專利名稱：風力渦輪的控制方法、中央控制器及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力渦輪的控制方法、中央控制器及采用該中央控制器的風力渦輪系統(tǒng)，尤其是可以在可變速的恒頻風力渦輪中防止風力渦輪槳葉不對稱故障的控制方法、中 央控制器及其系統(tǒng)。
背景技術：
可變速的恒頻風力渦輪可用于風力發(fā)電機，在風速變化時，風力渦輪可以適應性 地轉動，以捕獲到風能，帶動發(fā)電機生產電力。風力渦輪至少有一個槳葉，多數(shù)情況是三個 槳葉。每片槳葉由電動變槳系統(tǒng)控制。

圖1所示為具有三片槳葉1、2和3的變速風力渦輪， 風力渦輪工作時以角速度I轉動。電動變槳系統(tǒng)是這種風力渦輪中最重要的一個子系統(tǒng)， 它控制轉子槳葉的角度，限定風力渦輪捕獲的風能。每個槳葉都具有一個獨立的變槳系統(tǒng) 以轉動槳葉并且控制槳葉的角坐標。圖2所示為現(xiàn)有的一種設置在每個槳葉上的電動變槳系統(tǒng)。電動變槳系統(tǒng)包含四 個主要部分一個電動機92、一個機械傳動部分94、一個位置測量裝置96和一個運動控制 器98。其中的電動機92可以是直流電動機、異步交流電動機、異步伺服電動機等各種類型 的電動機。風速改變時，電動機產生足夠的扭矩轉動其驅動的槳葉。機械傳動部分94傳遞 并放大扭矩。此機械傳動件可以是能傳遞扭轉并轉動槳葉的形式，多數(shù)情況下，機械傳動件 是一個多級行星減速機連接著主動齒輪，主動齒輪與一個具有內齒的支撐軸承95嚙合。位 置測量裝置96可以是旋轉編碼器和接近傳感器，它不斷測量槳葉的位置和速度以及電機 的轉速。運動控制器98是一個變槳距控制器，它可以控制槳葉的轉動，使槳葉按風輪機中 央控制器99指定的速度和位置轉動。一般來說，在具有多個槳葉的風力渦輪中，所有的槳葉必須同步轉動。也就是說每 兩個槳葉之間的位置差異必須一直保持在一個限定值內。每個槳葉都由其自身的運動控制 器和電動機控制和驅動。為了保證所有槳葉同步，風力渦輪和中央控制器99持續(xù)監(jiān)測每兩 個槳葉的位置差異。為了確保安全，一旦位置差異超過預先確定的限定值范圍，風力渦輪必 須馬上剎車。這種故障稱為轉子槳葉不對稱(以下稱作不對稱故障)。只有在預定的啟動 條件得以滿足后，風力渦輪才可以再行啟動。在風力渦輪接近其額定工作點運轉時，轉子不對稱故障會頻繁發(fā)生，而且沒有辦 法預警或防止其發(fā)生。這種頻繁發(fā)生的不對稱故障造成本應連續(xù)生產的電力不時停歇，造 成損失。由于風力渦輪的頻繁剎車又是在其額定工作條件下發(fā)生、此時本應該是它全功率 發(fā)電的時候。一般來說，一年中能滿足風力發(fā)電的條件只有很短的時間，如果在這段寶貴的 時間內，風力渦輪卻事故頻發(fā)，實在是尤為可惜。另一方面，風力渦輪機的不對稱故障會造成其主要部件的使用壽命縮短，引起維 護成本的增加。這是因為風力渦輪在強風下關閉，對結構和主要部件(比如主齒輪箱等) 會形成很大的振蕩應力。當下，還沒有直接有效方法預報不對稱故障的發(fā)生，人們不得不用在某些風力渦輪不對稱故障頻發(fā)時，用一些間接的方法來避免不對稱故障的發(fā)生，如增大變槳距系統(tǒng)的 減速機的傳動比，以使槳葉的驅動扭矩變大；或是增大電動機的扭矩輸出范圍。但這些方法 只能在一段時間內防止發(fā)生不對稱故障，而且更換和安裝零部件的成本很是昂貴。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供了一種風力渦輪的控制方法，它能夠防止風力渦輪的槳葉發(fā) 生不對稱故障，以提前預測不對稱情況的發(fā)生，從而防止不對稱故障的發(fā)生，它成本低但效 果明顯。本發(fā)明的再一個目的是提供了一種風力渦輪的中央控制器，該控制器能夠防止風 力渦輪槳葉不對稱故障的系統(tǒng)，它能提前預測不對稱情況發(fā)生的時間，從而防止不對稱故 障的發(fā)生。本發(fā)明的目的是提供了一種風力渦輪的系統(tǒng)、它采用了防止風力渦輪槳葉不對稱 故障的中央控制器，以便使用者有足夠長的時間安排對變槳系統(tǒng)構件作對應的維護，從而 防止不對稱故障的發(fā)生，它成本低但效果明顯。為此，本發(fā)明提供了一種風力渦輪的控制方法，它包括測量風力渦輪各槳葉包括位置信號Part的實測值；根據(jù)槳葉位置實測值輸出用于控制槳葉的包括位置預定信號Psrt的預定值；根據(jù)各槳葉的實測值輸出兩個相鄰槳葉之間的滯后速度；根據(jù)槳葉的實測值和滯后速度，修正預定值，輸出可控制風力渦輪的槳葉的包括 位置修正值P' srt的修正值。根據(jù)本發(fā)明控制方法的再一種具體實施方式
，其中實測值還包括槳葉的速度實測值Vart ；預定值還包括槳葉的速度預定值Vsrt ；修正值還包括槳葉的速度修正值V' seto根據(jù)本發(fā)明控制方法的另一種具體實施方式
，其中滯后速度由以下公式計算
權利要求
1. 一種風力渦輪的控制方法，它包括測量所述風力渦輪各槳葉包括位置信號Part的實測值；根據(jù)所述的槳葉位置實測值輸出用于控制所述槳葉的包括位置預定信號Psrt的預定其特征在于該方法還包括根據(jù)所述各槳葉的實測值輸出兩個相鄰所述槳葉之間的滯后速度； 根據(jù)所述槳葉的實測值和所述的滯后速度，修正所述的預定值，輸出可控制所述風力 渦輪的槳葉的包括位置修正值P' set的修正值。
2.如權利要求1所述的控制方法，其中所述的實測值還包括所述槳葉的速度實測值Vart ； 所述的預定值還包括所述槳葉的速度預定值Vsrt ； 所述的修正值還包括所述槳葉的速度修正值V' seto
3.如權利要求1或2所述的控制方法，其中所述的滯后速度由下式計算，KMi^M t 一 t其中ΔΡ^.ω = Pi (t)-Pj(t)其中: 和j表示不同的槳葉，i = 1、2、3· · · · B，j = 1、2、3· . . . B，i乒j， B為槳葉數(shù)，Pi (t)來表示槳葉i在時刻t的位置， Pj (t)來表示槳葉j在時刻t的位置， Δξ( ,)是槳葉i與槳葉j之間的滯后速度， N是槳葉片轉動過程中記錄的數(shù)據(jù)點， 、是變槳運動的啟動時間， tN是其中一片槳葉停止轉動的時間。
4.如權利要求3所述的控制方法，其中所述槳葉的位置修正值P'㈣可分為若干個部 分按如下方法計算Pset( ) = Pc + [S-Dl/MaxiAVlj)]-V*-m其中m為槳葉當前部分的序號， Pc是槳葉的當前位置， δ為安全因子， Dl是槳葉位置差的預定值， 廣是所有槳葉的最低平均速度。
5.一種利用權利要求1所述方法的中央控制器，它包括一個控制單元，該控制單元可以根據(jù)所述風力渦輪各槳葉包括位置信號Part的實測值， 輸出用于控制所述槳葉的包括位置預定信號Psrt的預定值； 其特征在于所述的中央控制器還包括一個不對稱預測單元，它根據(jù)所述槳葉的實測值輸出兩個相鄰所述槳葉之間的滯后速度；一個不對稱調整單元，它根據(jù)所述槳葉的實測值和所述的滯后速度，修正來自于所述 控制單元的所述預定值，并輸出可控制所述風力渦輪的槳葉的包括位置修正值P' set的修 正值。
6.如權利要求5所述的風力渦輪的中央控制器，其中 所述的實測值還包括所述槳葉的速度實測值Vart ；所述的預定值還包括所述槳葉的速度預定值Vsrt ；所述的不對稱調整單元輸出的修正值還包括所述槳葉的速度修正值V' set。
7.如權利要求5或6所述的風力渦輪的中央控制器，其中所述的控制器還包括一個顯 示單元，該顯示單元接收來自所述不對稱預測單元的所述的滯后速度信號。
8.如權利要求7所述的風力渦輪的中央控制器，其中所述的不對稱預測單元設置在所 述的顯示單元中。
9.如權利要求5或6所述的風力渦輪的中央控制器，其中所述的滯后速度為，丨^N 一礦1其中ΔΡ^.ω = Pi (t)-Pj(t)其中: 和j表示不同的槳葉，i = 1、2、3· · · · B，j = 1、2、3· . . . B，i乒j， B為槳葉數(shù)，Pi (t)來表示槳葉i在時刻t的位置， Pj (t)來表示槳葉j在時刻t的位置， AG(A)是槳葉i與槳葉j之間的滯后速度， N是槳葉片轉動過程中記錄的數(shù)據(jù)點， 、是變槳運動的啟動時間， tN是其中一片槳葉停止轉動的時間。
10.如權利要求9所述的風力渦輪的中央控制器，其中所述不對稱調整單元分若干個 部分輸出的所述槳葉的位置修正值P' set為p:el(m) = Pc+[5-Dl!Max(AVlj)]-V*-m其中m為槳葉當前部分的序號， Pc是槳葉的當前位置， δ為安全因子， Dl是槳葉位置差的預定值， Ft是所有槳葉的最低平均速度。
11.一種采用權利要求5所述中央控制器的系統(tǒng)，它包括分別與每個槳葉相連接的變槳控制器，該變槳控制器可以控制一個槳葉與其他槳葉的位置差異；一個中央控制器，它包括一個控制單元，該控制單元可以根據(jù)所述各槳葉包括位置信 號Part的實測值，輸出用于控制所述槳葉的包括位置預定信號Psrt的預定值； 3其特征在于所述的中央控制器還包括一個不對稱預測單元，它根據(jù)所述槳葉的實測值輸出兩個相鄰所述槳葉之間的滯后速度；一個不對稱調整單元，它根據(jù)所述槳葉的實測值和所述不對稱預測單元輸出的滯后速 度，修正來自于所述控制單元的所述預定值，并向所述的變槳控制器輸出可控制所述槳葉 的包括位置修正值P' srt的修正值。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述的實測值還包括所述槳葉的速度實測值Vart ； 所述的預定值還包括所述槳葉的速度預定值Vsrt ；所述的不對稱調整單元輸出的修正值還包括所述槳葉的速度修正值V' set。
13.如權利要求11或12所述的系統(tǒng)，其中所述的中央控制器還包括一個顯示單元，該 顯示單元接收所述不對稱預測單元輸出的所述的滯后速度。
14.如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述的不對稱預測單元設置在所述的顯示單元中。
15.如權利要求11或12所述的系統(tǒng)，其中所述的滯后速度為，
16.如權利要求15所述的防止風力渦輪槳葉不對稱故障的系統(tǒng)，其中所述不對稱調整 單元分若干個部分調整的所述的位置修正值P' set為 Pset{m) = Pc+[S-Dl IMax^Vlj)]- V* · m其中m為槳葉當前部分的序號， Pc是槳葉的當前位置， δ為安全因子， Dl是槳葉位置差的預定值， 廠'是所有槳葉的最低平均速度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種風力渦輪的控制方法、中央控制器和系統(tǒng)。該風力渦輪控制方法包括測量風力渦輪各槳葉包括位置信號Pact的實測值；根據(jù)槳葉位置實測值輸出用于控制槳葉的包括位置預定信號Pset的預定值；根據(jù)各槳葉的實測值輸出兩個相鄰槳葉之間的滯后速度；根據(jù)槳葉的實測值和滯后速度，修正預定值，輸出可控制風力渦輪的槳葉的包括位置修正值P′set的修正值。本發(fā)明的控制器中包括一個根據(jù)槳葉的實測值輸出預定值的控制單元；一個根據(jù)實測值輸出兩鄰槳葉間滯后速度的不對稱預測單元；和一個可修正預定值的不對稱調整單元。將本發(fā)明的中央控制器與風力渦輪的變槳控制器相連接，能有效防止風力渦輪不對稱故障的發(fā)生，成本低，效果好。
文檔編號F03D7/04GK101994647SQ20091016759
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權日2009年8月28日
發(fā)明者時文剛, 胡喜, 邢建輝 申請人:西門子公司