到的相同的問題，葉片12將更少地遠離塔筒13，使得葉片12與塔筒13之間的凈空距離減小。

4、由此可知，對于下風型風力發電機組而言，與上風型風力發電機組不同的是，上述動作會將葉片拉向塔筒，而不是遠離使其遠離塔筒，使得在這種極端風況下，會使塔筒凈空減小。此外，陣風會使轉子向后傾斜，這也會導致葉片以較低的凈空通過塔筒。

技術實現思路

1、鑒于下風型風力發電機組在陣風狀況下塔筒凈空會降低而帶來葉片掃塔風險的問題，本公開提供一種變槳系統的風險預警方法、裝置及風力發電機組。

2、本公開的第一方面提供一種風力發電機組的凈空控制方法，所述風力發電機組為下風型風力發電機組，其中，所述凈空控制方法包括：確定用于所述風力發電機組的所有葉片的統一變槳控制參考值；響應于所述風力發電機組處于陣風狀況，基于所有葉片集體的傾斜力矩和預設的第一傾斜力矩參考值，確定每個葉片的獨立變槳控制參考值，其中，所述陣風狀況是指存在與塔筒的下風方向不同風向的風，所述第一傾斜力矩參考值用于補償所述不同風向的風施加到所述葉片的推力；針對每個葉片，基于所述統一變槳控制參考值與該葉片的獨立變槳控制參考值，控制該葉片變槳。

3、可選地，所述凈空控制方法還包括：變槳頻率增大或者所述風力發電機組的測風數據的變化量增大，確定所述風力發電機組處于陣風狀況。

4、可選地，所述凈空控制方法還包括：響應于所述風力發電機組未處于陣風狀況，基于每個葉片當前的傾斜力矩和預設的第二傾斜力矩參考值，確定每個葉片的獨立變槳控制參考值；針對每個葉片，基于所述統一變槳控制參考值與該葉片的獨立變槳控制參考值，控制該葉片的變槳動作。

5、可選地，所述第一傾斜力矩參考值的方向與所述不同風向的風的力矩方向不同。

6、可選地，通過以下方式確定每個葉片的獨立變槳控制參考值：基于每個葉片相對于葉片旋轉平面的彎矩和葉輪的方位角，確定所有葉片集體的傾斜力矩；基于所有葉片集體的傾斜力矩和預設的第一傾斜力矩參考值，確定所有葉片的統一傾斜控制參考值；基于所述統一傾斜控制參考值，確定每個葉片的獨立變槳控制參考值。

7、可選地，所述風力發電機組為兩葉片風力發電機組，其中，通過以下方式確定每個葉片的獨立變槳控制參考值：基于所述統一傾斜控制參考值、所述方位角以及所述兩個葉片的夾角，確定所述兩個葉片中的每個葉片的獨立變槳控制參考值。

8、可選地，所述確定用于所述風力發電機組的所有葉片的統一變槳控制參考值的步驟包括：基于發電機轉速和預設的發電機轉速參考值之差，確定第一變槳控制參考值；基于所述風力發電機的塔筒頂部的振動加速度，確定第二變槳控制參考值；基于所述第一變槳控制參考值和所述第二變槳控制參考值，確定所述統一變槳控制參考值。

9、可選地，基于以下方式中的至少一者確定所述風力發電機組處于陣風狀況：在預設時長內，所有葉片的槳距角變化量之和大于預設角度閾值；至少一個葉片的槳距角變化率大于預設變化率閾值；所述風力發電機組所處狀況的環境風速大于預設風速閾值；所述風力發電機組所處狀況的湍流強度大于預設強度閾值；所述風力發電機組所處狀況的空氣密度大于預設密度閾值。

10、可選地，所述第一傾斜力矩參考值在所述傾斜力矩的1％-10％范圍內。

11、本公開的第二方面提供一種風力發電機組的凈空控制裝置，所述風力發電機組為下風型風力發電機組，其中，所述凈空控制裝置包括：第一確定單元，被配置為確定用于所述風力發電機組的所有葉片的統一變槳控制參考值；第二確定單元，被配置為響應于所述風力發電機組處于陣風狀況，基于每個葉片當前的傾斜力矩和預設的第一傾斜力矩參考值，確定每個葉片的獨立變槳控制參考值，其中，所述陣風狀況是指存在與塔筒的下風方向不同風向的風，所述第一傾斜力矩參考值用于補償所述不同風向的風施加到所述葉片的推力；控制單元，被配置為針對每個葉片，基于所述統一變槳控制參考值與該葉片的獨立變槳控制參考值之和，控制該葉片變槳。

12、本公開的第三方面提供一種計算機設備，所述計算機設備包括：至少一個處理器；至少一個存儲計算機可執行指令的存儲器，其中，所述計算機可執行指令在被所述至少一個處理器運行時，促使根據本公開的實施例所述的風力發電機組的凈空控制方法。

13、本公開的第四方面提供一種風力發電機組，所述風力發電機組為下風型風力發電機組，所述風力發電機組包括根據本公開的實施例所述的計算機設備，或者，所述風力發電機組的變槳控制系統連接到根據本公開的實施例所述的計算機設備。

14、本公開的第五方面提供一種計算機可讀存儲介質，當所述計算機可讀存儲介質中的指令被至少一個處理器運行時，促使所述至少一個處理器執行根據本公開的實施例所述的風力發電機組的凈空控制方法。

15、根據本公開的風力發電機組的凈空控制方法、裝置及風力發電機組，可以響應于風力發電機組處于陣風狀況，基于所有葉片集體的傾斜力矩和預設的第一傾斜力矩參考值，確定各葉片的獨立變槳控制參考值，如此確定的獨立變槳控制參考值是考慮到陣風作用的參考值，基于該參考值控制葉片變槳可以補償在陣風中的風施加到葉片的推力，避免陣風作用導致的塔筒凈空減小。

技術特征：

1.一種風力發電機組的凈空控制方法，其特征在于，所述風力發電機組為下風型風力發電機組，其中，所述凈空控制方法包括：

2.根據權利要求1所述的凈空控制方法，其特征在于，所述凈空控制方法還包括：

3.根據權利要求1所述的凈空控制方法，其特征在于，所述凈空控制方法還包括：

4.根據權利要求1所述的凈空控制方法，其特征在于，所述第一傾斜力矩參考值的方向與所述不同風向的風的力矩方向不同。

5.根據權利要求1所述的凈空控制方法，其特征在于，通過以下方式確定每個葉片的獨立變槳控制參考值：

6.根據權利要求5所述的凈空控制方法，其特征在于，所述風力發電機組為兩葉片風力發電機組，其中，通過以下方式確定每個葉片的獨立變槳控制參考值：

7.根據權利要求1所述的凈空控制方法，其特征在于，所述確定用于所述風力發電機組的所有葉片的統一變槳控制參考值的步驟包括：

8.根據權利要求1所述的凈空控制方法，其特征在于，基于以下方式中的至少一者確定所述風力發電機組處于陣風狀況：

9.根據權利要求1所述的凈空控制方法，其特征在于，所述第一傾斜力矩參考值在所述傾斜力矩的1％-10％范圍內。

10.一種風力發電機組的凈空控制裝置，其特征在于，所述風力發電機組為下風型風力發電機組，其中，所述凈空控制裝置包括：

11.一種計算機設備，其特征在于，包括：

12.一種風力發電機組，其特征在于，所述風力發電機組為下風型風力發電機組，所述風力發電機組包括如權利要求11所述的計算機設備，或者，所述風力發電機組的變槳控制系統連接到如權利要求11所述的計算機設備。

13.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，當所述計算機可讀存儲介質中的指令被至少一個處理器運行時，促使所述至少一個處理器執行如權利要求1-9中的任一項所述的風力發電機組的凈空控制方法。

技術總結
本公開提供一種風力發電機組的凈空控制方法、裝置及風力發電機組，所述凈空控制方法包括：確定用于所述風力發電機組的所有葉片的統一變槳控制參考值；響應于所述風力發電機組處于陣風狀況，基于所有葉片集體的傾斜力矩和預設的第一傾斜力矩參考值，確定每個葉片的獨立變槳控制參考值；針對每個葉片，基于所述統一變槳控制參考值與該葉片的獨立變槳控制參考值，控制該葉片變槳。本公開解決了下風型風力發電機組在陣風狀況下塔筒凈空會降低的問題，可以補償在陣風中的與下風方向不同風向的風施加到葉片的推力，避免陣風作用導致的塔筒凈空減小。

技術研發人員：彼得·福格·奧德高
受保護的技術使用者：北京金風科創風電設備有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21