一種風(fēng)力發(fā)電機組風(fēng)輪非對稱載荷控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種風(fēng)電機組風(fēng)輪非對稱載荷控制方法，可以應(yīng)用于大功率風(fēng)電機組的變槳控制，通過變槳距控制在機組的發(fā)電運行過程中尤其是陣風(fēng)和高風(fēng)速工況下，減小風(fēng)輪的非對稱動態(tài)載荷。從而可以提高機組可靠性，延長機組壽命，并可以以此為基礎(chǔ)對機組結(jié)構(gòu)、重量和尺寸進行優(yōu)化，達(dá)到降低成本的目的。
【專利說明】一種風(fēng)力發(fā)電機組風(fēng)輪非對稱載荷控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)電機組風(fēng)輪非對稱載荷控制方法，應(yīng)用于大功率風(fēng)電機組的變槳控制，可以通過變槳距控制在機組的發(fā)電運行過程中尤其是陣風(fēng)和高風(fēng)速工況下，減小風(fēng)輪的非對稱載荷。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會能源需求的急速增長和日益嚴(yán)重的氣候、環(huán)境問題，風(fēng)力發(fā)電作為可大規(guī)模開發(fā)利用的可再生能源之一，在技術(shù)研究、裝備制造及零部件配套等方面都得到了迅速的發(fā)展。迫于市場和競爭的壓力，風(fēng)電場運營商必須盡可能地降低發(fā)電成本。提高風(fēng)電機組單機容量是降低發(fā)電成本最有效的途徑之一，單機容量的不斷增大，載荷的增加使得對各部件的強度要求增加，同時部件的剛度增加、固有頻率下降。葉片的揮舞、風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)、塔影效應(yīng)、風(fēng)輪的非對稱載荷以及外界風(fēng)的變化和各零部件的振動耦合幾率都增加，這就要求控制系統(tǒng)能夠抑制風(fēng)輪、塔筒和傳動系統(tǒng)振動，減小振動帶來的動態(tài)載荷。單機各量增大，風(fēng)輪直徑和掃掠面積增加使機組承受的載荷更大，更復(fù)雜；風(fēng)輪直徑的增加使得在風(fēng)輪掃掠范圍內(nèi)的風(fēng)切變更顯著，湍流更復(fù)雜，葉片的重量及質(zhì)量分布差異也更加明顯。風(fēng)輪三只葉片受到氣動力的差異，再加上由于制造、安裝工藝引起的風(fēng)輪的機械不平衡，會形成很大的風(fēng)輪非對稱載荷，最有代表性的是輪轂所受的彎矩。該彎矩會導(dǎo)致輪轂的碟形力矩和傳動軸的彎曲力矩，進而影響輪轂、主軸乃至傳動系統(tǒng)的壽命。如果通過一定的控制手段減小風(fēng)輪的非對稱載荷，將會減輕機組對結(jié)構(gòu)件的強度要求，降低機組零部件故障率，延長機組使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:通過變槳距控制減小風(fēng)輪的非對稱動態(tài)載荷，從而提高機組可靠性，延長機組壽命，并可以以此為基礎(chǔ)對機組結(jié)構(gòu)、重量和尺寸進行優(yōu)化。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
[0005]一種風(fēng)輪非對稱載荷控制方法，其特征在于:所述控制方法主要通過變槳控制減小由于風(fēng)切換和湍流引起的大型風(fēng)電機組風(fēng)輪非對稱載荷，控制器以風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪中心實時載荷為輸入，以槳距角為輸出，控制不依賴于風(fēng)電機組的精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型；載荷控制由實時載荷測量與計算，不依賴于精準(zhǔn)熟悉模型的閉環(huán)控制器、風(fēng)輪非對稱載荷槳距控制環(huán)、轉(zhuǎn)速槳距控制環(huán)等環(huán)節(jié)和元素；控制變量為槳距角，控制器輸出為槳距角增量，控制器的輸出由轉(zhuǎn)速槳距控制環(huán)和風(fēng)輪非對稱載荷控制環(huán)共同決定；將風(fēng)輪的非對稱載荷分解為兩個相互垂直的方向的彎矩，基于兩個相互垂直方向彎矩互相影響可以忽略的特點，通過兩個控制器進行相互獨立的控制，每個控制器以實時測量的載荷為輸入，槳距角增量為輸出。
[0006]風(fēng)輪非對稱載荷的計算方法由如下兩種:
[0007](I)、風(fēng)輪的非對稱載荷具體表現(xiàn)為兩個方向的彎矩，這兩個方向彎矩可以由風(fēng)輪三個葉片葉根彎矩變換通過坐標(biāo)變換測算而來，測算方法如公式所示:
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)輪非對稱載荷控制方法，其特征在于:所述控制方法主要通過變槳控制減小由于風(fēng)切換和湍流引起的大型風(fēng)電機組風(fēng)輪非對稱載荷，控制器以風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪中心實時載荷為輸入，以槳距角為輸出，控制不依賴于風(fēng)電機組的精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型；載荷控制由實時載荷測量與計算，不依賴于精準(zhǔn)熟悉模型的閉環(huán)控制器、風(fēng)輪非對稱載荷槳距控制環(huán)、轉(zhuǎn)速槳距控制環(huán)等環(huán)節(jié)和元素；控制變量為槳距角，控制器輸出為槳距角增量，控制器的輸出由轉(zhuǎn)速槳距控制環(huán)和風(fēng)輪非對稱載荷控制環(huán)共同決定；將風(fēng)輪的非對稱載荷分解為兩個相互垂直的方向的彎矩，基于兩個相互垂直方向彎矩互相影響可以忽略的特點，通過兩個控制器進行相互獨立的控制，每個控制器以實時測量的載荷為輸入，槳距角增量為輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪非對稱載荷控制方法，其特征在于:風(fēng)輪非對稱載荷的計算方法由如下兩種: (I )、風(fēng)輪的非對稱載荷具體表現(xiàn)為兩個方向的彎矩，這兩個方向彎矩可以由風(fēng)輪三個葉片葉根彎矩變換通過坐標(biāo)變換測算而來，測算方法如公式所示:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪非對稱載荷控制方法，其特征在于:風(fēng)輪非對稱載荷控制環(huán)中，三個葉片的槳距角增量由兩個相互垂直方向的彎矩載荷控制器的輸出經(jīng)坐標(biāo)反變換得到，兩個控制器輸出和三個葉片槳距角需求增量的變換如公式所示:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)輪非對稱載荷控制方法，其特征在于:風(fēng)輪非對稱載荷閉環(huán)控制器不依賴于風(fēng)電機組精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型的，控制器可以在系統(tǒng)的運行過程中不斷地提取有關(guān)風(fēng)電機組的信息，對系統(tǒng)特征量進行估計，同時達(dá)成控制目標(biāo)，為了不影響機組的功率輸出，各葉片的槳距角差異被限制在一個相對小的范圍內(nèi)，控制器的控制律如公式(3)所示:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)輪非對稱載荷控制方法，其特征在于:系統(tǒng)特征量參(幻采用以下所示的參數(shù)估計準(zhǔn)則函數(shù):
【文檔編號】F03D7/00GK103742357SQ201310581637
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】王曉東, 劉穎明, 馬鐵強, 王士榮, 王超, 李科 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)