一种防止风力发电机组超速的控制方法及系统与流程

本发明涉及风力发电，特别是一种防止风力发电机组超速的控制方法及系统。

背景技术：

1、风力发电作为一种清洁可再生的绿色能源，在全球能源结构中的重要性日益凸显。与此同时，提高风力发电的安全性和效率也成为行业内不断努力的重点。在风电机组的实际运行过程中，极端天气条件如强阵风的发生往往会给机组带来严重的安全隐患，因此有效预防和控制风电机组在遭遇阵风等恶劣环境时的超速现象，对于确保机组的安全可靠运行至关重要。

2、当前，针对风电机组超速控制问题的主要技术路线包括：基于实时监测数据的主动控制策略和被动式保护装置。前者主要通过调整叶片桨距、偏航角度等参数，主动调节机组功率，控制转速在安全范围内；而后者则多采用离合器、制动器等被动保护元件，在超速情况下直接切断动力传动，减小结构载荷。然而，现有技术方案在实际应用中仍然存在一些不足之处。首先，现有的实时监测系统对于极端天气环境下风速、风向等参数的检测精度有待进一步提高。由于阵风等恶劣天气的高度时空变异性，常规传感器难以充分反映真实的工况状态，导致后续控制策略的实施存在滞后性，从而影响控制效果。其次，现有的控制算法和模型在处理复杂多变的极端工况时，往往难以全面考虑各种影响因素，缺乏精准性和实时性。这不仅可能导致调整幅度的不足或过度，还有可能引发新的共振和失速等问题，无法从根本上解决超速隐患。再次，大多数被动保护装置只适用于超速后的应急情况，无法实现主动预防和精细调控。一旦发生超速现象，其物理切断和制动措施都会对机组的正常运行造成较大的冲击和影响。

技术实现思路

1、鉴于现有的风电机组超速控制中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于针对阵风等恶劣天气的控制策略滞后的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种防止风力发电机组超速的控制方法，其包括，

5、通过补偿模型矫正获取的运行参数，并构建极端阵风预测模型；

6、根据极端阵风预测模型的输出构建风场模拟模型，并判断是否进行调整；

7、在风场模拟模型中调整叶片攻角，以及偏航调整，总结调整策略。

8、作为本发明所述防止风力发电机组超速的控制方法的一种优选方案，其中：所述补偿模型如下式所示：

9、

10、其中，v是原始测量值，p1,p2,...,pn代表各种影响测量准确性的环境和时间因素的当前状态值，fi(pi)是针对因素pi设计的补偿函数，c表示补偿后的测量值；

11、所述补偿函数包括温度补偿、适度补偿和电磁干扰补偿，如下式所示：

12、ft(t)＝at·(t-tref)

13、fh(h)＝βh·(exp(γh·(h-href))-1)

14、fe(e)＝δe·ln(1+εe·|e-eref|)

15、其中，at是温度补偿系数，t是当前温度，tref是参考温度，βh,γh是湿度补偿的系数，h是当前湿度，href是参考湿度值，δe,εe是电磁干扰补偿的系数，e是当前电磁干扰水平，eref是参考电磁干扰水平。

16、作为本发明所述防止风力发电机组超速的控制方法的一种优选方案，其中：所述极端阵风预测模型如下式所示：

17、

18、其中，c(t)代表时间t下的补偿后运行参数，e(t)代表时间t下的环境数据，m(t)代表时间t下的事件标注，α、β、γ是权重系数，εc是调整系数，cavg是补偿后运行参数的平均值，κ是斜率参数，ethres是环境数据的阈值，λ为衰减系数，tlast是上一个极端阵风事件发生的时间。

19、作为本发明所述防止风力发电机组超速的控制方法的一种优选方案，其中：在所述风场模拟模型中各机组的发电机转速计算如下式所示：

20、

21、其中，ω为风力发电机的转速，v表示考虑的空间体积，ρ为风的密度，m代表风速矢量，σθ为极端阵风预测模型的稳定性系数，λ为稳定化参数，l为特征长度，γ为机组负荷响应系数，pi为第i个机组的功率输出，ai为第i个机组对极端阵风敏感度系数，δmi为相对于平均风速的风速变化量。

22、作为本发明所述防止风力发电机组超速的控制方法的一种优选方案，其中：所述调整叶片攻角根据计算的最优叶片攻角，所述最优叶片攻角如下式所示：

23、

24、其中，v表示风速，aopt为计算出的最优攻角，a为叶片攻角，k和α0是归一化函数的参数，σv和μv是风速分布的标准差和平均值。

25、作为本发明所述防止风力发电机组超速的控制方法的一种优选方案，其中：所述偏航调整包括以下步骤：

26、激活转速保护模块，常开触电闭合；

27、激活偏航接触器，同时延时继电器开始及时；

28、延时继电器到达预设时间，停止偏航；

29、当转速降至安全范围，过转模块再次启动，向主控系统发送信号。

30、作为本发明所述防止风力发电机组超速的控制方法的一种优选方案，其中：所述调整策略的制定包括，

31、根据阵风预测模型预测出的阵风条件计算转速，如果发电机转速超过安全阈值，则启动调整；

32、将阵风条件代入风场模拟模型，计算最优叶片攻角，并代回风场模拟模型，计算当前叶片攻角发电机转速；

33、如果发电机转速仍大于安全阈值，则进一步进行偏航调整，若发电机转速小于安全阈值，则细微调整叶片攻角，使发电机达到发电最大功率。

34、第二方面，本发明实施例提供了一种防止风力发电机组超速的控制系统，其包括：

35、实时监测模块，用于采集风速、转速关键运行参数，构建极端阵风预测模型；

36、风场模拟模块，用于根据极端阵风预测模型的输出，模拟不同风况下机组的工作状态，判断是否需要进行调整；

37、攻角调整模块，在风场模拟模型中开发优化算法，计算阵风情况下最优的叶片攻角，提高发电效率；

38、偏航调整模块，当调整攻角后转速仍超限时，计算合适的偏航角度，使机舱产生偏移角，降低迎风面积，控制转速；

39、协同控制模块，在攻角和偏航调整的基础上，进一步微调两者，将转速控制在最佳发电区间，实现阵风条件下安全高效运行。

40、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的防止风力发电机组超速的控制方法的任一步骤。

41、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的防止风力发电机组超速的控制方法的任一步骤。

42、本发明有益效果为通过实时监测关键运行参数，并引入补偿模型修正测量值，大幅提升了数据的准确性。准确的数据是进行有效分析和预测的基础，尤其是在极端天气条件下，如极端阵风的预测。这不仅有助于提高风电场的运行效率，还能显著减少由于数据不准确导致的风险和损失。通过风场模拟模型和优化算法，实现了在极端阵风条件下叶片攻角和偏航角度的最优调整。这种调整策略不仅保证了风电机组在极端条件下的安全运行，避免了设备的过速损害，还确保了尽可能高的发电效率。在保证安全的同时，最大化功率输出，提高了风电场的经济效益