[发明专利]风力发电机组的变桨控制方法及变桨控制器

说明书

公开了一种风力发电机组的变桨控制方法及变桨控制器。所述变桨控制方法包括：基于给定变桨速度的变化方向，对给定变桨速度进行离散化处理；响应于给定变桨速度的变化方向发生改变，确定给定变桨速度的波动频率；响应于给定变桨速度的波动频率大于预定阈值，计算预定时间段期间给定变桨速度的最大值与最小值的平均值；将计算的平均值作为当前给定变桨控制速度来执行变桨操作，其中，所述预定时间段是指从上次给定变桨速度的变化方向发生改变的时刻到本次给定变桨速度的变化方向发生改变的时刻之间的时间段。

技术领域

本公开总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及风力发电机组的变桨控制方法及变桨控制器。

背景技术

随着风力发电机组容量的大型化，变桨距控制已经成为当前风力发电机主流的控制方式。发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，它的运行稳定性不仅直接影响输出电能的质量和效率，也影响整个风电转换系统的性能和装置结构的复杂性。

对变桨系统而言，在变桨过程中完全接收主控发送的速度控制指令，以实现变桨功能。然而当给定变桨速度发生异常波动时，由于变桨电机在启动、停止的瞬间电流最大，因此变桨电机的频繁换向和启动会导致变桨电机温升过快，最高温度可超过150℃。

另一方面，如果给定变桨速度波动过于频率，如频率大于10Hz，则变桨驱动器还会因为换向频次超过负荷，导致变桨驱动器卡桨。由于给定变桨速度是由主控同时发给三个变桨控制器，所以三个叶片存在同时卡桨的风险。三个叶片同时卡桨会严重影响风力发电机组的安全。

此外，除了控制方面的异常波动外，由于风力发电机组的变桨控制同城是基于转速的PID控制，即输入是目标转速和实际转速，输出是变桨速度，因此转速测量值的波动，也会引起给定变桨速度的波动。

目前，一般采用传统的平均值滤波方法或方差法来处理给定变桨速度波动。然而，因为滤波后会对数据取均值，所以无法检测出数据的变化状态。另一方面，其检测结果取决于数据波动的幅值和频率，频率不同、幅值不同，会导致检测参数不同，而风力发电机组运行过程中，运行条件是随机不固定的，因此很难确定合理的参数来保护风机安全。再者，方差法只能检测数据是否偏离了正常值，而无法检测数据的波动趋势，并且方差值无法滤除偶然跳变导致的问题。

传统的平均值滤波方法的缺点还在于：其处理方式一般是检测到给定变桨速度波动之后，触发故障直接停机，但是这样会严重影响风机的发电量。如果要使风机能继续运行，就需要对原始的给定变桨速度进行合理的处理。然而，直接求平均值的方法只能减少数据的波动幅度，并不能完全滤除数据的波动。如果平均值参数设置过大，又会影响变桨系统的控制精度。

如果使用给定变桨速度波动前的数值或检测到波动后输出0速度，则由于变桨过程中给定变桨速度的变化趋势不确定，因此锁死在某个速度并输出对风力发电机组仍有较大的安全隐患。此外，由于给定变桨速度是连续的模拟量，因此进行频率检测时通常使用FFT快速傅里叶变换求得频率值，但是在变桨控制器中，只有基本的算术逻辑运算，无法实现FFT。如果以0为分界点进行离散量处理，当给定变桨速度不过0但存在波动时，就无法检测到数据波动。

此外，单独以给定变桨速度的变化方向做离散量处理，其面临的问题又在于：检测频率一般需要一定的周期，例如400ms计算一次，在此过程中相当于每400ms才输出一次平均值，也就是在这段时间内，变桨电机处于400ms的停止状态。由于风速是瞬变的，因此这种控制方式也不能直接应用于风力发电机组的变桨控制。再者，直接使用函数曲线检测曲线是否为正常波动，其计算十分复杂，需要检测周期、幅值甚至相位等各种数据，且由于数据始终在变化，因此需要不断对正弦函数进行调整，难以保证检测精度。

发明内容

因此，在变桨控制器内部对接收到的给定变桨速度进行检测，并有效、合理地处理给定变桨速度，使其控制变桨的过程不影响风力发电机组的运行，对保护风力发电机组安全至关重要。