本發(fā)明屬于風(fēng)電機(jī)組控制，涉及一種基于損失功率的風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著大型化風(fēng)電機(jī)組部署應(yīng)用以及海上、沙漠、戈壁、荒漠等大型風(fēng)電基地加快建設(shè)，將對風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件可靠性提出更高的要求。風(fēng)電機(jī)組主要包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)等關(guān)鍵部件，其中偏航系統(tǒng)作為風(fēng)電機(jī)組對風(fēng)部件，對實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能利用有重要作用。然而，統(tǒng)計(jì)表明偏航系統(tǒng)故障率約為8％，是齒輪箱或發(fā)電機(jī)故障率的2倍，已經(jīng)成為影響風(fēng)電機(jī)組安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵部件之一。當(dāng)前大型風(fēng)電機(jī)組多采用主動偏航方法，包括重啟對風(fēng)控制方法和執(zhí)行對風(fēng)控制方法。其中，執(zhí)行對風(fēng)控制方法用于保障機(jī)艙旋轉(zhuǎn)過程的平穩(wěn)性和實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪的精準(zhǔn)對風(fēng)；重啟對風(fēng)控制方法主要作用是確定何時啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)方法，即重啟對風(fēng)控制方法決定了偏航動作次數(shù)并影響著風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量。

2、風(fēng)向、風(fēng)速的不確定性和頻繁波動性會使得風(fēng)電機(jī)組難以保持穩(wěn)定的風(fēng)能轉(zhuǎn)換狀態(tài)，造成偏航系統(tǒng)對風(fēng)動作次數(shù)增多，陀螺力矩、動態(tài)尾流、風(fēng)切變等因素會使得風(fēng)電機(jī)組頻繁承受非定常載荷沖擊，易造成偏航系統(tǒng)傳動部件加速疲勞損傷，在長期啟停動作循環(huán)作用下，將加速消耗偏航系統(tǒng)使用壽命，直至發(fā)生嚴(yán)重故障停機(jī)。偏航系統(tǒng)故障包括偏航定位偏差、偏航軸承齒圈齒面破損、偏航限位開關(guān)失效、潤滑油泄漏等，特別是偏航軸承、偏航齒輪一旦發(fā)生嚴(yán)重故障，將面臨高空作業(yè)難度大、高空吊裝費(fèi)用高和檢修時間長等困難，且造成極大的發(fā)電量損失。因此，有必要開展偏航系統(tǒng)增功延壽控制方法研究，提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行可靠性和風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)效益。

3、針對風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)重啟對風(fēng)控制，本發(fā)明提出基于損失功率控制的風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽控制方法。首先，構(gòu)建偏航系統(tǒng)閾值目標(biāo)函數(shù)，提取風(fēng)電場scada系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用遺傳算法獲取最優(yōu)控制參數(shù)閾值(風(fēng)電損失功率閾值和偏航延時時間閾值)；然后，從風(fēng)電場scada系統(tǒng)中實(shí)時采集風(fēng)速、風(fēng)向以及機(jī)艙位置數(shù)據(jù)，實(shí)時計(jì)算風(fēng)電損失功率；最后，當(dāng)滑動時間窗內(nèi)的風(fēng)電損失功率均大于風(fēng)電損失功率閾值時，啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)；否則，不啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)。本發(fā)明無需另裝硬件設(shè)備，僅需利用現(xiàn)有風(fēng)電場scada系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過改變現(xiàn)有偏航系統(tǒng)控制算法，就可以增加風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量、減少偏航系統(tǒng)動作次數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽目的，對保障風(fēng)電機(jī)組的高效可靠運(yùn)行有重要應(yīng)用價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于損失功率的風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽控制方法，該方法通過直接控制風(fēng)電損失功率來提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量，并減少偏航動作次數(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的增功延壽。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、基于損失功率的風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽控制方法，該方法具體包括以下步驟：

4、s1：構(gòu)建偏航系統(tǒng)閾值目標(biāo)函數(shù)，提取風(fēng)電場scada系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用遺傳算法獲取最優(yōu)控制參數(shù)閾值，即風(fēng)電損失功率閾值和偏航延時時間閾值；

5、s2：從風(fēng)電場scada系統(tǒng)中實(shí)時采集風(fēng)速、風(fēng)向以及機(jī)艙位置數(shù)據(jù)，實(shí)時計(jì)算風(fēng)電損失功率；

6、s3：當(dāng)滑動時間窗內(nèi)的風(fēng)電損失功率均大于風(fēng)電損失功率閾值時，啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)；否則，不啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)。

7、進(jìn)一步，所述s1中，為獲取最優(yōu)控制參數(shù)閾值，即風(fēng)電損失功率閾值和偏航延時時間閾值，構(gòu)建的閾值目標(biāo)函數(shù)如下：

8、

9、式中，包括風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量的增益函數(shù)以及因偏航系統(tǒng)動作所導(dǎo)致的偏航軸承疲勞壽命損失的減益函數(shù)兩部分；pt為損失功率閾值；t為偏航延時時間閾值；[α1,α2]為pt的約束范圍；[β1,β2]為t的約束范圍；

10、然后，利用風(fēng)電場scada系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用遺傳算法對式(1)進(jìn)行尋優(yōu)，獲取最優(yōu)控制參數(shù)閾值。

11、進(jìn)一步，所述s2中，利用從風(fēng)電場scada系統(tǒng)實(shí)時采集時間間隔為1s的風(fēng)向和機(jī)艙位置監(jiān)測數(shù)據(jù)，并采用式(2)實(shí)時計(jì)算偏航角度：

12、θ＝θw-θn?(2)

13、式中，θw為風(fēng)向角度；θn為機(jī)艙位置；

14、然后，利用從風(fēng)電場scada系統(tǒng)實(shí)時采集時間間隔為1s的風(fēng)速監(jiān)測數(shù)據(jù)，并采用式(3)實(shí)時計(jì)算風(fēng)電損失功率：

15、

16、式中，ρ為空氣密度；s為風(fēng)輪面積；cp為氣動功率系數(shù)；vw為風(fēng)速；ξ為風(fēng)電機(jī)組機(jī)電轉(zhuǎn)換效率。

17、進(jìn)一步，所述s3中，將最優(yōu)控制參數(shù)閾值即風(fēng)電損失功率閾值pt以及偏航延時時間閾值t作為控制方法中的最優(yōu)控制參數(shù)閾值，利用計(jì)算得到起始時間點(diǎn)為k、長度為t的滑動時間窗內(nèi)的風(fēng)電損失功率當(dāng)其均大于pt時，啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)；否則，不啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)；然后，隨時間以1s為時間單位移動滑動時間窗，重復(fù)以上過程。

18、本發(fā)明的有益效果在于：首先，構(gòu)建偏航系統(tǒng)閾值目標(biāo)函數(shù)，提取風(fēng)電場scada系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用遺傳算法獲取最優(yōu)控制參數(shù)閾值(風(fēng)電損失功率閾值和偏航延時時間閾值)；然后，從風(fēng)電場scada系統(tǒng)中實(shí)時采集風(fēng)速、風(fēng)向以及機(jī)艙位置數(shù)據(jù)，實(shí)時計(jì)算風(fēng)電損失功率；最后，當(dāng)滑動時間窗內(nèi)的風(fēng)電損失功率均大于風(fēng)電損失功率閾值時，啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)；否則，不啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)。本發(fā)明無需另裝硬件設(shè)備，僅需利用現(xiàn)有風(fēng)電場scada系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過改變現(xiàn)有偏航系統(tǒng)控制算法，就可以增加風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量、減少偏航系統(tǒng)動作次數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽目的，對保障風(fēng)電機(jī)組的高效可靠運(yùn)行有重要應(yīng)用價值。

19、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.基于損失功率的風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽控制方法，其特征在于：該方法具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于損失功率的風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽控制方法，其特征在于：所述s1中，為獲取最優(yōu)控制參數(shù)閾值，即風(fēng)電損失功率閾值和偏航延時時間閾值，構(gòu)建的閾值目標(biāo)函數(shù)如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于損失功率的風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽控制方法，其特征在于：所述s2中，利用從風(fēng)電場scada系統(tǒng)實(shí)時采集時間間隔為1s的風(fēng)向和機(jī)艙位置監(jiān)測數(shù)據(jù)，并采用式(2)實(shí)時計(jì)算偏航角度：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于損失功率的風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽控制方法，其特征在于：所述s3中，將最優(yōu)控制參數(shù)閾值即風(fēng)電損失功率閾值pt以及偏航延時時間閾值t作為控制方法中的最優(yōu)控制參數(shù)閾值，利用計(jì)算得到起始時間點(diǎn)為k、長度為t的滑動時間窗內(nèi)的風(fēng)電損失功率[plk,plk+1,......,plk+t-1,plk+t]，當(dāng)其均大于pt時，啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)；否則，不啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)；然后，隨時間以1s為時間單位移動滑動時間窗，重復(fù)以上過程。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于損失功率的風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽控制方法，屬于風(fēng)電機(jī)組控制技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：S1：構(gòu)建偏航系統(tǒng)閾值目標(biāo)函數(shù)，利用風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用遺傳算法獲取最優(yōu)控制參數(shù)閾值；S2：從風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)中實(shí)時采集風(fēng)速以及偏航角度數(shù)據(jù)，實(shí)時計(jì)算風(fēng)電損失功率；S3：當(dāng)滑動時間窗內(nèi)的風(fēng)電損失功率均大于風(fēng)電損失功率閾值時，啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)；否則，不啟動偏航系統(tǒng)執(zhí)行對風(fēng)。本發(fā)明無需另裝硬件設(shè)備，僅需利用現(xiàn)有風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過改變現(xiàn)有偏航系統(tǒng)控制算法，就可以增加風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量、減少偏航系統(tǒng)動作次數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)增功延壽目的。

技術(shù)研發(fā)人員：胡姚剛,羅棚文,姚旺,周龍彪,李偉林,時萍萍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19