一种基于风力变化的风机收桨方法与流程

1.本发明涉及风机收桨控制技术领域，具体而言，涉及一种基于风力变化的风机收桨方法。


背景技术：

2.随着新能源发展，绿色能源尤其是风力发电在能源供电领域占领着越来越重要的位置。在风力发电的过程中，为了顺应环境风力等变化，需要进行变桨控制，以此改变风机叶片的角度，以保证在最安全、设备损耗最低的情况下达到更好的发电效果。
3.在发生故障或环境异常的时候，需要进行停机处理，此时往往需要进行收桨控制，收桨过程可以根据风力调整收桨速度。由于现在一般对风机叶片执行独立变桨控制，也就是说每个叶片都会被赋予一个单独的控制系统，根据实时状况去进行变桨。由此可能造成运行过程中不同叶片工作状态例如角度差异很大的情况，同时在收桨的过程如果只是独立依赖风力变化收桨不考虑其他叶片的状况可能造成设备不平衡，长期如此会加速设备的老化，降低使用寿命。
4.因此，需要对收桨控制进行优化，需考虑不同叶片的运行状况差异以及风力情况，在此基础上对不同的叶片分别进行更高效的收桨，同时设备的兼顾平衡性和机械性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于风力变化的风机收桨方法，其目的是对不同的叶片分别进行更高效的收桨，同时设备的兼顾平衡性和机械性能。
6.本发明的实施例通过以下技术方案实现：
7.一种基于风力变化的风机收桨方法，包括以下步骤：
8.采集每个叶片的叶片桨距角，按照大到小排序分别为α、β和γ；
9.获取最小叶片桨距角γ和另外两个叶片桨距角α和β的差值大小，分别为第一差值ε1和第二差值ε2，第一差值ε1不小于第二差值ε2；
10.基于第一差值ε1、第二差值ε2和差值阈值δ的大小关系分别赋予每个叶片初始收桨速度并进行收桨；
11.在收桨过程中，根据风力情况，基于每个叶片的所述初始收桨速度分别对收桨速度进行适应性调整。
12.优选地，所述赋予每个叶片初始收桨速度并进行收桨包括：
13.叶片桨距角为α、β和γ的三个叶片分别称为blade_max,blade_mid和blade_min；
14.若所述第一差值ε1和所述第二差值ε2均大于所述差值阈值δ，则blade_max和blade_mid分别先以各自的初始收桨速度v
blade_max
和v
blade_mid
进行收桨，时间δt1后blade_min开始以其初始收桨速度v
blade_min
进行收桨，此时：
[0015]vblade_max
＝v1；
[0016]vblade_mid
＝v1*ε2/ε1；
[0017][0018][0019]
若仅所述第一差值ε1大于所述差值阈值δ，blade_max先以其初始收桨速度v
blade_max
进行收桨，时间δt1后blade_mid和blade_min分别开始以各自的初始收桨速度收桨：
[0020]vblade_max
＝v1；
[0021][0022][0023][0024]
若所述第一差值ε1和所述第二差值ε2没有大于所述差值阈值δ，每个叶片同时以初始收桨速度v1开始收桨。
[0025]
优选地，所述v1的确定方法为根据当前风力值和风电机组自身机械性能确定；
[0026]
风力值越大所述v1越大，且所述v1小于风电机组自身机械性能能承受的阈值收桨速度v
th
。
[0027]
优选地，所述v1的取值范围为4-7度每秒。
[0028]
优选地，所述对收桨速度进行适应性调整的方法包括：
[0029]
在每个叶片上分别安装一个振动传感器检测各自的振动幅度；
[0030]
若某个叶片的振动幅度a超过振动安全阈值a
th
，则根据该叶片的振动幅度a对该叶片的收桨速度进行加速，加速后的收桨速度v
new
。
[0031]
优选地，根据该叶片的振动幅度a对该叶片的收桨速度进行加速的方法为：
[0032]
获取评估参数p：
[0033][0034]
若所述评估参数p》50％：
[0035]vnew
＝v
th
；
[0036]
其中，v
new
为对该叶片的收桨速度进行加速后的收桨速度，v
th
为风电机组自身机械性能能承受的阈值收桨速度；
[0037]
若所述评估参数p≤50％：
[0038]vnew
＝v
old
*p*(v
th-v
old
)；
[0039]
其中，v
old
为对叶片的收桨速度进行加速前的收桨速度，其值等于该叶片的初始收桨速度。
[0040]
优选地，若有两个叶片的所述振动幅度a超过所述振动安全阈值a
th
，且两个叶片的所述评估参数p分别为p1和p2；
[0041]
在对这两个叶片的收桨速度进行加速后，对剩下的一个叶片进行加速：
[0042]vnew
＝v
old
*min(p1,p2)*(v
th-v
old
)；
[0043]
如果v
new
》v
th
，v
new
＝v
th
。
[0044]
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
[0045]
本发明对每个叶片分别进行针对性控制，适应性更强；
[0046]
本发明尽量调整、协调叶片之间的收桨完成时间，对整个风机设备的平衡性有益，进一步来说能降低设备的磨损，提升设备使用寿命；
[0047]
本发明的基本速度取决于风力和设备自身性能，既保证在不良条件尽快收桨，有防止超出设备承受能力；
[0048]
本发明在初始收桨动作以后还会对设备各个叶片的振动进行监测，以此达到推测风力实时状况的目的，测量简单易于实现；
[0049]
本发明在初始收桨动作以后还会对设备各个叶片的收桨速度基于风力进行调整，进一步保证了收桨效率，防止风力承受过大却迟迟不能完成停机的情况发生；
[0050]
本发明设计合理、算法思路简单，计算成本较低，可以兼顾收桨效率和设备损耗情况，便于推广和应用。
附图说明
[0051]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0052]
图1为本发明实施例提供的一种基于风力变化的风机收桨方法的方法流程示意图。
具体实施方式
[0053]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0054]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0055]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0056]
实施例1
[0057]
参阅图1，本实施例提供了一种基于风力变化的风机收桨方法，包括以下步骤：
[0058]
步骤s1：采集每个叶片的叶片桨距角，按照大到小排序分别为α、β和γ；
[0059]
步骤s2：获取最小叶片桨距角γ和另外两个叶片桨距角α和β的差值大小，分别为第一差值ε1和第二差值ε2，第一差值ε1不小于第二差值ε2；
[0060]
步骤s3：基于第一差值ε1、第二差值ε2和差值阈值δ的大小关系分别赋予每个叶片
初始收桨速度并进行收桨；
[0061]
步骤s4：在收桨过程中，根据风力情况，基于每个叶片的所述初始收桨速度分别对收桨速度进行适应性调整。
[0062]
本实施例的基本思想如下：
[0063]
风机在停机过程需要先进行收桨，由于现在风机一般都接收的独立变桨控制，所以每个叶片的叶片桨距角可能都不相同。因此，也存在角度差异较大的情况，如果进行同一速度的收桨，可能会出现每个叶片完成收桨时间差异过大的情况，此时，每个叶片承受的风压也会大不相同，会对风机产生不平衡损伤。长期如此损伤累积可能会严重影响风机设备的使用寿命。
[0064]
所以，本实施例考虑了每个叶片的叶片桨距角之间的差异，来对他们分别设置收桨速度。目的是尽可能使得所有叶片同时完成收桨。并且在收桨过程中持续监测每个叶片承受的风力状况，对对收桨速度进行适应性调整，以便收桨过程出现承受风力过大的情况的时候更高效地完成收桨。
[0065]
所述v1可以是一个经验值，工作人员可以根据风机设备本身的参数信息，设置一套所述v1跟随风速的变化体系，每次收桨工作开始的时候，系统根据这个变化体系和当前风速确定这次收桨工作中的所述v1的值是多少。也可以在每次收桨工作开始的时候，根据实时情况由工作人员键入一个适宜的v1。
[0066]
实施例2
[0067]
本实施例基于实施例1的技术方案，对步骤s3中每个叶片初始收桨速度的设置进行进一步说明。
[0068]
在本实施例中，所述赋予每个叶片初始收桨速度并进行收桨包括：
[0069]
叶片桨距角为α、β和γ的三个叶片分别称为blade_max,blade_mid和blade_min；
[0070]
若所述第一差值ε1和所述第二差值ε2均大于所述差值阈值δ，则blade_max和blade_mid分别先以各自的初始收桨速度v
blade_max
和v
blade_mid
进行收桨，时间δt1后blade_min开始以其初始收桨速度v
blade_min
进行收桨，此时：
[0071]vblade_max
＝v1；
[0072]vblade_mid
＝v1*ε2/ε1；
[0073][0074][0075]
若仅所述第一差值ε1大于所述差值阈值δ，blade_max先以其初始收桨速度v
blade_max
进行收桨，时间δt1后blade_mid和blade_min分别开始以各自的初始收桨速度收桨：
[0076]vblade_max
＝v1；
[0077][0078]
[0079][0080]
若所述第一差值ε1和所述第二差值ε2没有大于所述差值阈值δ，每个叶片同时以初始收桨速度v1开始收桨。
[0081]
进一步地地，所述v1的确定方法为根据当前风力值和风电机组自身机械性能确定；
[0082]
风力值越大所述v1越大，且所述v1小于风电机组自身机械性能能承受的阈值收桨速度v
th
。
[0083]
本实施例中，所述v1的取值范围为4-7度每秒。
[0084]
本实施例的核心思路为：
[0085]
在收桨过程中，我们要尽量使得所有叶片同时完成收桨。
[0086]
在叶片之间的角度差距不大，也就是任意两个叶片之间的角度差值都没有超过差值阈值δ的时候，可以控制所有的叶片都按照一个速度去收桨，在这种情况下，每个叶片完成收桨的时间差异自然也会在期望的时间阈值以内；
[0087]
但是如果叶片之间的角度差异过大，则需要对每个叶片的收桨速度进行分别的调整，使得他们尽可能同时完成收桨。
[0088]
在这里，如果我们以桨距角最小的叶片为基准进行调整，其他与桨距角最小的叶片桨距角差距过大的叶片都会先行执行收桨，在一定时间后桨距角最小的叶片才开始收桨。这里设定为，当其他与桨距角最小的叶片桨距角差距过大的叶片在收桨过程中，与桨距角最小的叶片桨距角差值开始进入差值阈值δ的时候，桨距角最小的叶片再开始收桨。
[0089]
每个叶片的初始收桨速度则是以桨距角最大的叶片的初始收桨速度为基准进行比例性调整。初始收桨速度的设置下，所有叶片基本可以保证同时完成收桨。
[0090]
实施例3
[0091]
本实施例基于实施1的技术方案，对步骤s4中收桨速度进行适应性调整的方法进行进一步说明。
[0092]
作为本实施例的优选方案，所述对收桨速度进行适应性调整的方法包括：
[0093]
在每个叶片上分别安装一个振动传感器检测各自的振动幅度；
[0094]
若某个叶片的振动幅度a超过振动安全阈值a
th
，则根据该叶片的振动幅度a对该叶片的收桨速度进行加速，加速后的收桨速度v
new
。
[0095]
其中，根据该叶片的振动幅度a对该叶片的收桨速度进行加速的方法为：
[0096]
获取评估参数p：
[0097][0098]
若所述评估参数p》50％：
[0099]vnew
＝v
th
；
[0100]
其中，v
new
为对该叶片的收桨速度进行加速后的收桨速度，v
th
为风电机组自身机械性能能承受的阈值收桨速度；
[0101]
若所述评估参数p≤50％：
[0102]vnew
＝v
old
*p*(v
th-v
old
)；
[0103]
其中，v
old
为对叶片的收桨速度进行加速前的收桨速度，其值等于该叶片的初始收桨速度。
[0104]
进一步，若有两个叶片的所述振动幅度a超过所述振动安全阈值a
th
，且两个叶片的所述评估参数p分别为p1和p2；
[0105]
在对这两个叶片的收桨速度进行加速后，对剩下的一个叶片进行加速：
[0106]vnew
＝v
old
*min(p1,p2)*(v
th-v
old
)；
[0107]
如果v
new
》v
th
，v
new
＝v
th
。
[0108]
由于不仅仅是风速会对收桨状况有影响，风向同样会造成影响，在收桨过程中，由于本身叶片的角度是同时适配风力和风向去调整的，所以在收桨过程中，可能会发生由于收桨角度发生变化，进而叶片本身承受的风压变化，甚至可能到了对风机有害的程度，此时需要更加快速地完成收桨。
[0109]
所以，在设置初始收桨速度之后，在这个收桨过程中我们还需对收桨速度进行一个二次调整，但是风向是比较难进行监控的，所以通过在每个叶片正面上加装一个振动传感器，监测叶片转向过程的振动变化，以此来感受叶片实际承受的风压。
[0110]
我们以评估参数为考量标准，来判断风机叶片振动超标的程度，若超标过多，则直接把收桨速度拉到最大。
[0111]
特别说明的是，当有两个叶片的收桨速度进行加速，说明整个风机大部分叶片都处于高风压下，所以对剩下的叶片也进行加速，使得整个设备都尽早完成收桨停机。这里，对于剩下的叶片，我们赋予的加速倍数和另外两个叶片中加速倍数较小的相同，如果剩余叶片的初始收桨速度乘以这个加速倍数超过了阈值收桨速度v
th
，为了风机设备自身的安全考虑，则只加速到v
th
。
[0112]
需要注意的是，收桨速度过快也会产生一些不利影响，例如可能会增加风机的结构负荷，引起机械振动等问题。所以调整过程需要多方面进行考量。因此本实施例以v
th
作为调整上限。v
th
可以根据每台风机设备的实际机械数据确定，例如可以参考其手册参数。
[0113]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于风力变化的风机收桨方法，其特征在于，包括以下步骤：采集每个叶片的叶片桨距角，按照大到小排序分别为α、β和γ；获取最小叶片桨距角γ和另外两个叶片桨距角α和β的差值大小，分别为第一差值ε1和第二差值ε2，第一差值ε1不小于第二差值ε2；基于第一差值ε1、第二差值ε2和差值阈值δ的大小关系分别赋予每个叶片初始收桨速度并进行收桨；在收桨过程中，根据风力情况，基于每个叶片的所述初始收桨速度分别对收桨速度进行适应性调整。2.根据权利要求1所述的一种基于风力变化的风机收桨方法，其特征在于，所述赋予每个叶片初始收桨速度并进行收桨包括：叶片桨距角为α、β和γ的三个叶片分别称为blade_max，blade_mid和blade_min；若所述第一差值ε1和所述第二差值ε2均大于所述差值阈值δ，则blade_max和blade_mid分别先以各自的初始收桨速度v
blade_max
和v
blade_mid
进行收桨，时间δt1后blade_min开始以其初始收桨速度v
blade_min
进行收桨，此时：v
blade_max
＝v1；v
blade_mid
＝v1*ε2/ε1；；若仅所述第一差值ε1大于所述差值阈值δ，blade_max先以其初始收桨速度v
blade_max
进行收桨，时间δt1后blade_mid和blade_min分别开始以各自的初始收桨速度收桨：v
blade_max
＝v1；；；若所述第一差值ε1和所述第二差值ε2没有大于所述差值阈值δ，每个叶片同时以初始收桨速度v1开始收桨。3.根据权利要求2所述的一种基于风力变化的风机收桨方法，其特征在于：所述v1的确定方法为根据当前风力值和风电机组自身机械性能确定；风力值越大所述v1越大，且所述v1小于风电机组自身机械性能能承受的阈值收桨速度v
th
。4.根据权利要求3所述的一种基于风力变化的风机收桨方法，其特征在于：所述v1的取值范围为4-7度每秒。5.根据权利要求1所述的一种基于风力变化的风机收桨方法，其特征在于，所述对收桨速度进行适应性调整的方法包括：在每个叶片上分别安装一个振动传感器检测各自的振动幅度；
若某个叶片的振动幅度a超过振动安全阈值a
th
，则根据该叶片的振动幅度a对该叶片的收桨速度进行加速，加速后的收桨速度v
new
。6.根据权利要求5所述的一种基于风力变化的风机收桨方法，其特征在于，根据该叶片的振动幅度a对该叶片的收桨速度进行加速的方法为：获取评估参数p：若所述评估参数p＞50％：v
new
＝v
th
；其中，v
new
为对该叶片的收桨速度进行加速后的收桨速度，v
th
为风电机组自身机械性能能承受的阈值收桨速度；若所述评估参数p≤50％：v
new
＝v
old
*p*(v
th-v
old
)；其中，v
old
为对叶片的收桨速度进行加速前的收桨速度，其值等于该叶片的初始收桨速度。7.根据权利要求6所述的一种基于风力变化的风机收桨方法，其特征在于，若有两个叶片的所述振动幅度a超过所述振动安全阈值a
th
，且两个叶片的所述评估参数p分别为p1和p2；在对这两个叶片的收桨速度进行加速后，对剩下的一个叶片进行加速：v
new
＝v
old
*min(p1，p2)*(v
th-v
old
)；如果v
new
＞v
th
，v
new
＝v
th
。

技术总结
本发明提供了一种基于风力变化的风机收桨方法，涉及风机收桨控制技术领域，其目的是对不同的叶片分别进行更高效的收桨，同时设备的兼顾平衡性和机械性能，包括采集每个叶片的叶片桨距角；获取最小叶片桨距角γ和另外两个叶片桨距角α和β的差值大小，分别为第一差值ε1和第二差值ε2，第一差值ε1不小于第二差值ε2；基于第一差值ε1、第二差值ε2和差值阈值δ的大小关系分别赋予每个叶片初始收桨速度并进行收桨；在收桨过程中，根据风力情况，基于每个叶片的所述初始收桨速度分别对收桨速度进行适应性调整。本发明具有收桨效率高的同时兼顾设备平衡性减少设备磨损的优点。兼顾设备平衡性减少设备磨损的优点。兼顾设备平衡性减少设备磨损的优点。


技术研发人员：张澄辉 王向伟 刘佳 孟一非 帖中华 贾波
受保护的技术使用者：华能新能源股份有限公司河北分公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/13