一种提高风力发电机组可利用率的偏航穿越控制方法

摘要

本发明公开了一种提高风力发电机组可利用率的偏航穿越控制方法，结合当前偏航齿圈异常位置坐标，提出了根据当前机舱位置角度、风向、风速及不同偏航电机坐标位置，划分出6个扇区，针对机组处于不同扇区位置时，采用不同的偏航控制策略。通过此策略，可以保证非危险区域附近时，机组按照之前方式正常及时对风发电，在危险区域附近时，可保护机组安全快速通过此危险区域并通过预测的手段保护偏航系统不会反复穿越。相对于手动偏航对风等方式，本发明可以有效避免对风不及时或因偏航系统异常长时间停机造成的发电量的损失，提高机组可利用率，同时有效保护和延长偏航系统的寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电控制的技术领域，尤其是指一种提高风力发电机组可利用率的偏航穿越控制方法。

背景技术

随着国内外安装运行的风力发电机组越来越多，难免在一些特定的工况下，机组出现偏航齿圈局部异常的情况，致使机组长时间停机。当前大部分风电场出现这种情况时，基本均采用机组停机方式，不允许偏航也不允许发电，待机组偏航齿圈局部异常问题解决后再恢复机组运行。这是目前保护机组偏航系统不被继续损坏和机组整体安全性最稳妥的方式。但此方法一般会因为机组恢复的周期较长，使机组在停机期间损失大量发电量。甚至部分风电场可能受一些外部因素的制约连续停机数月之久，在此期间，没有相关更好、更优的偏航策略来控制机组继续安全稳定的运行发电，使得机组相对损失更大，更多。

在获悉的少数风场中，为解决上述问题，大多都是采用人工处理，即提前记录有风险的区域，通过人工手动偏航的方式进行对风。但此方式也存在因个人主观意识错误判断的风险，可能出现偏航错误，或者在风向变化后没有在最优的第一时间进行偏航对风，另外，此方式很大程度上也会出现可正常偏航对风满负荷发电的区域内无法最高效发电。

因此，以上所述任何一种情况下，都有可能损失一定的发电量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种提高风力发电机组可利用率的偏航穿越控制方法，有效确保机组在安全的前提下可继续稳定发电，提高机组的可利用率，延长整个偏航系统寿命。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种提高风力发电机组可利用率的偏航穿越控制方法，包括以下步骤：

1)确定危险区域坐标位置，且需要确定的危险区域数量与风力发电机组的偏航电机数量相一致，即风力发电机组的偏航电机有N台，则就需确定出N个危险区域；

通过现场检查硬件偏航齿圈或者数据分析的方式，找出偏航齿圈异常的第一个危险区域Z°，再确定第一台偏航电机经过此异常区域左边界时机舱位置角度值X°，及第一台偏航电机经过此异常区域右边界时机舱的角度值(X+Z)°；由于第二台偏航电机,第三台偏航电机,...,第N台偏航电机相对静止位置坐标在物理上确定唯一，即角度a

第一区间：X°～(X+Z)°；

第二区间：(X+a

第三区间：(X+a

……

第N区间：(X+a

2)偏航穿越控制策略

针对机组偏航对风，在某一时刻，只能对风到上述第N区间内或者区间外的区域；

将第N区间及附近区域进行扇区划分，共分成6个扇区，从左到右依次为：第Ⅰ扇区、第Ⅱ扇区、第Ⅲ扇区、第Ⅳ扇区、第Ⅴ扇区、第Ⅵ扇区，其中，左边三个扇区与右边三个扇区相互对称，第Ⅱ扇区和第Ⅴ扇区的大小相同，均为β°，第Ⅲ扇区和第Ⅳ扇区角度相同，均为Z°/2；

根据机舱运行的情况，机组若在安全区域运行，则起始位置应在左边第Ⅰ扇区或者右边第Ⅵ扇区，当机组起始位置在第Ⅰ扇区时，有如下情况：

a、风向在第Ⅰ扇区：此时机组也在第Ⅰ扇区，机组按照正常偏航策略进行偏航对风；

b、风向在第Ⅱ扇区：此时机组偏航进入第Ⅱ扇区后立即停止偏航，且进行限功率策略，减少危险区域的边延载荷；

c、风向在第Ⅲ扇区：此时机组维持在第Ⅱ扇区停止偏航，同时开启限功率策略；

d、风向在第Ⅳ扇区：此时通过判断机组风速、风向、机舱位置及预测风向情况，确定风向有向第V扇区和第VI扇区变化趋势时，机组进行停机，等停机顺桨即载荷最小后，快速偏航通过第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ扇区，进入到第Ⅴ扇区停止偏航，机组并启动限功率策略运行；

e、风向在第Ⅴ扇区：此时机组快速偏航通过第Ⅲ、Ⅳ扇区到达第Ⅴ扇区后停止偏航，同时机组保持限功率策略；

f、风向在第Ⅵ扇区：此时通过判断机组风向条件，确定风向是否已经离开危险区域且风向有向VI扇区发展的趋势，则机组启动偏航进入第Ⅵ扇区，同时放开限功率自由发电，偏航系统也按照正常偏航策略进行偏航对风；

同理，如果机组开始时机舱位置位于右边第Ⅵ扇区时，机组通过检测风况，在偏航条件满足的情况下，进行反向偏航，即按照第Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ扇区的顺序进行判断执行。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明结合当前偏航齿圈异常位置坐标，提出了根据当前机舱位置角度、风向、风速及不同偏航电机坐标位置，划分出6个扇区，针对机组处于不同扇区位置时，采用不同的偏航控制策略。通过此策略，可以保证非危险区域附近时，机组按照之前方式正常及时对风发电，在危险区域附近时，可保护机组安全快速通过此危险区域并通过预测的手段保护偏航系统不会反复穿越。相对于手动偏航对风等方式，本发明可以有效避免对风不及时或因偏航系统异常长时间停机造成的发电量的损失，提高机组可利用率，同时有效保护和延长偏航系统的寿命，具有实际应用价值，值得推广。

附图说明

图1为4台偏航电机位置示意图。

图2为6个扇区示意图。

图3为偏航穿越控制流程图。

图4为从左向右偏航流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例提供了一种提高风力发电机组可利用率的偏航穿越控制方法，其具体情况如下：

1)确定危险区域坐标位置，且需要确定的危险区域数量与风力发电机组的偏航电机数量相一致，即风力发电机组的偏航电机有N台，则就需确定出N个危险区域，下面以4台偏航电机的机组为例进行说明，见图1所示。

通过现场检查硬件偏航齿圈或者数据分析的方式，找出偏航齿圈异常的第一个危险区域Z°，再确定第一台偏航电机1#经过此异常区域左边界时机舱位置角度值X°(此处以机组顺时针方向偏航机舱角度为正为例)，及第一台偏航电机经过此异常区域右边界时机舱的角度值(X+Z)°；由于第二台偏航电机2#，第三台偏航电机3#，第4台偏航电机4#相对静止位置坐标在物理上确定唯一，即角度a

第一区间：X°～(X+Z)°

第二区间：(X+a

第三区间：(X+a

第四区间：(X+a

2)偏航穿越控制策略(控制流程见图3所示)

针对机组偏航对风，在某一时刻，只可能对风到上述四个区间之一或者区间外的区域。

此处以第一区间为例，将第一区间及附近区域进行扇区划分，共分成6个扇区，从左到右依次为：第Ⅰ扇区、第Ⅱ扇区、第Ⅲ扇区、第Ⅳ扇区、第Ⅴ扇区、第Ⅵ扇区，其中，左边三个扇区与右边三个扇区相互对称，第Ⅱ扇区和第Ⅴ扇区的大小相同，均为β°，第Ⅲ扇区和第Ⅳ扇区角度相同，均为Z°/2，见图2所示。

根据机舱运行的情况，机组若在安全区域运行，则起始位置应在左边第Ⅰ扇区或者右边第Ⅵ扇区，下述以机组起始位置在第Ⅰ扇区进行说明，相关流程见图4所示，有以下情况：

a、风向在第Ⅰ扇区：此时机组也在第Ⅰ扇区，机组按照正常偏航策略进行偏航对风；

b、风向在第Ⅱ扇区：此时机组偏航进入第Ⅱ扇区后立即停止偏航，且进行限功率策略，减少危险区域的边延载荷；

c、风向在第Ⅲ扇区：此时机组维持在第Ⅱ扇区停止偏航，同时开启限功率策略；

d、风向在第Ⅳ扇区：此时通过判断机组风速、风向、机舱位置及预测风向等情况，确定风向有向第V扇区和第VI扇区变化趋势时，机组进行停机，等停机顺桨(载荷最小)后，快速偏航通过第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ扇区，进入到第Ⅴ扇区停止偏航，机组并启动限功率策略运行；

e、风向在第Ⅴ扇区：此时机组快速偏航通过第Ⅲ、Ⅳ扇区到达第Ⅴ扇区后停止偏航，同时机组保持限功率策略；

f、风向在第Ⅵ扇区：此时通过判断机组风向条件等情况，确定风向是否已经离开危险区域且风向有向VI扇区发展的趋势，则机组启动偏航进入第Ⅵ扇区，同时放开限功率自由发电，偏航系统也按照正常偏航策略进行偏航对风。

同理，如果机组开始时机舱位置位于右边第Ⅵ扇区时，机组通过检测风况，在偏航条件满足的情况下，进行反向偏航，即按照第Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ扇区的顺序进行判断执行。

综上所述，本发明方法原理就是在部分机组受特殊工况的影响而导致单台机组偏航齿圈局部异常的情况出现时，通过设计的偏航穿越控制策略使机组不受大部件局部异常的影响，而造成机组长时间停机，损失可观的发电量，从而提高机组可利用率，以确保机组在局部异常但不影响整体安全的条件下，依然可以正常，持续，稳定的运行。

风力发电机组的偏航系统可根据异常区域的位置坐标、风速、风向、机舱位置等实时数据进行判断，并根据提前预测风向情况来控制机组位于最佳的发电位置，在达到机组稳定运行可持续发电目的的基础上同时又保护偏航齿圈异常区域不再进一步受损，间接提升了机组可利用率。

当机组位于偏航齿圈异常位置左侧区域运行且风向也在左侧区域时，偏航系统维护机组在左安全边界的左侧区域运行；当机组位于偏航齿圈异常位置左侧区域运行但风向在右侧区域时，偏航系统启动机组快速穿越异常位置区域，达到右安全边界右侧区域运行；同理当机组在右侧区域运行时，也实时监控风向变化情况，在适当的情况下，向左侧穿越。

在控制机组穿越异常区域的时候，要充分利用预测的手段，采取合适的启动穿越条件，确保机组不会经常性穿越异常位置。保证机组的稳定性、可靠性及可持续发电性。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。