[发明专利]风力发电机组的转速控制方法及装置

说明书

本发明提供一种风力发电机组的转速控制方法及装置。所述转速控制方法包括：确定风力发电机组的当前叶轮转速是否处于与共振带对应的转速区间；当所述当前叶轮转速处于所述转速区间时，执行共振识别以确定是否存在共振风险；当确定存在共振风险时，执行使得所述当前叶轮转速跳转到预定叶轮转速的避转速控制，以规避所述共振风险。本发明的风力发电机组的转速控制方法及装置能够提高风力发电机组的可靠性和发电量。

技术领域

以下描述涉及风电领域，更具体地说，涉及一种风力发电机组的转速控制方法及装置。

背景技术

随着风电市场竞争加剧以及风电开发重心逐渐向低风速地区转移，为了提高风机的利用时长，并且增加在低风速地区的机组发电量，在风力发电机组的开发过程中不断增加塔架高度，降低塔架重量，使得塔架固有频率降低，当塔架一阶固有频率与风力发电机组运行过程中叶轮某一转速的频率(例如，1P频率)相交时，风力发电机组运行过程中会存在共振点或共振带。

此外，降本需求与资源约束推动风力发电机朝着大型化(大兆瓦功率等级的风力发电机组)发展，大型风力发电机组通过增大叶轮扫风面积来增加发电量，随着叶轮的不断增大，为实现良好的风能捕获，必须减小叶轮转速的范围，从而导致叶轮某一工作转速的倍频(例如，3倍频)与塔架一阶固有频率重合，存在共振风险。

另外，在某些类型的风力发电机组的运行过程中发电机基波频率与叶轮转速的某些倍频相交，导致发电机及风力发电机组产生强烈的振动，会对发电机乃至整个风力发电机组带来不同程度的损伤，严重时将导致发电机失效甚至造成倒塔事故。

针对上述情况，为保证风力发电机组安全可靠，必须避免共振现象，因此目前的技术在整机设计和控制策略开发中引入了避转速策略，通过采取扭矩控制的方法，让叶轮的转速避开塔筒或其他结构件的固有频率，从而避免共振情况的发生。然而，为避免风力发电机组运行过程中由于塔架固有频率与叶轮某一工作转速的频率或倍频重合、叶轮转速的倍频与发电机基波频率重合等情况引起的风力发电机组共振，在风力发电机机组的控制策略上增加了避转速功能，使风力发电机机组迅速跳过共振带。避转速策略的转速-扭矩控制曲线如图1所示，风力发电机机组在对应于共振带的避转速区间[w₁,w₂]运行时，叶片处于非最优叶尖速比，不能追踪最大风能捕获，牺牲了风力发电机组的发电量。

此外，在现有技术中，通常通过人为预先定义共振带或通过仿真计算得到共振频率，通过在共振频率基础上添加裕度来确定共振带。然而，由于不同配置的风力发电机组、相同配置不同风电场的风力发电机组、同一风电场不同机位点的风力发电机组等，塔架频率存在较大差别，这给人为预先定义共振带带来很大困难；并且由于实际工况复杂等原因通过仿真的方式确定的共振带与风力发电机组实际运行中的共振带之间通常存在较大差异。这种不准确的共振带威胁着风力发电机组的安全性和可靠性。

发明内容

为了至少解决上述技术问题中的至少一个，本发明提供一种风力发电机组的转速控制方法及装置。

根据本发明的一方面，提供一种风力发电机组的转速控制方法。所述转速控制方法可包括：确定风力发电机组的当前叶轮转速是否处于与共振带对应的转速区间；当所述当前叶轮转速处于所述转速区间时，执行共振识别以确定是否存在共振风险；当确定存在共振风险时，执行使得所述当前叶轮转速跳转到预定叶轮转速的避转速控制，以规避所述共振风险。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组的转速控制装置，其特征在于，所述转速控制装置包括：确定单元，被配置为：确定风力发电机组的当前叶轮转速是否处于与共振带对应的转速区间；识别单元，被配置为：当确定所述当前叶轮转速处于所述转速区间时，执行共振识别以确定是否存在共振风险；控制单元，被配置为：当确定存在共振风险时，执行使得所述当前叶轮转速跳转到预定叶轮转速的避转速控制，以规避所述共振风险。