一种风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法及系统

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法、系统、存储介质及计算设备。

背景技术

风力发电机组的载荷主要来源是空气动力载荷、重力载荷、惯性载荷以及其它载荷(温度载荷和结冰载荷等)，是影响整个风力发电系统成本和效率的重要因素。风力发电机组的极限载荷一般发生在故障工况、极端阵风、极端湍流、多年一遇或一年一遇极限风速下。

根据IEC61400—1标准，在机组设计评估阶段，必须考虑在风力发电机组使用的寿命期内可能出现的所有极端条件和一般可能性，如极端阵风或极端湍流风、电网掉电、变桨故障等等可能发生的情况。而风力发电机组极限载荷的发生往往都是发生在极端风况或故障工况。

在机组遭遇极端湍流风时，传统的做法是对风力发电机组的各子系统和零部件进行加强，保证零部件不发生失效或破坏，但会限制机组的风轮直径和制造成本等，或者在极端湍流风时采取降功率的降载方式，这样会严重影响机组的发电性能，损失机组的发电量。

本发明主要为了解决极端湍流工况下的固定轮毂My极限载荷超限的问题。传统的降低固定轮毂My的有两种方式：1、通过调换硬件来增加固定轮毂My极限载荷的冗余，此种方式会导致成本的增加；2、在检测到极端湍流工况时，通过降低叶轮转速或者降低功率的方式来降低固定轮毂My的极限载荷，此种方式会导致功率的损失，影响机组的发电量。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种安全可靠的风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法，可有效解决极端湍流工况下的固定轮毂My极限载荷超限的问题。

本发明的第二目的在于提供一种风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载系统。

本发明的第三目的在于提供一种存储介质。

本发明的第四目的在于提供一种计算设备。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法，风力发电机组在额定风速以上遭遇极端湍流时，执行以下步骤：

1)叶片位置校正；

采用倒“Y”形的校正方式，即叶片1在最上面时的方位角为0°，相应地，叶片2此时的方位角为120°，叶片3此时的方位角为240°，方位角校正完成后执行步骤2)；

2)获取风速信号和机组的桨距角信号；

若满足风速大于风速阈值并且桨距角大于角度阈值，则执行步骤3)，若不满足，则执行步骤9)；

3)获取叶片方位角信号；

风力发电机组进入正常发电模式后，从方位角传感器读出叶片1的方位角

4)若固定轮毂My极限载荷最大值即Mymax超限，则执行步骤6)，若固定轮毂My极限载荷最小值即Mymin超限，则执行步骤5)；

5)建立下半平面方位角-桨距角的插值表格；

6)建立上半平面方位角-桨距角的插值表格；

7)根据方位角-桨距角的插值表格结果动态计算叠加的桨距角；

8)执行变桨控制；

根据每只叶片已有的桨距角指令值θ

9)退出策略；

如果不满足风速大于风速阈值并且桨距角大于角度阈值，则执行正常的发电模式。

进一步，在步骤3)中，所述叶片2和叶片3的方位角

进一步，在步骤5)中，根据方位角-桨距角的对应关系，建立插值表格，为了减小叶轮下半平面的推力，即增加固定轮毂Mymin的极限载荷，需要在叶轮下半平面叠加预设的桨距角，叠加规则是：当叶片方位角为0°-90°时，叠加的桨距角为0°，在叶片方位角为180°时，叠加的桨距角为1°，在叶片方位角为270°-360°时，叠加的桨距角为0°，即叶片方位角从90°-180°叠加的桨距角逐渐增大，叶片方位角从180°-270°，叠加的桨距角逐渐减小；根据插值表格的结果执行步骤7)。

进一步，在步骤6)中，根据方位角-桨距角的对应关系，建立插值表格，为了减小叶轮上半平面的推力，即减小固定轮毂Mymax的极限载荷，需要在叶轮上半平面叠加预设的桨距角，叠加规则是：在叶片方位角为0°时，叠加的桨距角为1°，在叶片方位角为90°-270°时，叠加的桨距角为0°，即叶片方位角从0°到90°，叠加的桨距角逐渐减小，叶片方位角从270°到360°，叠加的桨距角逐渐增加；根据插值表格的结果执行步骤7)。

进一步，在步骤7)中，采用步骤5)或者6)的表格结果，根据叶片方位角的叠加规则，实时调整叶片1、2、3需要叠加的桨距角指令值θ

进一步，在步骤8)中，根据每只叶片已有的桨距角指令值θ

θ

θ

θ

式中，θ

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载系统，用于实现上述的风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法，其包括：

叶片位置校正模块，采用倒“Y”形的校正方式，即叶片1在最上面时的方位角为0°，相应地，叶片2此时的方位角为120°，叶片3此时的方位角为240°，方位角校正完成后执行第一信号获取模块；

第一信号获取模块，用于获取风速信号和机组的桨距角信号，若满足风速大于风速阈值并且桨距角大于角度阈值，则执行第二信号获取模块，若不满足，则执行退出策略模块；

第二信号获取模块，用于获取叶片方位角信号，风力发电机组进入正常发电模式后，从方位角传感器读出叶片1的方位角

判断模块，若固定轮毂My极限载荷最大值即Mymax超限，则执行第二插值表格模块，若固定轮毂My极限载荷最小值即Mymin超限，则执行第一插值表格模块；

第一插值表格模块，用于建立下半平面方位角-桨距角的插值表格，根据插值表格的结果执行计算模块；

第二插值表格模块，用于建立上半平面方位角-桨距角的插值表格，根据插值表格的结果执行计算模块；

计算模块，根据方位角-桨距角的插值表格结果动态计算叠加的桨距角；

变桨控制模块，根据每只叶片已有的桨距角控制值θ

退出策略模块，若不满足风速大于风速阈值并且桨距角大于角度阈值，则执行正常的发电模式。

本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法。

本发明的第四目的通过下述技术方案实现：一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、不增加硬件成本，通过软件的方式解决固定轮毂My的极限载荷。

2、实现方式简单可靠。

3、大风条件下启用，对发电量无损失。

附图说明

图1为方位角-桨距角对应关系图之一。

图2为方位角-桨距角对应关系图之二。

图3为方位角与叠加桨距角的曲线图。

图4为叶片1、2、3桨距角控制值的曲线图。

图5为本发明系统的架构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例公开了一种风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法，风力发电机组在额定风速以上遭遇极端湍流时，执行以下步骤：

1)叶片位置校正；

采用倒“Y”形的校正方式，即叶片1在最上面时的方位角为0°，相应地，叶片2此时的方位角为120°，叶片3此时的方位角为240°，方位角校正完成后执行步骤2)。

2)获取风速信号和机组的桨距角信号；

若满足风速大于风速阈值并且桨距角大于角度阈值，则执行步骤3)，若不满足，则执行步骤9)。

3)获取叶片方位角信号；

风力发电机组进入正常发电模式后，从方位角传感器读出叶片1的方位角

获取到叶片方位角信息后，执行步骤4)。

4)若固定轮毂My极限载荷最大值(即Mymax)超限，则执行步骤6)，若固定轮毂My极限载荷最小值(即Mymin)超限，则执行步骤5)。

5)建立下半平面方位角-桨距角的插值表格；

根据方位角-桨距角的对应关系，建立插值表格，为了减小叶轮下半平面的推力，即增加固定轮毂Mymin的极限载荷，需要在叶轮下半平面叠加预设的桨距角，叠加规则是：如图1所示，当叶片方位角为0°-90°时，叠加的桨距角为0°，在叶片方位角为180°时，叠加的桨距角为1°，在叶片方位角为270°-360°时，叠加的桨距角为0°，即叶片方位角从90°-180°叠加的桨距角逐渐增大，叶片方位角从180°-270°，叠加的桨距角逐渐减小；根据插值表格的结果执行步骤7)。

如图3所示，方位角从0-360°变化，叠加的桨距角从0-1°变化，叶片方位角从90°-180°叠加的桨距角逐渐增大，叶片方位角从180°-270°，叠加的桨距角逐渐减小。

6)建立上半平面方位角-桨距角的插值表格；

根据方位角-桨距角的对应关系，建立插值表格，为了减小叶轮上半平面的推力，即减小固定轮毂Mymax的极限载荷，需要在叶轮上半平面叠加预设的桨距角，叠加规则是：如图2所示，在叶片方位角为0°时，叠加的桨距角为1°，在叶片方位角为90°-270°时，叠加的桨距角为0°，即叶片方位角从0°-90°，叠加的桨距角逐渐减小，叶片方位角从270°-360°，叠加的桨距角逐渐增加；根据插值表格的结果执行步骤7)。

7)根据方位角-桨距角的插值表格结果动态计算叠加的桨距角；

采用步骤5)或者6)的表格结果，根据叶片方位角的叠加规则，实时调整叶片1、2、3需要叠加的桨距角指令值θ

8)执行变桨控制；

根据每只叶片已有的桨距角指令值θ

θ

θ

θ

式中，θ

9)退出策略；

如果不满足风速大于风速阈值并且桨距角大于角度阈值，则执行正常的发电模式。

实施例2

本实施例公开了一种风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载系统，用于实现实施例1所述的风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法，如图5所示，该系统包括以下功能模块：

叶片位置校正模块，采用倒“Y”形的校正方式，即叶片1在最上面时的方位角为0°，相应地，叶片2此时的方位角为120°，叶片3此时的方位角为240°，方位角校正完成后执行第一信号获取模块；

第一信号获取模块，用于获取风速信号和机组的桨距角信号，若满足风速大于风速阈值并且桨距角大于角度阈值，则执行第二信号获取模块，若不满足，则执行退出策略模块；

第二信号获取模块，用于获取叶片方位角信号，风力发电机组进入正常发电模式后，从方位角传感器读出叶片1的方位角

判断模块，若固定轮毂My极限载荷最大值即Mymax超限，则执行第二插值表格模块，若固定轮毂My极限载荷最小值即Mymin超限，则执行第一插值表格模块；

第一插值表格模块，用于建立下半平面方位角-桨距角的插值表格，根据插值表格的结果执行计算模块；

第二插值表格模块，用于建立上半平面方位角-桨距角的插值表格，根据插值表格的结果执行计算模块；

计算模块，根据方位角-桨距角的插值表格结果动态计算叠加的桨距角；

变桨控制模块，根据每只叶片已有的桨距角控制值θ

退出策略模块，若不满足风速大于风速阈值并且桨距角大于角度阈值，则执行正常的发电模式。

实施例3

本实施例公开了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现实施例1所述的风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法。

本实施例中的存储介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、U盘、移动硬盘等介质。

实施例4

本实施例公开了一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1所述的风力发电机组固定轮毂My极限载荷降载方法。

本实施例中所述的计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑、可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)、或其它具有处理器功能的终端设备。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。