风力发电机组的变桨控制方法与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的变桨控制方法。


背景技术：

2.风力发电机组的叶片组通常通过增速变速箱与发电机相连，从而在风力较小、叶片转速较慢时，通过变速箱使发电机提升转速，以提高风力发电机的发电效率；然而，在飓风等灾害性天气下，强风使叶片组的转速增加，进而可能引起发电机旋转过速，在过速情况下，发电机可能过载损坏甚至烧毁，缩短风力发电机的使用寿命。
3.对于旋转过速，可以通过对风力发电机组进行变桨来缓解。根据风速来调整叶片的角度，通过改变叶片的角度来改变功率因数，即改变叶片的转速和功率，进而调整发电机的转速和载荷。现有技术的防过速策略以发电机转速以及转速的加速度作为参考输入，一旦发电机转速以及转速的加速度达到相应的阈值便会在桨距角速率指令上直接叠加一个较大的速率指令。该指令值为恒定值，因此可能导致变桨速率会产生跳变，该跳变可能会引起风力发电机组在一个方向上产生较大的振动，从而威胁风力发电机组的运行安全。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种风力发电机组的变桨控制方法，该方法确定的风力发电机组的附加变桨速率是连续变化的数值，从而保证风力发电机组能够降低过速的趋势，同时不会引起风力发电机组振动，保证风力发电机组正常稳定运行。
5.第一方面，本发明提供了一种风力发电机组的变桨控制方法，所述变桨控制方法包括：获取风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率；基于获取的风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率，通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率。
6.可选地，所述变桨控制方法还包括：基于确定的风力发电机组的附加变桨速率以及预定的变桨速率，控制风力发电机组执行变桨操作。
7.可选地，通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率的步骤包括：确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度；确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度；基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则确定风力发电机组的附加变桨速率。
8.可选地，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度的步骤包括：基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及预设的过速百分比模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度。
9.可选地，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度的步骤包括：基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率以及预设的过速百分比变化率模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度。
10.可选地，通过使用预设的模糊控制规则确定风力发电机组的附加变桨速率的步骤包括：基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则计算附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度；基于预设的附加变桨速率模糊集合和附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度计算风力发电机组的附加变桨速率。
11.可选地，预设的附加变桨速率模糊集合包括多个附加变桨速率值。
12.可选地，计算风力发电机组的附加变桨速率的步骤包括：通过将所述多个附加变桨速率值以及相应的附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度代入预设的附加变桨速率计算公式，来计算风力发电机组的附加变桨速率。
13.可选地，预设的过速百分比模糊集合隶属度函数包括正态函数。
14.可选地，预设的过速百分比变化率模糊集合隶属度函数包括正态函数。
15.在另一总的方面，提供一种风力发电机组的变桨控制装置，所述变桨控制装置包括：数据获取单元，被配置为获取风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率；附加变桨速率确定单元，被配置为基于获取的风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率，通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率。
16.可选地，所述变桨控制装置还包括：变桨控制单元，被配置为基于确定的风力发电机组的附加变桨速率以及预定的变桨速率，控制风力发电机组执行变桨操作。
17.可选地，附加变桨速率确定单元被配置为：确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度；确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度；基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则确定风力发电机组的附加变桨速率。
18.可选地，附加变桨速率确定单元被配置为：基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及预设的过速百分比模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度。
19.可选地，附加变桨速率确定单元还配置为：基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率以及预设的过速百分比变化率模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度。
20.可选地，附加变桨速率确定单元被配置为：基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则计算附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度；基于预设的附加变
桨速率模糊集合和附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度计算风力发电机组的附加变桨速率。
21.可选地，预设的附加变桨速率模糊集合包括多个附加变桨速率值。
22.可选地，附加变桨速率确定单元被配置为：通过将所述多个附加变桨速率值以及相应的附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度代入预设的附加变桨速率计算公式，来计算风力发电机组的附加变桨速率。
23.可选地，预设的过速百分比模糊集合隶属度函数包括正态函数。
24.可选地，预设的过速百分比变化率模糊集合隶属度函数包括正态函数。
25.在另一总的方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的变桨控制方法。
26.在另一总的方面，提供一种风力发电机组的控制器，所述控制器包括：处理器；和存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的变桨控制方法。
27.在根据本发明实施例的风力发电机组的变桨控制方法以及风力发电机组的变桨控制装置中，确定的风力发电机组的附加变桨速率是连续变化的数值，从而保证风力发电机组能够降低过速的趋势，同时不会引起风力发电机组振动，保证风力发电机组正常稳定运行。
28.将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。
附图说明
29.通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开的示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
30.图1是根据本发明实施例的模糊控制的总体架构；
31.图2是根据本发明实施例的变桨控制方法的流程图；
32.图3是根据本发明实施例的附加变桨速率的仿真结果；
33.图4是根据本发明实施例的变桨控制装置的框图；
34.图5是根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器的框图。
35.附图标号说明：
36.1-转速处理单元，2-模糊控制逻辑，400-变桨控制装置，410-数据获取单元，420-附加变桨速率确定单元，500-控制器，510-处理器，520-存储器。
具体实施方式
37.提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本技术的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本技术的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。
38.在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示
例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本技术的公开之后将是清楚的。
39.如在此使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。
40.尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应被这些术语所限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
41.在说明书中，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件上、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件上、直接“连接到”或“结合到”另一元件，或者可存在介于其间的一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件上、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于其间的其他元件。
42.在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
43.除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。
44.此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本公开的模糊解释时，将省略这样的详细描述。
45.在下文中，将参照附图详细描述实施例。然而，实施例可以以各种形式实现，并且不限于在此描述的示例。
46.本发明实施例的风力发电机组的变桨控制方法基于风机转速信息及其变化率信息使用模糊控制方法得到连续变化的附加变桨速率。
47.下面对本发明使用的模糊控制方法所基于的风机转速信息及其变化率信息进行介绍。在本发明的变桨控制方法中，风机转速信息是指发电机转速的过速百分比，过速百分比＝[(当前转速-额定转速)/额定转速]
×
100％，相应的变化率信息是指过速百分比的变化率。
[0048]
传统上，发电机转速使用的是变桨回路的滤波后转速。在经过若干个滤波器之后、尤其是二阶低通滤波器以及塔架滤波器之后发电机转速滞后相对严重，对于1.4极端阵风的情况，阵风来临时滤波后发电机转速上升较慢，延缓了防过速功能介入的时间；同时，阵风过后，实际发电机转速已经下降时，附加变桨速率仍然会提供较大值，从而导致发电机转速下降过快，在这一阶段引起塔顶部件载荷较大。为了解决该问题，考虑使用不对称移动平均对发电机转速进行处理。当转速上升时，采用3s时间常数对发电机转速进行移动平均，当转速下降时，采用0.2s时间常数对发电机转速进行移动平均，进而协助机组在发电机转速下降时能够快速降低附加变桨速率。
[0049]
图1是根据本发明实施例的模糊控制的总体架构。如图1所示，模糊控制的总体架构包括发电机转速处理单元1和模糊控制逻辑2，其中，发电机转速处理单元1将输入的当前发电机转速计算并输出为发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率，然后计算出的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率输入到模糊控制逻辑2中，模糊控制逻辑2基于发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率，通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率，然后基于确定的风力发电机组的附加变桨速率以及预定的变桨速率，控制风力发电机组执行变桨操作。然而，本发明不限于此。模糊控制逻辑可以将确定的风力发电机组的附加变桨速率提供给变桨控制器，然后变桨控制器可基于风力发电机组的附加变桨速率以及预定的变桨速率，控制风力发电机组执行变桨操作。原则上，当过速百分比与过速百分比变化率均大于0时，开始计算附加变桨速率。
[0050]
图2是示出根据本发明实施例的变桨控制方法的流程图。
[0051]
参照图2，在步骤s201中，获取风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率。根据本发明的实施例，可以通过各种方式获得发电机转速，然后确定发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率。
[0052]
在步骤s202中，基于获取的风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率，通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率。与变桨速率产生跳变的现有技术相比，通过使用模糊控制方法确定的风力发电机组的附加变桨速率连续变化，使得风力发电机组的运行平稳安全。
[0053]
可选择地，在确定风力发电机组的附加变桨速率之后，可基于确定的风力发电机组的附加变桨速率以及预定的变桨速率，控制风力发电机组执行变桨操作。
[0054]
具体地讲，在步骤s202中，可首先确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度，然后确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，最后基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则确定风力发电机组的附加变桨速率。如上所述，可基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及预设的过速百分比模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度。此外，可基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率以及预设的过速百分比变化率模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度。预设的过速百分比模糊集合隶属度函数可包括正态函数，并且预设的过速百分比变化率模糊集合隶属度函数包括正态函数。
[0055]
根据本发明的实施例，在通过使用预设的模糊控制规则确定风力发电机组的附加变桨速率的步骤中，可基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则计算附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度。然后，可基于预设的附加变桨速率模糊集合和附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度计算风力发电机组的附加变桨速率。这里，如上所述，预设的附加变桨速率模糊集合包括多个附加变桨速率值。因此，可通过
将所述多个附加变桨速率值以及相应的附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度代入预设的附加变桨速率计算公式，来计算风力发电机组的附加变桨速率。
[0056]
以下举例说明计算附加变桨速率的方法。具体地，在通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率的步骤中，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度，并确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度。例如，可定义发电机转速过速百分比和过速百分比变化率的模糊集合分别为{pl
p
，pm
p
，ps
p
，ze
p
}，{pl
ω
，pm
ω
，ps
ω
，ze
ω
}，其中，{pl
p
，pm
p
，ps
p
，ze
p
}包括四个元素pl
p
、pm
p
、ps
p
、ze
p
，每个元素本身也可以是一个小集合，pl
p
表示发电机转速过速百分比较大，pm
p
表示发电机转速过速百分比中等，ps
p
表示发电机转速过速百分比较小，ze
p
表示发电机转速过速百分比接近零；类似地，{pl
ω
，pm
ω
，ps
ω
，ze
ω
}包括四个元素pl
ω
、pm
ω
、ps
ω
、ze
ω
，每个元素本身也可以是一个小集合，pl
ω
表示发电机转速过速百分比变化率较大，pm
ω
表示发电机转速过速百分比变化率中等，ps
ω
表示发电机转速过速百分比变化率较小，ze
ω
表示发电机转速过速百分比变化率接近零。以上的发电机转速过速百分比和过速百分比变化率的模糊集合包括四个元素，分别表示发电机转速过速百分比和过速百分比变化率较大、中等、较小以及接近零，但本发明不限于此，以上定义的模糊集合仅为示例，本领域技术人员可以根据实际情况定义更多个元素，例如，可以定义3个、5个、6个、7个、8个或更多个元素，以将发电机转速过速百分比和过速百分比变化率分成更多的区间，以表示相应数量的评价结果。下文将基于具有四个元素的模糊集合{pl
p
，pm
p
，ps
p
，ze
p
}、{pl
ω
，pm
ω
，ps
ω
，ze
ω
}进行描述。
[0057]
接下来，为了确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及预设的过速百分比模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度，并基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率以及预设的过速百分比变化率模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度。例如，定义发电机转速过速百分比和过速百分比变化率分别关于以上定义的发电机转速过速百分比模糊集合和过速百分比变化率模糊集合的隶属度函数，以分别确定发电机转速过速百分比和过速百分比变化率关于发电机转速过速百分比模糊集合和过速百分比变化率模糊集合的隶属度。
[0058]
在本实施例中，将上述两个集合的隶属度函数均定义为正态函数形式，即
[0059][0060]
但不限于此，上述隶属度函数仅为示例，在本发明中，可根据各种工程应用定义各种隶属度函数，并且可以分别为上述两个集合定义不同的隶属度函数。
[0061]
在上述定义的正态隶属度函数中，x表示当前的发电机转速过速百分比或者过速百分比变化率，a和b为对应模糊集合的向量，μa表示当前的发电机转速过速百分比或者过速百分比变化率关于对应模糊集合的隶属度。对于发电机转速过速百分比模糊集合，a为根据工程经验或者专家数据库定义的模糊集合{pl
p
，pm
p
，ps
p
，ze
p
}的一个具体示例。具体地
讲，可以取{pl
p
，pm
p
，ps
p
，ze
p
}中各个元素的平均值，例如，a＝[15，10，5，0]。根据该示例，元素pl
p
的平均值为15，即发电机转速过速百分比为15％，表示将阈值15％定义为发电机转速过速百分比较大，元素pm
p
的平均值为10，即发电机转速过速百分比为10％，表示将阈值10％定义为发电机转速过速百分比中等，元素ps
p
的平均值为5，即发电机转速过速百分比为5％，表示将阈值5％定义为发电机转速过速百分比较小，元素ze
p
的平均值为0，即发电机转速过速百分比为0％，表示将阈值0％定义为发电机转速过速百分比接近零。然而，本发明但不限于此，a＝[15，10，5，0]仅为示例，本领域技术人员可以根据实际工程应用将a定义为其他数值向量。b为集合中各个元素的方差，例如b＝[5，5，5，5]，表示每个元素pl
p
、pm
p
、ps
p
、ze
p
自身的方差均为5，但不限于此，本领域技术人员可以根据实际工程应用将b定义为其他数值向量。
[0062]
假设当前发电机转速过速百分比为5％，那么根据隶属度函数可得，该值隶属于pl
p
的隶属度为结果为0.0183。同理可得，隶属于pm
p
的隶属度为0.3679，隶属于ps
p
的隶属度为1，隶属于ze
p
的隶属度为0.3679。即，通过上述步骤，得到风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度。
[0063]
类似地，对于发电机过速百分比变化率的模糊集合，可以定义a＝[5，3，1.5，0]，b＝[1，2，2，2]，用同样方法可以计算出当前发电机转速过速百分比变化率关于模糊集合中各个元素的隶属度数值即，通过上述步骤，得到风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度。
[0064]
接下来，将基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则确定风力发电机组的附加变桨速率。
[0065]
具体地，首先，类似地定义风力发电机组的附加变桨速率模糊集合{pl
out
，pm
out
，ps
out
，ze
out
}，其中，{pl
out
，pm
out
，ps
out
，ze
out
}包括四个元素pl
out
、pm
out
、ps
out
、ze
out
，每个元素本身也可以是一个小集合，pl
out
表示附加变桨速率较大，pm
out
表示附加变桨速率中等，ps
out
表示附加变桨速率较小，ze
out
表示附加变桨速率接近零。以上的附加变桨速率模糊集合包括四个元素，但本发明不限于此，以上定义的模糊集合仅为示例，本领域技术人员可以根据实际情况定义更多个元素，例如，可以定义3个、5个、6个、7个、8个或更多个元素，以将附加变桨速率分成更多的区间，以表示相应数量的评价结果。下文将基于具有四个元素的模糊集合{pl
out
，pm
out
，ps
out
，ze
out
}进行描述。
[0066]
在实际计算附加变桨速率时，可以取{pl
out
，pm
out
，ps
out
，ze
out
}中各个元素的平均值，例如，{pl
out
，pm
out
，ps
out
，ze
out
}可以取具体数值为[2.5，0.75，0.15，0]，表示元素pl
out
的平均值为2.5
°
/s，即，附加变桨速率为2.5
°
/s，定义为附加变桨速率较大，pm
out
的平均值为0.75
°
/s，即附加变桨速率为0.75
°
/s，定义为附加变桨速率中等，ps
out
的平均值为0.15
°
/s，
即附加变桨速率为0.15
°
/s，定义为附加变桨速率较小，ze
out
的平均值为0
°
/s，即附加变桨速率为0
°
/s，定义为附加变桨速率接近零。然而，本发明不限于此，{pl
out
，pm
out
，ps
out
，ze
out
}可以取其他任何具体数值。例如，本领域技术人员可以根据实际工程应用将{pl
out
，pm
out
，ps
out
，ze
out
}定义为其他数值。类似地，将附加变桨速率隶属于pl
out
的隶属度定义为plr，将附加变桨速率隶属于pm
out
的隶属度定义为pmr，将附加变桨速率隶属于ps
out
的隶属度定义为psr，将附加变桨速率隶属于ze
out
的隶属度定义为zer，即，附加变桨速率的隶属度集合为{plr，pmr，psr，zer}。
[0067]
在通过使用预设的模糊控制规则确定风力发电机组的附加变桨速率的步骤中，对模糊控制规则进行定义。例如，根据风力发电机组的特性曲线，可以得到以下模糊控制规则：
[0068]
1、如果发电机过速百分比变化率隶属于pl
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于ps
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于pl
out
的隶属度pl
r1
为其中，表示和中的最小者，以下相同；
[0069]
2、如果发电机过速百分比变化率隶属于pl
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于ze
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于pl
out
的隶属度pl
r2
为
[0070]
3、如果发电机过速百分比变化率隶属于pl
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于pl
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于pm
out
的隶属度pm
r1
为
[0071]
4、如果发电机过速百分比变化率隶属于pl
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于pm
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于pm
out
的隶属度pm
r2
为
[0072]
5、如果发电机过速百分比变化率隶属于pm
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于ps
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于pm
out
的隶属度pm
r3
为
[0073]
6、如果发电机过速百分比变化率隶属于pm
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于pl
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ps
out
的隶属度ps
r1
为
[0074]
7、如果发电机过速百分比变化率隶属于pm
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于pm
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ps
out
的隶属度ps
r2
为
[0075]
8、如果发电机过速百分比变化率隶属于pm
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于ze
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ps
out
，并且隶属度ps
r3
为
[0076]
9、如果发电机过速百分比变化率隶属于ps
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于pm
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ps
out
，并且隶属度ps
r4
为
[0077]
10、如果发电机过速百分比变化率隶属于ps
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于ps
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ps
out
的隶属度ps
r5
为
[0078]
11、如果发电机过速百分比变化率隶属于ps
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于pl
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ze
out
的隶属度ze
r1
为
[0079]
12、如果发电机过速百分比变化率隶属于ps
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于ze
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ze
out
的隶属度ze
r2
为
[0080]
13、如果发电机过速百分比变化率隶属于ze
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于pl
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ze
out
的隶属度ze
r3
为
[0081]
14、如果发电机过速百分比变化率隶属于ze
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于pm
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ze
out
的隶属度ze
r4
为
[0082]
15、如果发电机过速百分比变化率隶属于ze
ω
的隶属度为且发电机过速百分比隶属于ps
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ze
out
的隶属度ze
r5
为
[0083]
16、如果发电机过速百分比变化率隶属于ze
ω
的隶属度为且发电机过速百
分比隶属于ze
p
的隶属度为则附加变桨速率隶属于ze
out
的隶属度ze
r6
为
[0084]
即，根据过速百分比关于过速百分比模糊集合的不同隶属度以及过速百分比变化率关于过速百分比变化率模糊集合的不同隶属度得到附加变桨速率关于附加变桨速率模糊集合的不同隶属度，其中，在每条模糊控制规则中，所得到的附加变桨速率关于附加变桨速率模糊集合的隶属度是过速百分比关于过速百分比模糊集合的隶属度以及过速百分比变化率关于过速百分比变化率模糊集合的隶属度中的最小者，从而得到附加变桨速率关于相应附加变桨速率模糊集合的不同数量的隶属度，而最终的附加变桨速率隶属度是各个相应隶属度中的最大者，即，plr＝max[pl
r1
，pl
r2
]，pmr＝max[pm
r1
，pm
r2
，pm
r3
]，psr＝max[ps
r1
，ps
r2
，ps
r3
，ps
r4
，ps
r5
]，zer＝max[ze
r1
，ze
r2
，ze
r3
，ze
r4
，ze
r5
，ze
r6
]，最终得到附加变桨速率的隶属度集合为{plr，pmr，psr，zer}。然而，以上模糊控制规则仅是举例，本发明不限于此。本领域技术人员可以根据实际需要来设计其他模糊控制规则。
[0085]
然后，基于预设的附加变桨速率模糊集合和附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度计算风力发电机组的附加变桨速率，例如通过将所述多个附加变桨速率值以及相应的附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度代入预设的附加变桨速率计算公式，来计算风力发电机组的附加变桨速率。具体地，将附加变桨速率模糊集合{pl
out
，pm
out
，ps
out
，ze
out
}与附加变桨速率的隶属度集合{plr，pmr，psr，zer}的具体数值代入公式
[0086][0087]
得到最终的附加变桨速率。
[0088]
图3示出了根据本发明实施例的附加变桨速率的仿真结果，其中input1为发电机过速百分比[％]，input2为发电机过速百分比变化率，output1为附加变桨速率[
°
/s]，从图3中可以看出，根据本发明实施例的风力发电机组的变桨控制方法，所得到的风力发电机组的附加变桨速率是连续变化的数值。即，与变桨速率产生跳变的现有技术相比，通过使用模糊控制方法确定的风力发电机组的附加变桨速率是连续变化的数值，保证机组一方面能够降低过速的趋势，同时不会引起机组振动，保证机组正常稳定运行。
[0089]
图4是示出根据本发明实施例的变桨控制装置的框图。
[0090]
参照图4，变桨控制装置400可包括数据获取单元410和附加变桨速率确定单元420。数据获取单元410可获取风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率。附加变桨速率确定单元420可基于获取的风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率，通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率。
[0091]
可选择地，变桨控制装置400还可包括变桨控制单元(未示出)。变桨控制单元可基于确定的风力发电机组的附加变桨速率以及预定的变桨速率，控制风力发电机组执行变桨操作。
[0092]
具体地讲，附加变桨速率确定单元420可确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度，可确定风力发电机组的发电机转速的过
速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，并且可基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则确定风力发电机组的附加变桨速率。这里，附加变桨速率确定单元420可基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及预设的过速百分比模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度。另一方面，附加变桨速率确定单元420可基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率以及预设的过速百分比变化率模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度。
[0093]
进一步讲，附加变桨速率确定单元420可基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则计算附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度，然后可基于预设的附加变桨速率模糊集合和附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度计算风力发电机组的附加变桨速率。如上所述，预设的附加变桨速率模糊集合包括多个附加变桨速率值。因此，附加变桨速率确定单元420可通过将所述多个附加变桨速率值以及相应的附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度代入预设的附加变桨速率计算公式，来计算风力发电机组的附加变桨速率。
[0094]
图5是示出根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器的框图。
[0095]
参照图5，根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器500可以是但不限于变桨控制器、风力发电机组的主控制器等。根据本公开的实施例的风力发电机组的控制器500可包括处理器510和存储器520。处理器510可包括(但不限于)中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)、微型计算机、现场可编程门阵列(fpga)、片上系统(soc)、微处理器、专用集成电路(asic)等。存储器520存储将由处理器510执行的计算机程序。存储器920包括高速随机存取存储器和/或非易失性计算机可读存储介质。当处理器510执行存储器520中存储的计算机程序时，可实现如上所述的变桨控制方法。
[0096]
可选择地，控制器500可以以有线/无线通信方式与风力发电机组中的其他各种组件进行通信，还可以有线/无线通信方式与风电场中的其他装置进行通信。此外，控制器500可以以有线/无线通信方式与风电场外部的装置进行通信。
[0097]
根据本公开的实施例的风力发电机组的变桨控制方法可被编写为计算机程序并被存储在计算机可读存储介质上。当所述计算机程序被处理器执行时，可实现如上所述的录屏方法。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(rom)、随机存取可编程只读存储器(prom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、随机存取存储器(ram)、动态随机存取存储器(dram)、静态随机存取存储器(sram)、闪存、非易失性存储器、cd-rom、cd-r、cd+r、cd-rw、cd+rw、dvd-rom、dvd-r、dvd+r、dvd-rw、dvd+rw、dvd-ram、bd-rom、bd-r、bd-r lth、bd-re、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器(hdd)、固态硬盘(ssd)、卡式存储器(诸如，多媒体卡、安全数字(sd)卡或极速数字(xd)卡)、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，所述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数
据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
[0098]
根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的变桨控制方法通过风机转速及其变化率信息，计算可得连续变化的附加变桨速率，可有效降低机组过速的概率，提高机组故障前平均时间(mtbf，mean time before faults)，以及机组发电量，同时带给机组较少的扰动，提高机组运行稳定性。
[0099]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化、替换或组合，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种风力发电机组的变桨控制方法，其特征在于，所述变桨控制方法包括：获取风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率；基于获取的风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率，通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率。2.如权利要求1所述的变桨控制方法，其特征在于，所述变桨控制方法还包括：基于确定的风力发电机组的附加变桨速率以及预定的变桨速率，控制风力发电机组执行变桨操作。3.如权利要求1所述的变桨控制方法，其特征在于，通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率的步骤包括：确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度；确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度；基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则确定风力发电机组的附加变桨速率。4.如权利要求3所述的变桨控制方法，其特征在于，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度的步骤包括：基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及预设的过速百分比模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度。5.如权利要求3所述的变桨控制方法，其特征在于，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度的步骤包括：基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率以及预设的过速百分比变化率模糊集合隶属度函数，确定风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度。6.如权利要求3所述的变桨控制方法，其特征在于，通过使用预设的模糊控制规则确定风力发电机组的附加变桨速率的步骤包括：基于风力发电机组的发电机转速的过速百分比关于预设的过速百分比模糊集合的隶属度以及风力发电机组的发电机转速的过速百分比变化率关于预设的过速百分比变化率模糊集合的隶属度，通过使用预设的模糊控制规则计算附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度；基于预设的附加变桨速率模糊集合和附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度计算风力发电机组的附加变桨速率。7.如权利要求6所述的变桨控制方法，其特征在于，预设的附加变桨速率模糊集合包括多个附加变桨速率值。8.如权利要求7所述的变桨控制方法，其特征在于，计算风力发电机组的附加变桨速率的步骤包括：通过将所述多个附加变桨速率值以及相应的附加变桨速率关于预设的附加变桨速率模糊集合的隶属度代入预设的附加变桨速率计算公式，来计算风力发电机组的附加
变桨速率。9.如权利要求4所述的变桨控制方法，其特征在于，预设的过速百分比模糊集合隶属度函数包括正态函数。10.如权利要求5所述的变桨控制方法，其特征在于，预设的过速百分比变化率模糊集合隶属度函数包括正态函数。11.一种风力发电机组的变桨控制装置，其特征在于，所述变桨控制装置包括：数据获取单元，被配置为获取风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率；附加变桨速率确定单元，被配置为基于获取的风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率，通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率。12.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至10中任意一项所述的变桨控制方法。13.一种风力发电机组的控制器，其特征在于，所述控制器包括：处理器；和存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至10中任意一项所述的变桨控制方法。

技术总结
本发明实施例提供一种风力发电机组的变桨控制方法。该变桨控制方法包括：获取风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率；基于获取的风力发电机组的发电机转速的过速百分比以及过速百分比变化率，通过使用模糊控制方法确定风力发电机组的附加变桨速率。该方法确定的风力发电机组的附加变桨速率是连续变化的数值，从而保证风力发电机组能够降低过速的趋势，同时不会引起风力发电机组振动，保证风力发电机组正常稳定运行。保证风力发电机组正常稳定运行。保证风力发电机组正常稳定运行。


技术研发人员：刘忠朋
受保护的技术使用者：新疆金风科技股份有限公司
技术研发日：2020.09.08
技术公布日：2022/3/7