提高風電機組弱風發電量的變槳控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及風力發電技術領域，具體地，涉及一種恒最低轉速區域通過提前槳距 角動作增加發電量的控制方法。
【背景技術】
[0002]雙饋風電機組受限于變流器電流可控性，通常將機組轉差率限定在+0. 3之內，因 此在弱風速段存在一個最低轉速的限制。現有風電運營商普遍采用這一方案，風力機 在切入風速vratljljMPPT(最大功率點跟蹤）段起始風速V:這一風速區間運行在恒定的最 低轉速。現有技術在風速區間將槳距角設為某一 ;〖亙定值（通常為0度），槳 距角在到達額定風速前不予動作，這種運行控制策略導致了機組發電量在[V_in，vj風速 區間內存在一定提升空間。
[0003]檢索中發現現有技術有不少關于風電機組的變槳控制方法，比如中國專利申請號 為201410171828. 3的發明專利，該專利公開一種變速恒頻風電機組變速變槳距聯合控制 方法，"該控制方法引入最優轉速估計值以及轉速參考值分別作為轉速控制與變槳距控制 的參考量，轉速PID控制器根據最優轉速估計值與風電機組額定轉速的偏差進行轉矩指令 調節，變槳距PID控制器根據轉速參考值與機組額定轉速的偏差進行槳距角指令調節，實 現轉速控制與變槳距控制之間的解耦控制，避免轉速控制與變槳距控制之間的干擾。當風 速在額定值附近波動、風電機組捕獲的氣動功率大于額定功率時，氣動功率估計值對應的 轉速參考值大于風電機組額定轉速，變槳距PID控制器在轉速PID控制器輸出的轉矩指令 達到額定值之前調節槳距角指令，變速變槳超前聯合控制，抑制機組轉速和輸出功率的超 調。"
[0004]但是上述技術仍舊沒有考慮到機組發電量在[vratin，vj風速區間內的提升問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種提高風電機組弱風發電量的變槳控制方法，該方法在恒 最低轉速區域通過提前槳距角動作增加發電量，提高了風力機氣動轉矩，從而在所述風速 區域提高發電量。
[0006] 為實現以上目的，本發明提供一種提高風電機組弱風發電量的變槳控制方法，所 述方法在恒最低轉速區域通過提前槳距角動作增加發電量，僅需對常規控制方法的變槳 控制做小幅修改，變流器控制則無需改動，變槳控制的改進通過修改軟件完成，無需增加硬 件。具體而言，所提高發電量的風速區間是切入風速VratljljMPPT段起始風速v:之間這一 弱風速區間，所適用的機組是在切入風速VratljljMPPT段起始風速vi之間限定最低轉速的 風電機組。
[0007]本發明所述變槳控制方法是一種基于風速檢測的變槳控制方法，包括如下步驟：
[0008]第一步，檢測風速，對檢測到的風速信號進行低通濾波得到風速V，若風速V處于 風速區間，且發電機轉速《滿足| 設置為0.04倍的標幺值，發 電機轉速的基準值為發電機同步轉速，《_為風電機組發電運行的最低轉速，執行以下步 驟；
[0009] 第二步，根據第一步得到的風速V，按照以下公式計算最優變槳角度0
[0010] 0 〇pt=c! (Vi-v) 2+c2 (Vi-v),
[0011] 其中：待定系數(^和c2通過辨識得到，vi為起始風速；
[0012] 第三步，對第二步得到的最優變槳角度0 _經過指令死區模塊輸出槳距角指令值 ^optl；
[0013] 第四步，將第三步得到的槳距角指令值加上常規控制槳距角指令作為優化 后的槳距角指令0*，由風機主控發送至變槳執行機構。
[0014] 本發明在[Vcutin，vj風速區間根據上述0。#=c: (VfVf+cJvfV)公式提前動作 槳距角，從而提高[Vratin，vJ風速區間的氣動轉矩，并提高發電量。
[0015] 優選地，第二步中，所述待定系數cdP(：2通過離線辨識方法得到，具體為：在專業 風電仿真軟件，如Bladed中，針對采用實際機組參數的特定機組模型，對[V_in，Vl]風速區 間內某一風速分別設定不同槳距角大小，比較不同槳距角下的功率輸出，輸出功率最大所 對應的槳距角即為該風速下的選取[V_in，Vl]風速區間內的其他風速點采用同樣的 方法分別確定出各自對應的最優變槳角度0 _，通過參數擬合得到待定系數cdPc2。
[0016] 優選地，第三步中，在計算最優變槳角度0_時，為避免槳距角頻繁動作，需要對 檢測到的風速信號進行低通濾波處理得到V，對于計算得到的最優變槳角度0 _需要設定 指令死區即通過指令死區模塊。所述指令死區模塊的功能由受指令死區閾值0 制的保 持器實現，如果保持器輸出與最優變槳角度0 _差值的絕對值大于0 dz，則保持器輸 出當前的最優變槳角度否則保持器處于保持狀態，輸出上一時刻的0。_。
[0017] 本發明所述變槳控制也可以采用基于功率查表的方法實現，包括如下步驟：
[0018] 第一步，檢測發電機功率，對檢測到的發電機功率信號進行低通濾波，若發電機功 率大于切入風速VeutlJ#應的穩態功率PTOUtin且小于風速v3寸應的穩態功率Pvl，且發電機 轉速《滿足IA設置為〇.〇4倍的標幺值，發電機轉速的基準值為發電機同 步轉速，執行以下步驟；
[0019] 第二步，根據發電機功率查表得到最優變槳角度0
[0020] 第三步，對第二步得到的最優變槳角度e_經過指令死區模塊輸出槳距角指令值 員optl。
[0021] 第四步，將第三步得到的槳距角指令值加上常規控制槳距角指令作為優化 后的槳距角指令0*，由風機主控發送至變槳執行機構。
[0022] 所述第二步，根據發電機功率查表得到最優變槳角度P_，具體為：在確定待定系 數(31和(32、并已知1&^ 1]風速區間內的發電機穩態功率曲線的基礎上，選取[1_，^] 風速區間內一定數量的離散風速點，根據與這些風速點一一對應的發電機穩態功率和最優 變槳角度制作一張關于發電機穩態功率和最優變槳角度0 _-一對應的表，表中對 于不在lutin對應穩態功率和vi對應穩態功率之間的功率對應的最優變槳角度0 _為0 ; 實現時根據實時測量得到的發電機功率通過查表和線性插值獲取最優變槳角度0
[0023] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0024] 本發明在現有技術的基礎上提高[Vratin，vJ風速區間的發電量。本發明僅僅需要 在現有變槳控制策略基礎上做出適當修改，無需增加額外硬件裝置，且可以一定程度降低 葉根揮舞力矩和軸向推力。
【附圖說明】
[0025] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：
[0026] 圖1為本發明一實施例所適用機組在弱風速段的典型運行控制策略；
[0027] 圖2為本發明一實施例實現方法框圖；
[0028] 圖3為本發明一實施例指令死區模塊示意圖；
[0029] 圖4為本發明一實施例在3m/s風速下的驗證；
[0030] 圖5為本發明一實施例在4m/s風速下的驗證；
[0031] 圖6為本發明一實施例在動態風速下的驗證，其中：圖（a)為實施案例所采用的風 速，圖（b)為槳距角，圖（c)為軸向推力，圖⑷為電功率。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明 的保護范圍。
[0033] 如圖1所示，本發明是對現有常規控制方法在機組特定運行范圍內的優化和補 充，本發明的基本內容是在所述恒最低轉速區域通過提前槳距角動作增加發電量的控制方 法，僅需對常規控制方法的變槳控制做小幅修改，變流器控制則無需改動，變槳控制的改進 通過修改軟件完成，無需增加硬件。具體而言，所提高發電量的風速區間是切入風速V_in 到MPPT(最大功率跟蹤）段起始風速Vl之間這一弱風速區間，所適用的機組是在切入風速 MPPT段起始風速v之間限定最低轉速的風電機組。特別說明本發明提高的是風力 機這一原動力的出力，適用對象是根