基于塔筒位移的模糊控制降载方法、装置、介质及系统与流程

1.本发明主要涉及风电技术领域，具体涉及一种基于塔筒位移的模糊控制降载方法、装置、介质及系统。


背景技术：

2.近几年，随着风电机组朝着大型化方向发展，风电机组单机容量的增加，风机机械零部件的尺寸和柔性不断增大，风轮直径和扫掠面积不断增加，使得机组承受更加复杂的载荷作用，易产生较大载荷。而整机厂商为控制成本缩减零部件重量，导致机械零部件柔性不断增大，机组载荷进一步增大，最终加剧零部件疲劳损伤，增加维护成本，降低风机使用寿命和运行运行稳定性。因此整机控制系统中，载荷控制将发挥越来越重要的作用。
3.载荷与风电机组的寿命、发电效率息息相关。在载荷控制方面，目前采用的解决方法主要有以下几种：1)增加叶片等关键部件强度与机械稳固性；2)优化机组传动链动态扭转载荷；3)对叶片进行独立变桨控制，实现叶片载荷优化。上述方法虽能一定程度上对风机载荷进行优化，但控制系统复杂、无法根据风机运行工况进行实时调整，且会导致整机制造成本增加。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种根据塔筒位移对载荷进行实时调整且成本低的基于塔筒位移的模糊控制降载方法、装置、介质及系统。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种基于塔筒位移的模糊控制降载方法，包括步骤：
7.1)获取风电机组运行过程中塔筒位移数据；
8.2)根据所述塔筒位移数据对风电机组的载荷进行模糊控制，以降低风机载荷。
9.作为上述技术方案的进一步改进：
10.在步骤1)-步骤2)之间，还包括对塔筒位移数据的预处理，具体为：对塔筒位移数据进行带通滤波，再每隔预定时间进行滑动滤波，最后进行延时处理，得到塔筒位移数据有效值。
11.塔筒位移数据包括塔筒位移前后分量和塔筒位移左右分量，对塔筒位移前后分量进行预处理得到塔筒位移前后分量有效值，并在步骤2)中，根据塔筒位移前后分量有效值对风电机组的载荷进行模糊控制。
12.步骤2)的具体过程为：
13.将所述塔筒位移数据与预设标准阈值进行比对；当所述塔筒位移数据在预设标准阈值内，则对风电机组的载荷进行模糊控制以降低风机载荷；当所述塔筒位移数据小于预设标准阈值，则正常发电；当所述塔筒位移数据大于预设标准阈值，则进行停机保护。
14.对风电机组的载荷进行模糊控制的具体过程为：
15.将塔筒位移数据经过模糊化后，根据模糊规则进行模糊推理，得到模糊输出结果并解模糊，得到最终的模糊控制输出量，叠加至当前的机组运行控制量中，设置降功降速调度的功率设定点和转速设定点。
16.各机组运行控制量对应有发电机转速和轴功率大小。
17.本发明还公开了一种基于塔筒位移的模糊控制降载装置，包括：
18.塔筒位移获取模块，用于获取风电机组运行过程中的塔筒位移数据；
19.逻辑判断模块，用于将所述塔筒位移数据与预设标准阈值进行比对，得到比对结果；
20.控制模块，用于根据比对结果对风机载荷进行模糊控制以降低风机载荷。
21.作为上述技术方案的进一步改进：
22.还包括数据处理模块，用于对塔筒位移数据的预处理，具体为：对塔筒位移数据进行带通滤波，再每隔预定时间进行滑动滤波，最后进行延时处理，得到塔筒位移数据有效值。
23.本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
24.本发明还公开了一种基于塔筒位移的模糊控制降载系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
25.与现有技术相比，本发明的优点在于：
26.本发明根据机组的实时塔筒位移数据进行风电机组的载荷控制，能够实现对机组载荷的实时调整；基于模糊控制进行降功降速调度，在降低载荷的同时最大化发电效率，充分挖掘机组发电性能潜力。本发明仅占用极少计算资源，能够在不改变风机叶片等硬件的情况下，精准实现对载荷的实时控制和风机保护。
27.本发明的塔筒位移数据由塔筒的位移传感器输出，相较于风速等常规特征量，数据更加精确且与载荷之间线性关系显著；此外，市面上大多载荷均通过载荷传感器进行测量，而本发明使用风电机组常规配置的塔筒位移传感器得到位移数据，能够减少相应的载荷传感器的使用，降低整机成本。
附图说明
28.图1为本发明的装置在具体应用时的实施例图。
29.图2为本发明的方法在实施例的流程图。
30.图3为本发明中的预处理在实施例的流程图。
31.图4为本发明中的模糊控制在实施例的流程图。
32.图5为本发明中的塔筒位移-载荷线性关系图。
具体实施方式
33.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
34.如图2所示，本发明实施例的基于塔筒位移的模糊控制降载方法，包括步骤：
35.1)获取风电机组运行过程中的塔筒位移数据；其中塔筒位移数据为原始数据，通
过固定在塔筒的位移传感器(此位移传感器在风电机组中一般都会配置)来得到；
36.2)根据塔筒位移数据对风电机组的载荷进行模糊控制，以降低风机载荷。
37.具体地，本发明人在经过对多个机型的塔筒位移与载荷之间关系进行分析，最终得到塔筒位移与机组载荷之间存在显著的线性关系，如图5所示；相较于风速等常规特征量，塔筒位移数据由塔筒的位移传感器输出，数据更加精确且与载荷之间线性关系显著；此外，市面上大多载荷均通过载荷传感器进行测量，而本发明使用风电机组常规配置的塔筒位移传感器得到位移数据，能够减少相应的载荷传感器的使用，降低整机成本。
38.如图3所示，在一具体实施例中，在步骤1)-步骤2)之间，还包括对塔原始塔筒位移数据的预处理(数据清洗)，具体为：对得到的原始塔筒位移数据进行带通滤波，而后每隔100ms进行滑动滤波，因控制系统具有延时特性，最后将得到的数据进行延时处理，得到塔筒位移数据有效值。通过对上述原始塔筒位移数据进行数据清洗，确保后续参与控制的数据的可靠性，保证控制的可靠性和精准性。
39.其中原始塔筒位移数据包括塔筒位移前后分量和塔筒位移左右分量，在上述步骤中，仅对塔筒位移前后分量进行数据清洗，并在步骤2)中，根据数据清洗后的塔筒位移前后分量对风电机组的载荷进行模糊控制。使用塔筒位移前后分量可以进一步减少数据量，提升计算速度，且上文中塔筒位移与载荷之间的线性关系主要体现在前后分量上。
40.在一具体实施例中，步骤2)的具体过程为：将塔筒位移数据与预设标准阈值进行比对；当塔筒位移数据在预设标准阈值内，则对风电机组的载荷进行模糊控制以降低风机载荷；当塔筒位移数据小于预设标准阈值，则正常发电；当塔筒位移数据大于预设标准阈值，则直接触发停机保护。
41.其中对风电机组的载荷进行模糊控制的具体过程为：将位移数据经过模糊化后，根据模糊规则进行模糊推理，得到模糊输出结果并解模糊，得到最终的模糊控制输出量，叠加至当前的机组运行控制量中，设置降功降速调度的功率设定点和转速设定点。其中各机组运行控制量对应有发电机转速和轴功率大小。
42.本发明的基于塔筒位移的模糊控制降载方法，根据机组的实时塔筒位移数据进行风电机组的载荷控制，能够确保机组根据当前机组运行状态进行实时调整；基于模糊控制进行降功降速调度，相较于常规控制方法，能够避免机组频繁启停，在降低载荷的同时最大化发电效率，充分挖掘机组发电性能潜力。
43.本发明的基于塔筒位移的模糊控制降载方法，仅占用极少计算资源，能够在不改变风机叶片等硬件的情况下，精准实现对载荷的实时控制和风机保护。
44.如图1所示，本发明实施例的基于塔筒位移的模糊控制降载装置，包括：
45.塔筒位移获取模块，用于获取风电机组运行过程中塔筒的位移数据；
46.数据处理模块，用于对位移数据的预处理(数据清洗)，具体为：对位移数据进行带通滤波，再每隔预定时间进行滑动滤波，最后进行延时处理，得到有效的塔筒位移数据；
47.逻辑判断模块，用于将所述塔筒的位移数据与预设标准阈值进行比对，得到比对结果；
48.控制模块，用于根据比对结果对风机载荷进行模糊控制以降低风机载荷。
49.具体地，塔筒位移获取模块通过固定在塔筒的位移传感器来测量得到，保证测量精度与数据可靠性；
50.数据处理模块，用于在接收塔筒位移传感器的数据输入后进行数据清洗：首先对塔筒位移测量数据进行带通滤波处理，滤除杂波得到更准确的数据信号；而后每隔100ms进行滑动滤波处理；因控制系统具有延时特性，最后需要对滑动滤波后的数据进行相应的延时处理，最终得到有效的塔筒位移数据。如图3所示，以某机型塔筒位移前后分量为例，将塔筒位移前后分量原始数据经过上述处理，即可得到塔筒位移前后分量的有效数据。相较于原始数据，有效数据更加精准可靠，更适用于控制计算。其中塔筒位移数据包括前后、左右两个分量，后文主要使用塔筒位移前后分量进行说明；
51.逻辑判断模块，用于将经过处理后的塔筒位移前后分量有效值进行逻辑判断。如图2所示，逻辑判断模块根据当前塔筒位移前后分量进行判断，若其超过控制阈值下限，则进行降功降速调度；若当前塔筒位移前后分量有效值超过机组保护阈值，将进入保护停机状态；若当前塔筒位移前后分量有效值小于控制阈值下限，则继续正常发电运行。其中，降功降速调度由模糊控制器决定相应的功率和转速设定点。为避免频繁动作，上述控制阈值会进行相应的回差设置，提高控制容错。以某机组为例，其降功降速模糊控制规则如表1所示。
52.表1模糊控制规则
[0053][0054]
控制模块在接收到逻辑判断模块的信号，进行相应的控制。其中采用基于模糊控制的降功降速调度，主要包括以下内容：
[0055]
如图4所示，基于模糊控制的降功降速调度主要由模糊控制器决定，具体步骤为：将经过数据清洗处理后的塔筒位移前后分量及发电机转速输入至模糊控制器，由发电机转速计算得出发电机转速的超速比，将输入量划分为若干个模糊集，并设计各个隶属度函数。经过模糊化后进行根据模糊规则进行模糊推理，具体模糊规则设定如表1所示；最后将模糊推理得到的结果解模糊，得到最终的模糊控制输出量(变桨叠加变桨速率)，叠加至当前的机组运行变桨速率中，进行降功降速调度功率、转速设定点的设置。其中预设了各控制量下发电机转速和轴功率大小。此外，还设置了降功降速速率等参数，通过降低风机转速和功率来降低风机载荷。
[0056]
如果当前发电机转速已经接近最小稳态转速(最小稳态转速在机组设计时规定)，而塔筒位移仍大于控制阈值，则进入保护模块，进行停机保护。
[0057]
本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。本发明实施例进一步公开了一种基于塔筒位移的模糊控制降载系统，包括存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。本发明的介质以及系统与上述方法相对应，同样具有如上所述方法的优点。
[0058]
如本公开和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一
种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
[0059]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于塔筒位移的模糊控制降载方法，其特征在于，包括步骤：1)获取风电机组运行过程中塔筒位移数据；2)根据所述塔筒位移数据对风电机组的载荷进行模糊控制，以降低风机载荷。2.根据权利要求1所述的基于塔筒位移的模糊控制降载方法，其特征在于，在步骤1)-步骤2)之间，还包括对塔筒位移数据的预处理，具体为：对塔筒位移数据进行带通滤波，再每隔预定时间进行滑动滤波，最后进行延时处理，得到塔筒位移数据有效值。3.根据权利要求2所述的基于塔筒位移的模糊控制降载方法，其特征在于，塔筒位移数据包括塔筒位移前后分量和塔筒位移左右分量，对塔筒位移前后分量进行预处理得到塔筒位移前后分量有效值，并在步骤2)中，根据塔筒位移前后分量有效值对风电机组的载荷进行模糊控制。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于塔筒位移的模糊控制降载方法，其特征在于，步骤2)的具体过程为：将所述塔筒位移数据与预设标准阈值进行比对；当所述塔筒位移数据在预设标准阈值内，则对风电机组的载荷进行模糊控制以降低风机载荷；当所述塔筒位移数据小于预设标准阈值，则正常发电；当所述塔筒位移数据大于预设标准阈值，则进行停机保护。5.根据权利要求4所述的基于塔筒位移的模糊控制降载方法，其特征在于，对风电机组的载荷进行模糊控制的具体过程为：将塔筒位移数据经过模糊化后，根据模糊规则进行模糊推理，得到模糊输出结果并解模糊，得到最终的模糊控制输出量，叠加至当前的机组运行控制量中，设置降功降速调度的功率设定点和转速设定点。6.根据权利要求5所述的基于塔筒位移的模糊控制降载方法，其特征在于，各机组运行控制量对应有发电机转速和轴功率大小。7.一种基于塔筒位移的模糊控制降载装置，其特征在于，包括：塔筒位移获取模块，用于获取风电机组运行过程中的塔筒位移数据；逻辑判断模块，用于将所述塔筒位移数据与预设标准阈值进行比对，得到比对结果；控制模块，用于根据比对结果对风机载荷进行模糊控制以降低风机载荷。8.根据权利要求7所述的基于塔筒位移的模糊控制降载装置，其特征在于，还包括数据处理模块，用于对塔筒位移数据的预处理，具体为：对塔筒位移数据进行带通滤波，再每隔预定时间进行滑动滤波，最后进行延时处理，得到塔筒位移数据有效值。9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～6中任意一项所述方法的步骤。10.一种基于塔筒位移的模糊控制降载系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1～6中任意一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于塔筒位移的模糊控制降载方法、装置、介质及系统，所述方法包括步骤：1)获取风电机组运行过程中塔筒位移数据；2)根据所述塔筒位移数据对风电机组的载荷进行模糊控制，以降低风机载荷。本发明根据机组的实时塔筒位移数据进行风电机组的载荷控制，能够实现对机组载荷的实时调整；基于模糊控制进行降功降速调度，在降低载荷的同时最大化发电效率，充分挖掘机组发电性能潜力。本发明仅占用极少计算资源，能够在不改变风机叶片等硬件的情况下，精准实现对载荷的实时控制和风机保护。保护。保护。


技术研发人员：王靛 常晟 刘红文 唐帅
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车研究所有限公司
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/5/16