基于风速预测的风力发电机再切入控制方法.pdf

本发明公开了一种基于风速预测的风力发电机再切入控制方法，在风力发电机遭遇超过切出风速的强风时，开始进行未来2小时的短期风速预测。当风速波动到再切入风速以下时并不立刻启动风力发电机，而是根据风速预测未来2小时内风速不会再次超过切出风速才启动风力发电机。该方法可显著降低风力发电机台风条件下反复启停的概率，有助于降低风机的老化和损耗。

1.  一种基于风速预测的风力发电机再切入控制方法，其特征在于，该方法步骤如下：
步骤A：当风速超过风力发电机设定的切出风速，风力发电机切出、顺浆停机时，进入步骤B；
步骤B：风速测量步骤，以检测当前风速；
步骤C：判断该当前风速是否小于风力发电机设定的再切入风速，如果该当前风速大于或等于该再切入风速，则转入步骤B重新测量当前风速，如果小于，则进入步骤D；
步骤D：进行未来2小时短期风速预测；
步骤E：判断未来2小时的预测风速是否小于上述切出风速，如果大于或等于，则不启动该风力发电机，转入步骤B的风速测量步骤；如果小于，则进入步骤F；
步骤F：启动该风力发电机并网发电。

基于风速预测的风力发电机再切入控制方法
技术领域
本发明涉及一种台风条件下，基于风速预测的风力发电机组的再切入控制方法。
背景技术
风电场多处于山野，运行环境恶劣，检修维护费用高昂。特别是海上风电、山区风电机组，一旦出现故障，检修维护极其困难。统计表明，陆上风电场的运行维护费用占到风力发电机组发电收入的10%左右，而海上风电场的运行维护费用占到风力发电机组发电收入的30%左右。
风力发电机的轴承、齿轮等机械运转部件因承受较大的机械载荷，故障率较高。台风等极端天气条件下，风力发电机将承受显著高于正常运行条件下的机械载荷，故障概率显著升高。元件故障时，因故障停机会降低风力发电机组的可用率，影响并网发电。据统计，陆上发电机的可用率一般在95%至99%之间；海上风电场因经常遭遇台风侵袭，且检修维护还需要视海况择期出海，可用率显著低于陆上风机，有的风电场可用率甚至仅在60%至70%之间。因此，降低风电机组的故障率，对于提高风电场的经济效益具有重要的实际价值。
风力发电机运行过程中，可能导致元件故障的风险因素纷繁多样。台风条件下，风力发电机在紧急停车切出和风速减小再启动的过程中，除静止载荷、随机载荷、正常运行的稳态载荷和周期性载荷外，还需承受由刹车产生的瞬时载荷和台风作用的冲击性载荷，极易诱发浆距调节等系统的故障，严重影响风力发电机的安全稳定运行。
为了保护风力发电机，避免在强风条件下承受超设计值的风载荷，风力发电机在检测到风速大于切出风速（一般为25m/s）时，会顺浆刹车停机。需要指出的是，切出风速是根据风力发电机设计确定的固定数值，当风速在切出风速左右波动时，风力发电机将会频繁启动，可能会明显提高风力发电机的故障概率。为了避免风力发电机在强风条件下频繁启停造成损害，近年来，不少风力发电机厂家开始引入风力发电机的再切入风速，即在风力发电机遭遇强风切出之后，设置一个低于切出风速的值作为再切入风速，只有在当前风速低于再切入风速时，才重新启动风力发电机，通过在切出和再切入风速之间的死区设置，避免风力发电机在强风条件下频繁启停。需要指出的是，强风条件下，风速变化率明显大于正常情况。若再切入风速设置较高，则不会对减少强风条件下的切出次数有明显影响，而再切入风速设置得太低，又可能对风力发电出力产生明显影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术中，风力发电机在台风条件下可能反复切出、再切入、再切出，易导致元件故障、影响风力发电机可用性的问题，提供一种基于风速预测的风力发电机再切入控制方法，采用基于超短期风速预测的方法，在风力发电机的控制系统中增加超短期风速预测功能，在风力发电机切出后进行超短期风速预测执行再切入控制，特别适合于频遭台风侵袭的沿海和海上风力发电机。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于风速预测的风力发电机再切入控制方法，该方法步骤如下：
步骤A：当风速超过风力发电机设定的切出风速，风力发电机切出、顺浆停机时，进入步骤B；
步骤B：风速测量步骤，以检测当前风速；
步骤C：判断该当前风速是否小于风力发电机设定的再切入风速，如果该当前风速大于或等于该再切入风速，则转入步骤B重新测量当前风速，如果小于，则进入步骤D；
步骤D：进行未来2小时短期风速预测；
步骤E：判断未来2小时的预测风速是否小于上述切出风速，如果大于或等于，则不启动该风力发电机，转入步骤B的风速测量步骤；如果小于，则进入步骤F；
步骤F：启动该风力发电机并网发电。
本发明在原有风力发电机控制系统基础上增加强风条件下的未来2小时短期风速预测。其中，上述提及的风速预测，现有技术中已有基于神经网络、支持向量机、灰色系统等大量成熟方法，而依此设计的风速预测模块亦为现有技术，在此不再赘述，凡依现有技术能够进行本发明中的未来2小时的短期风速的预测方法，于本发明中皆能适用。如此，本发明在风力发电机遭遇强风切出以后，能利用风力发电机轮毂高度的测风数据进行未来2小时短期风速预测。
需要说明的是，本领域技术人员或者会进行未来30分钟的短期风速预测，事实上，只要是在30-120min时间段内的任一时间的风速预测模块皆能适用于本方法。
如此，本发明在风力发电机控制系统中增加短期风速预测，使得风力发电机在切出停机之后根据短期风速预测结果判断是否重新启动和并网发电；从而，当风力发电机遭遇强风切出条件下，不再以当前风速是否小于风力发电机的再切入风速为唯一依据启动风力发电机；当风力发电机遭遇强风切出条件下，在未来2小时风速预测值小于切出风速时启动风力发电机，可降低强风条件下再切出概率，避免强风下启动和再切出对风力发电机的损害。因此，本方法可显著降低风力发电机台风条件下反复启停的概率，有助于降低风力发电机的老化和损耗。
与现有技术相比，本发明在原有的风机控制系统中加入了风力发电机切出后的短期风速预测功能，只有在风速低于风力发电动机的再切入风速且预测未来风速不会超过切出风速条件下启动风力发电机，能避免风力发电机在强风条件下反复启动和停机，有效减少强风条件下风力发电机启动和停机可能造成的危害。
附图说明
图1是现有风力发电动机再切入控制系统中风速在风力发电机切出风速上下波动示意图。
图2是本发明基于风速预测的风力发电机再切入控制的逻辑框图。
具体实施方式
现有的风力发电机根据轮毂高度风速测量仪测量的风速与切出风速和再切入风速进行再切入控制，其工作方式如图1所示。当风速超过切出风速后，风力发电机顺浆刹车停机；待风速下降至再切入风速以下时，启动风力发电机并网发电。现有风力发电机控制系统中常规设定的切出风速与再切入风速之间设置有2-3/s的风速死区。但由于强风条件下风速变化率大，设置风速死区对于避免风力发电机切出停机后、再启动又再次切出停机的效果并不明显。
本发明实施的基于风速预测的风力发电机再切入控制方法是在现有的风力发电机控制系统上增加相应的未来2小时短期风速预测来实现。具体地，该风力发电动再切入控制方法如下，结合参见图2：
步骤A：当风速超过风力发电机设定的切出风速，风力发电机切出、顺浆停机时，进入步骤B；
步骤B：风速测量步骤，以检测当前风速；
步骤C：判断该当前风速是否小于风力发电机设定的再切入风速，如果该当前风速大于或等于该再切入风速，则转入步骤B重新测量当前风速，如果小于，则进入步骤D；
步骤D：进行未来2小时短期风速预测；
步骤E：判断未来2小时的预测风速是否小于上述切出风速，如果大于或等于，则闭锁该风力发电机，该风力发电机不启动，转入步骤B的风速测量步骤；如果小于，则进入步骤F；
步骤F：启动该风力发电机并网发电。
本发明方法是根据未来2小时内的短期风速预测结果，当风速波动下降到风力发电机设定的再切入风速以下时，判断是否再启动风力发电机。如果当前实时风速低于风力发电机设定的再切入风速且预测的未来2小时风速小于风力发电机设定的切出风速，则启动风力发电机；如果预测的未来2小时风速大于或等于风力发电机设定的切出风速，即便当前实时风速低于风力发电机设定的再切入风速，也暂不启动风力发电机，待同时满足以上两种条件时再启动风力发电机。