專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)和控制方法，更具體地講，涉及一種能夠控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行并提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率的控制系統(tǒng)和控制方法。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的發(fā)展，可再生能源的關(guān)注和利用程度日益增加，其中，風(fēng)力發(fā)電是一種已經(jīng)發(fā)展相對成熟的能源技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電要求有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，因此控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)日益受到關(guān)注。公開號為CN102011692A的中國發(fā)明專利申請公開了一種在不同湍流地形下風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的控制方法。對于不同湍流地形，該控制方法采用在不同風(fēng)向湍流強(qiáng)度下降低功率的方法，具體方法如下:根據(jù)待安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組地址的氣象數(shù)據(jù)，確定以風(fēng)電機(jī)組為中心的湍流分布位置；在風(fēng)電機(jī)組安裝風(fēng)向和風(fēng)速測風(fēng)裝置，并實(shí)時測量風(fēng)速和風(fēng)向；根據(jù)當(dāng)前風(fēng)向傳感器的風(fēng)向信號，當(dāng)風(fēng)向位于其余角度范圍內(nèi)時，控制風(fēng)機(jī)按照當(dāng)前的風(fēng)速對應(yīng)的功率運(yùn)行；當(dāng)風(fēng)向位于湍流強(qiáng)度高的角度范圍內(nèi)，控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以設(shè)定比例系數(shù)倍的功率運(yùn)行，比例系數(shù)為0-1之間的小數(shù)。該控制方法依照不同湍流地形進(jìn)行分段控制，降低了風(fēng)電機(jī)組的成本。從原理表面上看，CN102011692A提出的控制方法是可行的。然而，風(fēng)的湍流不僅與地形有關(guān)，還具有時變性和隨機(jī)性，比如山地風(fēng)電場，必須針對每臺機(jī)組進(jìn)行事先測試各方位角的湍流強(qiáng)度，否則就會造成控制存在盲控或誤控；即使如此，再加上風(fēng)的日變化、月變化、季變化等，該控制方法工作量巨大、可操作性差。此外，該控制方法主要從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，在強(qiáng)湍流條件下通過降低功率運(yùn)行以此減小機(jī)組運(yùn)行載荷，降低機(jī)組成本，提高機(jī)組設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，而沒有考慮到機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況。公開號為CN102200095A的中國發(fā)明專利申請公開了一種風(fēng)機(jī)運(yùn)行方法，所述風(fēng)機(jī)運(yùn)行方法采用專用測風(fēng)裝置 ，通過將風(fēng)速完全參與機(jī)組運(yùn)行控制來滿足機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的目的，具體步驟如下:(1)預(yù)先測量氣流到達(dá)風(fēng)機(jī)葉輪的風(fēng)速；(2)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)與步驟(I)預(yù)先測量的風(fēng)速相匹配；(3)連續(xù)且周而復(fù)始的執(zhí)行(I)和(2)，使風(fēng)電機(jī)組持續(xù)而高效的運(yùn)行。所述風(fēng)機(jī)運(yùn)行方法的缺陷在于:(I)增加硬件投入，尤其是特殊的雷達(dá)測風(fēng)裝置成本較貴；(2)事先確定機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)意味著必須犧牲當(dāng)前風(fēng)況運(yùn)行功率，使得機(jī)組整體運(yùn)行效率下降，這將會提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略假定在穩(wěn)態(tài)小擾動下執(zhí)行，擾動幅值變化率為2-3m/s2，風(fēng)速變化速度緩慢。這與實(shí)際情況不符。不少現(xiàn)場的風(fēng)況變化很快，不少在額定風(fēng)速下變化5-8m/s2，更有甚者運(yùn)行工作點(diǎn)跨區(qū)域，可以從切入風(fēng)速在3-5s內(nèi)變化到切出風(fēng)速附近，在這種風(fēng)況下很難使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于控制輸出與強(qiáng)干擾(強(qiáng)陣風(fēng))失步，會導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組過速或有功功率高故障停機(jī)。對于這種情況，現(xiàn)有技術(shù)中通常采取的方法有增大過速保護(hù)值和減小機(jī)組功率運(yùn)行，或者采用保證機(jī)組功率盡量不變的情況下，增大給定扭矩，減小運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以及關(guān)閉濾波器爭取提前變槳時間等措施。但是采用這些方法后仍然出現(xiàn)機(jī)組過速和有功功率高故障。因此，這些方法不能根本解決機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的問題。機(jī)組不穩(wěn)定一方面給用戶的直接感受是機(jī)組故障率高，另一方面也降低機(jī)組的運(yùn)行時間和發(fā)電量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以風(fēng)力發(fā)電機(jī)的慣性作為后備能源的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)，以降低變槳系統(tǒng)的故障率和成本。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，包括:風(fēng)速儀，通過測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)；仲裁器，從風(fēng)速儀接收風(fēng)速數(shù)據(jù)，基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測，并基于風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模式控制器或應(yīng)急模式控制器；正常模式控制器，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率進(jìn)行控制；應(yīng)急模式控制器，首先將葉輪轉(zhuǎn)速限制到安全范圍之內(nèi)，隨后控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率達(dá)到最大值?？蛇x擇地，風(fēng)速儀安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙的正上方，仲裁器、正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙中?？蛇x擇地，仲裁器包括用于對從風(fēng)速儀接收的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的低通濾波單
J Li ο可選擇地，仲裁器從風(fēng)速數(shù)據(jù)中選取一個時間段的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列Vn-k、…、Vn-1、Vn,從風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列中選取最大值Vmax、最小值Vmin并記錄對應(yīng)的時刻I和J,計(jì)算m=(Vmax-Vmin)/ (1-J)，如果|m|>=|f|且I1-JI >p，則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為真，否則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為假，其中，η和k為正整數(shù)，η大于等于3且大于k，f和P為預(yù)先設(shè)置的閾值?？蛇x擇地,如果Vmax和Vmin不唯一,則仲裁器記錄I1-JI最小的I和J?？蛇x擇地，仲裁器采用先進(jìn)先出滾動策略來實(shí)時更新風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列，并基于更新的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列重新確定風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志的真假?？蛇x擇地，當(dāng)風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為真時，仲裁器計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率，如果計(jì)算的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率中的至少一個大于預(yù)定閾值，則仲裁器切斷正常模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入應(yīng)急模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。可選擇地，仲裁器還接收正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器的反饋信號?？蛇x擇地，當(dāng)風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為假時，仲裁器將正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器的反饋信號與它們各自的設(shè)定的控制輸入進(jìn)行比較，如果正常模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值以及應(yīng)急模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值均處于允許范圍之內(nèi)時，則仲裁器切斷應(yīng)急模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入正常模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，包括以下步驟:(a)通過測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)；(b)基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測；(C)基于風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模式控制器或應(yīng)急模式控制器。
可選擇地，步驟(b)包括:從風(fēng)速數(shù)據(jù)中選取一個時間段的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列Vn-k、…、Vn-1、Vn,從風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列中選取最大值Vmax、最小值Vmin并記錄對應(yīng)的時刻I和J，計(jì)算m= (Vmax-Vmin) / (Ι-J),如果|m|>=|f|且I1-JI >p,則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為真，否則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為假，其中，η和k為正整數(shù)，η大于等于3且大于k，f和P為預(yù)先設(shè)置的閾值?？蛇x擇地,步驟(b)還包括:如果Vmax和Vmin不唯一,則仲裁器記錄|l_j|最小的I和J?？蛇x擇地，步驟(b)還包括:采用先進(jìn)先出滾動策略來實(shí)時更新風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列，并基于更新的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列重新確定風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志的真假?？蛇x擇地，步驟(C)包括:當(dāng)風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為真時，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率；如果計(jì)算的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率中的至少一個大于預(yù)定閾值，則切斷正常模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入應(yīng)急模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。可選擇地，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法還包括以下步驟:(d)當(dāng)在投入應(yīng)急模式控制器之后風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志變?yōu)榧贂r，將正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器的反饋信號與它們各自的設(shè)定的控制輸入進(jìn)行比較；(e)如果正常模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值以及應(yīng)急模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值均處于允許范圍之內(nèi)時，則切斷應(yīng)急模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入正常模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和控制方法既不增加硬件投入，又不損失風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行功率，并且同時可保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。


通過下面結(jié)合附圖對實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將會變得清楚和更易于理解，其中:圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標(biāo)號始終表示相同的部件。下面通過參照附圖對實(shí)施例進(jìn)行描述以解釋本發(fā)明。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的框圖。參照圖1，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)包括風(fēng)速儀10、仲裁器20、正常模式控制器30和應(yīng)急模式控制器40。風(fēng)速儀10可安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙的正上方，仲裁器20、正常模式控制器30和應(yīng)急模式控制器40可安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙中。然而，本發(fā)明不限于此，風(fēng)速儀10還可安裝在葉輪導(dǎo)流罩頂端。風(fēng)速儀10可以由現(xiàn)有的各種常用測風(fēng)裝置來實(shí)現(xiàn)。然而，本發(fā)明不限于此，風(fēng)速儀10還可實(shí)現(xiàn)為安裝在葉輪導(dǎo)流罩頂端的無線微型風(fēng)速儀。風(fēng)速儀10用于實(shí)時測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速，并將測量到的風(fēng)速數(shù)據(jù)提供給仲裁器20。
仲裁器20可以由現(xiàn)有的各種處理器(例如但不限于CPU、DSP、ARM芯片等)來實(shí)現(xiàn)。仲裁器20接收從風(fēng)速儀10輸出的風(fēng)速數(shù)據(jù)，基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測，并基于風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模式控制器30或應(yīng)急模式控制器40。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可通過在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中設(shè)置各種傳感器來測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率。仲裁器20中可設(shè)置有低通濾波單元，該低通濾波單元用于對從風(fēng)速儀10接收的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。特別地，該低通濾波單元的截止頻率可根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳響應(yīng)時間、葉輪慣性以及塔筒和葉片的動態(tài)性參數(shù)確定。仲裁器20首先從風(fēng)速數(shù)據(jù)中選取一個時間段的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列Vn-k、…、Vn-1、Vn (其中，η和k為正整數(shù)，η大于等于3且大于k),然后從風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列中選取最大值Vmax、最小值Vmin并記錄對應(yīng)的時刻I和J。如果Vmax和Vmin不唯一,則仲裁器20記錄|l_j|最小的I和J。接下來，仲裁器20計(jì)算m=(Vmax-Vmin)/ (1-J)0如果m|>=|f且1-JI >p (f和P為預(yù)先設(shè)置的閾值)，則仲裁器20將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為真，否則仲裁器20將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為假。這里，閾值f是風(fēng)速變化的敏感性參數(shù)，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳響應(yīng)速度等有關(guān)，如果變槳響應(yīng)較快，可以選取較大的f值，否則要選取較小的f值。最后，仲裁器20可采用先進(jìn)先出滾動策略來實(shí)時更新風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列，并基于更新的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列重新確定風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志的真假。當(dāng)風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為真時，仲裁器20計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率。如果計(jì)算的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率中的至少一個大于預(yù)定閾值，則仲裁器20切斷正常模式控制器30對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入應(yīng)急模式控制器40來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。正常模式控制器30對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行一般的控制。例如，正常模式控制器30可對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率進(jìn)行控制。此外，正常模式控制器30還可執(zhí)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳控制。正常模式控制器30可以由現(xiàn)有的各種處理器(例如但不限于CPU、DSP、ARM芯片等)來實(shí)現(xiàn)，并且可以執(zhí)行一般的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制器所執(zhí)行的各種操作。

應(yīng)急模式控制器40對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行應(yīng)急控制。例如，在應(yīng)急控制模式下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制是以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定為目標(biāo)，并且兼顧風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大出力。具體地講，應(yīng)急模式控制器40可以由現(xiàn)有的各種處理器(例如但不限于CPU、DSP、ARM芯片等)來實(shí)現(xiàn)，并且應(yīng)急模式控制器40的控制方法采用智能控制方法(例如但不限于模糊控制)對風(fēng)力風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制，首先限制葉輪轉(zhuǎn)速，并且在將葉輪轉(zhuǎn)速限制到安全范圍內(nèi)之后，控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率達(dá)到最大值。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，正常模式控制器30和應(yīng)急模式控制器40始終獨(dú)立運(yùn)行。然而，在任意時刻，正常模式控制器30和應(yīng)急模式控制器40中只有一個能夠在仲裁器20的仲裁下對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。再次參照圖1，仲裁器20還接收正常模式控制器30和應(yīng)急模式控制器40的反饋信號。當(dāng)仲裁器20確定風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為假時，仲裁器20將正常模式控制器30和應(yīng)急模式控制器40的反饋信號與它們各自的設(shè)定的控制輸入進(jìn)行比較。如果正常模式控制器30的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值以及應(yīng)急模式控制器40的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值均處于允許范圍之內(nèi)時，則仲裁器20切斷應(yīng)急模式控制器40對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入正常模式控制器30來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，正常模式控制器30和應(yīng)急模式控制器40的控制輸入可根據(jù)實(shí)際需要(例如但不限于，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝位置)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)人員預(yù)先確定，也可以由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的操作人員隨時調(diào)整。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法的流程圖。參照圖2，在步驟S201，通過測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)。在步驟S202，基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測?？蛇x擇地，可以在對風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波之后執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測。具體地講，在步驟202，可從風(fēng)速數(shù)據(jù)中選取一個時間段的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列Vn-k、.*.>νη-1>νη ;從風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列中選取最大值Vmax、最小值Vmin并記錄對應(yīng)的時刻I和J ;如果Vmax和Vmin不唯一，則記錄I I_j|最小的I和J ;然后計(jì)算m= (Vmax-Vmin) /(1-J);如果|m|>=|f|且I 1-Jl >p，則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為真，否則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為假。此外，可以以先進(jìn)先出滾動策略來實(shí)時更新風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列，并基于更新的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)重新確定風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志的真假。在步驟S203，基于風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模式控制器或應(yīng)急模式控制器。具體地講，在步驟203，當(dāng)風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為真時，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率。其后，如果計(jì)算的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率中的至少一個大于預(yù)定閾值，則切斷正常模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入應(yīng)急模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。接下來，在步驟S204，當(dāng)在投入應(yīng)急模式控制器之后風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志變?yōu)榧贂r，將正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器的反饋信號與它們各自的設(shè)定的控制輸入進(jìn)行比較。在步驟S205，如果正 常模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值以及應(yīng)急模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值均處于允許范圍之內(nèi)時，則切斷應(yīng)急模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入正常模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。通過應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和方法，既可以解決復(fù)雜地形強(qiáng)陣風(fēng)下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的問題，又最大限度的減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行功率損失，因此能夠提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行發(fā)電量。同時，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和方法的控制原理具有開放性，如在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組噪聲控制、振動載荷、甚至葉片結(jié)冰、異常風(fēng)況機(jī)組運(yùn)行等情況下，只要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂扑惴?，就能最大限度增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對描述的實(shí)施例進(jìn)行修改，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)包括: 風(fēng)速儀，通過測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)； 仲裁器，從風(fēng)速儀接收風(fēng)速數(shù)據(jù)，基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測，并基于風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模式控制器或應(yīng)急模式控制器； 正常模式控制器，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率進(jìn)行控制； 應(yīng)急模式控制器，首先將葉輪轉(zhuǎn)速限制到安全范圍之內(nèi)，隨后控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率達(dá)到最大值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，風(fēng)速儀安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙的正上方，仲裁器、正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，仲裁器包括用于對從風(fēng)速儀接收的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的低通濾波單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，仲裁器從風(fēng)速數(shù)據(jù)中選取一個時間段的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列Vn-k、…、Vn-l、Vn，從風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列中選取最大值Vmax、最小值Vmin并記錄對應(yīng)的時刻I和J,計(jì)算m= (Vmax-Vmin) / (1-J),如果m| >=| f且1-JI >P，則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為真，否則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為假， 其中，η和k為正整數(shù)，η大于等于3且大于k，f和P為預(yù)先設(shè)置的閾值。
5.根據(jù)權(quán)利 要求4所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，如果Vmax和Vmin不唯一，則仲裁器記錄I 1-Jl最小的I和J。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，仲裁器采用先進(jìn)先出滾動策略來實(shí)時更新風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列，并基于更新的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列重新確定風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志的真假。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為真時，仲裁器計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率， 如果計(jì)算的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率中的至少一個大于預(yù)定閾值，則仲裁器切斷正常模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入應(yīng)急模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，仲裁器還接收正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器的反饋信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為假時，仲裁器將正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器的反饋信號與它們各自的設(shè)定的控制輸入進(jìn)行比較， 如果正常模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值以及應(yīng)急模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值均處于允許范圍之內(nèi)時，則仲裁器切斷應(yīng)急模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入正常模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。
10.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法包括以下步驟: (a)通過測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)；(b)基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測； (C)基于風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模式控制器或應(yīng)急模式控制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，步驟(b)包括:從風(fēng)速數(shù)據(jù)中選取一個時間段的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列Vn-k、…、Vn-1、Vn,從風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列中選取最大值Vmax、最小值Vmin 并記錄對應(yīng)的時刻 I 和 J,計(jì)算 m= (Vmax-Vmin) / (1-J),如果 |m|>=|f| 且 |l_j|>p,則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為真，否則將風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志設(shè)置為假， 其中，η和k為正整數(shù)，η大于等于3且大于k，f和P為預(yù)先設(shè)置的閾值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，步驟(b)還包括:如果Vmax和Vmin不唯一,則仲裁器記錄I1-JI最小的I和J。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，步驟(b)還包括:采用先進(jìn)先出滾動策略來實(shí)時更新風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列，并基于更新的風(fēng)速數(shù)據(jù)隊(duì)列重新確定風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志的真假。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，步驟(c)包括: 當(dāng)風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志為真時，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率； 如果計(jì)算的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率的變化率中的至少一個大于預(yù)定閾值，則切斷正常模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入應(yīng)急模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，其特征在于，還包括以下步驟: Cd)當(dāng)在投入應(yīng)急模式控 制器之后風(fēng)速突變預(yù)警標(biāo)志變?yōu)榧贂r，將正常模式控制器和應(yīng)急模式控制器的反饋信號與它們各自的設(shè)定的控制輸入進(jìn)行比較； (e)如果正常模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值以及應(yīng)急模式控制器的反饋信號與設(shè)定的控制輸入之間的差值均處于允許范圍之內(nèi)時，則切斷應(yīng)急模式控制器對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，并投入正常模式控制器來對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明公開風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和控制方法。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)包括風(fēng)速儀，通過測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處位置處的風(fēng)速獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)；仲裁器，從風(fēng)速儀接收風(fēng)速數(shù)據(jù)，基于風(fēng)速數(shù)據(jù)執(zhí)行風(fēng)速預(yù)測，并基于風(fēng)速預(yù)測結(jié)果、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率來啟用正常模式控制器或應(yīng)急模式控制器；正常模式控制器，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪轉(zhuǎn)速、輸出扭矩和輸出功率進(jìn)行控制；應(yīng)急模式控制器，首先將葉輪轉(zhuǎn)速限制到安全范圍之內(nèi)，隨后控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率達(dá)到最大值。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)和控制方法既不增加硬件投入，又不損失風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行功率，并且同時可保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號F03D7/00GK103216383SQ20131013535
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者周衛(wèi)華 申請人:北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司