[发明专利]一种避免风电机组限功率运行在共振区域的控制方法

说明书

本发明公开了一种避免风电机组限功率运行在共振区域的控制方法，当限功率转速设定值在共振区域上下边界转速变化范围内，并大于共振点转速，且限功率功率设定值大于共振区域下边界最大功率，调整限功率转速设定值为共振区域上边界转速，当限功率转速设定值小于共振点转速，限功率功率设定值小于共振区域上边界最小功率，调整限功率转速设定值为共振区域下边界转速；当不满足上述两种情况时，若机组处于共振区域的高转速区域内，将限功率转速设定值设定为共振区域上边界转速，否则设定为共振区域下边界转速，限功率功率设定值除以限功率转速设定值，得到限功率条件下转矩设定值。本发明可减少因塔架固有频率和风轮转频耦合引起的机组振动等波动。

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种避免风电机组限功率运行在共振区域的控制方法。

背景技术

在风电行业进入后补贴时代，为保持市场竞争力，各整机厂商不断推出大叶轮、大兆瓦机型抢占市场份额。2020年第一季度，全球风电订单容量接近14GW，随着机组叶轮直径的不断增大，塔架高度不断增加，功率等级进一步增大，预计2021年后，国内主流风机容量将从2.5-3MW过渡至3-5MW级。

目前，变速变桨风电机组在额定风速以下，通过转矩控制器实现风能最大获取；在额定风速以上通过变桨控制器进行功率限制，保证机组正常运行。基于最优增益Kopt参数，转速-转矩基本满足图1中的关系曲线。

随着塔基高度的不断增加，塔架频率逐渐降低，为避免因塔架一阶固有频率和机组1P、3P等风轮转频耦合引起的机组振动及其它故障，通常设定类似图1中C-D-E-F所示的转矩跳转区域。

当风速较小时，将转速设定点设置在共振穿越区域下边界转速，采用转矩控制方式，控制发电机转速尽量地维持在共振穿越区域下边界转速。当风速增加后，此时发电机转矩超过共振穿越区域下边界转速对应的最大转矩，即图中D点对应转矩，机组发电机转速开始向上跳转穿越，从共振穿越区域C点转速爬升至E点转速，同时发电机转速设定值逐渐降低。若风速不再增加，同样利用转矩控制方式，控制发电机转速维持在共振穿越区域上边界转速，即E-F曲线对应转速；若风速继续增加，根据原始转速-转矩曲线继续进行控制；如果风速减小，发电机转矩低于共振区域F点对应转矩值，则发电机转速通过设定值以一定速率从E点转速值下降至C点转速值，实现共振区域穿越。

通常情况下，风电机组会收到来自远程SCADA、机组自身运行条件限值及现场调试等不同情况下的限功率要求。随着转速-转矩查表控制方法的不断消失，现阶段，绝大多数机组通过设定具体功率值的方法，使机组满足限功率条件要求。

当机组接收到限功率功率设定值后会进行判断，如果功率运行在最优增益区间内，会通过公式计算出限功率功率设定值对应的转速设定值和转矩设定值。

假设机组收到限功率具体参数，经过计算后，对应转速、转矩设定点运行在共振区域内，就会破坏机组共振区域限定条件，如果机组长时间运行在共振区域上下边界转速变化范围(C-E转速区间)内，就会引起塔架振动等现象发生，破坏机组正常稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种避免风电机组限功率运行在共振区域的控制方法，减少机组因塔架固有频率和风轮转频耦合引起的机组振动等波动，提高机组运行的稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种避免风电机组限功率运行在共振区域的控制方法，首先，通过塔架一阶固有频率获得机组的共振点转速和共振区域上下边界转速变化范围；

当限功率转速设定值在共振区域上下边界转速变化范围内，判断限功率转速设定值是否大于共振点转速，做如下调整：

第一种情况：当限功率转速设定值大于共振点转速，同时限功率功率设定值大于共振区域下边界最大功率时，则调整限功率转速设定值为共振区域上边界转速；