风力发电机组偏航扇区管理和优化控制系统及其方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102305179A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102305179A(43)申请公布日2012.01.04(21)申请号201110243605.X(22)申请日2011.08.23(71)申请人国电联合动力技术有限公司地址100000北京市海淀区中关村南大街乙56号方圆大厦16层(72)发明人王建明纪国瑞潘磊秦明孙黎翔(74)专利代理机构北京方韬法业专利代理事务所11303代理人遆俊臣(51)Int.Cl.F03D7/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称风力发电机组偏航扇区管理和优化控制系统及其方法(57)摘要本发明是有关于一种风力发电机组偏航扇区管理和优化控制系统及其方法，该系统包括偏航扇区位置检测模块、扇区控制策略模块、控制模式切换模块。该方法包括：对风力发电机组偏航扫过的所有空间划分扇区；根据各扇区的风能特性设计运行和控制算法；实时检测风机叶轮当前对风的位置，并确定风机当前所进入的扇区；根据所进入的扇区，切换至相应的运行和控制算法，并根据结果输出控制信号进行控制。将本发明应用于现代水平轴风力发电机组，可以提高地形条件复杂的风场内机组的运行条件，降低运行载荷，优化潮间带风场风机的控制效果，提高风能利用效率。CN1023579ACCNN110230517902305185A权利要求书1/1页1.一种风力发电机组偏航扇区管理和优化控制系统，其特征在于包括：通过传感器测量机舱当前位置、判断是否进入特定扇区的偏航扇区位置检测模块；存储各扇区特定控制算法的扇区控制策略模块；以及根据机舱进入的扇区位置切换到对应控制算法并输出控制信号的控制模式切换模块。2.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航扇区管理和优化控制系统，其特征在于所述的传感器为加装在偏航轴承上的传感器，或为偏航系统原有的传感器。3.根据权利要求2所述的风力发电机组偏航扇区管理和优化控制系统，其特征在于所述的传感器为绝对值型旋转编码器。4.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航扇区管理和优化控制系统，其特征在于所述的控制信号包括变桨距控制信号和发电机电磁扭矩控制信号，通过通信回路分别传输至风力发电机组的变桨距系统和变流器系统。5.根据权利要求1所述的风力发电机组偏航扇区管理和优化控制系统，其特征在于所述的控制模式切换模块和扇区控制策略模块均设置在风力发电机组主控系统的PLC中。6.一种应用权利要求1-5所述系统的风力发电机组偏航扇区管理和优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：对风力发电机组偏航扫过的所有空间划分扇区，扇区的绝对位置坐标与偏航系统的坐标一致；根据各扇区的风能特性设计运行和控制算法；实时检测风机叶轮当前对风的位置，并确定风机当前所进入的扇区；根据所进入的扇区，切换至相应的运行和控制算法，并根据结果输出控制信号进行控制。7.根据权利要求6所述的风力发电机组偏航扇区管理和优化控制方法，其特征在于所述的扇区的划分方法为：首先根据海陆边界进行扇区划分，之后根据风场多年的气象数据和风玫瑰图，如果某个风向的湍流强度大于风场平均湍流强度20％以上，则该方向左右16度划分为一个扇区，每个扇区应不小于32度，扇区总数不超过6个。8.根据权利要求6所述的风力发电机组偏航扇区管理和优化控制方法，其特征在于所述的运行和控制算法包括变桨距控制算法和发电机扭矩控制算法。9.根据权利要求8所述的风力发电机组偏航扇区管理和优化控制方法，其特征在于所述的扭矩控制算法的计算公式为：其中，Qd为最优电磁扭矩，ωg为发电机的转速，Kopt为最优比例系数，Kopt通过以下公式计算得到：其中，Cpmax为机组最优风能利用系数，λmax为最优风能利用系数对应的叶尖速比值，R为叶轮的半径，ρ为空气密度，G为齿轮箱的传动比。10.根据权利要求9所述的风力发电机组偏航扇区管理和优化控制方法，其特征在于当叶轮进入风速较小而湍流强度较大的扇区时，通过调整Cpmax和λmax取较小的Kopt值。2CCNN110230517902305185A说明书1/4页风力发电机组偏航扇区管理和优化控制系统及其方法技术领域[0001]本发明涉及风力发电机组偏航扇区管理和优化控制系统及其方法。背景技术[0002]现代水平轴风力发电机组通常为上风向风机，如果风向改变，叶轮扫掠面和风向不垂直，不但功率输出减少，而且承受的载荷更加恶劣，所以需要有主动式的偏航系统跟踪风向，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使叶轮扫掠面与风向垂直，降低运行载荷，获取最大的动能。[0003]随着风电产业的发展，越来越多的风场建在地形条件比较复杂的地区或者潮间带。地形复杂的地区，气流因受周围地形的影响，风速和风向都将发生很大的变化，导致某些方位风的平均风速较低而湍流强度很大，如果风