專利名稱：一種變速恒頻風力機切入階段的變槳控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電設備運行變槳控制方法，具體地，涉及一種變速恒頻風力機切入階段的變槳控制方法。
背景技術：
變槳距技術已在大型風力機組中廣泛使用。變槳距風力機的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動性能，通常情況下，當功率在額定功率以下時，控制器將槳距角置于零度附近， 不作變化；在額定功率以上時，變槳距機構(gòu)開始工作，調(diào)整槳距角，使葉片攻角不變，將發(fā)電機的輸出功率控制在額定值附近。適當?shù)淖儤刂品椒梢允癸L力機葉片處于更好的流動狀態(tài)獲得更多的風能，從而在發(fā)電功率上得到可觀的變槳距效益；另外一方面，它還可以有效地減小風輪推力及葉根彎矩等氣動載荷，從而減小風機設計對強度、疲勞的要求，增加風機運行的可靠性。因此，變槳距控制技術弓I起了人們極大地重視。變速恒頻風力機組的運行狀態(tài)根據(jù)風況不同可分為四種不同的階段，它們分別是恒速并網(wǎng)(切入)階段、最大Cp階段，額定轉(zhuǎn)速階段和額定功率階段。當?shù)竭_切入風速時， 發(fā)電機以最小轉(zhuǎn)速切入，發(fā)電機保持最小轉(zhuǎn)速。通常情況下，在切入階段，風輪葉片槳距角保持為零度，風機運行偏離最佳功率系數(shù)Cp。因此采取合適的變槳控制方法，對于提高切入階段運行功率，降低風輪載荷具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種變速恒頻風力機切入階段的變槳控制方法，可以提高風力機切入階段運行功率，實現(xiàn)功率最優(yōu)化，同時可以降低風力機運行載荷。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種變速恒頻風力機切入階段的變槳控制方法，在切入階段，風力機以正的槳距角切入，并逐漸減小槳距角，當達到最佳葉尖速比時，槳距角變?yōu)榱愣取＿M一步地，在切入階段，風力機按不同槳距角下Cp-λ曲線族的外包絡線運行，進行變槳控制。進一步地，包括如下步驟(I)Cp-λ曲線族外包絡線的獲得首先，要準確的求解出特定風力機在不同槳距角下對應的Cp-λ曲線，該求解可采用葉素-動量理論并考慮輪轂損失、葉尖損失、翼型失速、風剪切的影響；然后，根據(jù)求解出的Cp-λ曲線族尋找出該曲線族Cp最大的外包絡線及不同葉尖速比所對應的葉片槳距角；(2)根據(jù)來流風速求解出風力機運行的葉尖速比，然后根據(jù)葉尖速比調(diào)整葉片槳距角，使得風力機在切入階段運行在Cp-λ曲線族外包絡線上。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明通過在切入階段采用變槳控制方法，相對于槳距角在切入階段僅保持為零度而言，風力機可轉(zhuǎn)化更多的風能，并減小風力機運行載荷，從而提高風力機運行的安全可靠性。在不同海拔下，切入階段變槳均可以有效提高風力機運行功率，并減小風輪推力和葉根揮舞彎矩。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為風力機在不同槳距角下的Cp-λ曲線圖；圖2為切入階段變槳控制方法下槳距角隨風速的變化圖；圖3a為切入階段變槳風力機運行的Cp-λ曲線圖；圖北為切入階段變槳風力機運行的Ct-λ曲線圖；圖3c為切入階段變槳風力機運行的CMy_ λ曲線圖；圖4為風力機切入階段在不同海拔高度下的靜態(tài)功率曲線圖；圖fe為風力機在切入階段風輪推力隨風速的變化圖；圖恥為風力機在切入階段葉根揮舞彎矩隨風速的變化圖；其中圖3a、3b、3c、4、fe&^中，實線槳距角為零，點劃線采用了本發(fā)明變槳控制方法。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的一種變速恒頻風力機切入階段的變槳控制方法，在切入階段，風力機以正的槳距角切入，并逐漸減小槳距角，當達到最佳葉尖速比時，槳距角變?yōu)榱愣?。通過在切入階段實行變槳控制，可以提高風力機切入階段運行功率，實現(xiàn)功率最優(yōu)化，同時可以降低風力機運行載荷。圖1給出了風力機在不同槳距角下的Cp-λ曲線示意圖。在切入階段(高葉尖速比區(qū)域)，不同的Cp- λ曲線存在一個最優(yōu)的包絡線，當風力機運行在該包絡線時，風力機可轉(zhuǎn)化更多的風能。要得到該包絡線，首先要準確的求解出特定風力機在不同槳距角下對應的Cp-λ曲線，該求解可采用葉素-動量理論并考慮輪轂損失、葉尖損失、翼型失速、風剪切等影響。然后，根據(jù)求解出的Cp-λ曲線族尋找出該曲線族Cp最大的外包絡線及不同葉尖速比所對應的葉片槳距角。在本發(fā)明實施過程中，由于變速恒頻風力機運行葉尖速比和來流風速--對應λ = QR/U (1)其中U為來流風速，Ω為風輪轉(zhuǎn)速，R為風輪半徑。對于變速恒頻風力機，在切入階段，風輪轉(zhuǎn)速為最小設計轉(zhuǎn)速，因此可根據(jù)來流風速求解出風力機運行的葉尖速比，然后根據(jù)葉尖速比調(diào)整葉片槳距角，使得風力機在切入階段運行在Cp-λ曲線族外包絡線上。下面以某1. 5MW風力機為例，對該發(fā)明進行具體說明。表1和圖2給出了切入階段變槳控制方法下的風速-槳距角對應關系。可以看出，在切入風速3m/s下，風力機應該以1.7°的槳距角切入，隨后隨著葉尖速比的不斷增大而逐漸減小槳距角，當風速達到4. 5m/s時，葉尖速比達到最佳葉尖速比，葉片槳距角變?yōu)榱愣龋藭r風力機進入最大Cp階段并通過發(fā)電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)追蹤最佳葉尖速比。表1 切入階段變槳風速-槳距角對照表
權(quán)利要求
1.一種變速恒頻風力機切入階段的變槳控制方法，其特征在于，在切入階段，風力機以正的槳距角切入，并逐漸減小槳距角，當達到最佳葉尖速比時，槳距角變?yōu)榱愣取?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速恒頻風力機切入階段的變槳控制方法，其特征在于，在切入階段，風力機按不同槳距角下Cp-λ曲線族的外包絡線運行，進行變槳控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速恒頻風力機切入階段的變槳控制方法，其特征在于，包括如下步驟(1)Cp-λ曲線族外包絡線的獲得首先，要準確的求解出特定風力機在不同槳距角下對應的Cp-λ曲線，該求解可采用葉素-動量理論并考慮輪轂損失、葉尖損失、翼型失速、風剪切的影響；然后，根據(jù)求解出的Cp-λ曲線族尋找出該曲線族Cp最大的外包絡線及不同葉尖速比所對應的葉片槳距角；(2)根據(jù)來流風速求解出風力機運行的葉尖速比，然后根據(jù)葉尖速比調(diào)整葉片槳距角， 使得風力機在切入階段運行在Cp-λ曲線族外包絡線上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變速恒頻風力機切入階段的變槳控制方法，在切入階段，風力機以正的槳距角切入，并逐漸減小槳距角，當達到最佳葉尖速比時，槳距角變?yōu)榱愣?。采用上述變槳控制方法，風力機可轉(zhuǎn)化更多的風能，并減小風力機運行載荷，從而提高風力機運行的安全可靠性。在不同海拔下，切入階段變槳均可以有效提高風力機運行功率，并減小風輪推力和葉根揮舞彎矩。
文檔編號F03D7/00GK102536654SQ20121002674
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者代海濤, 張洪坤, 秦明, 葛銘緯 申請人:國電聯(lián)合動力技術有限公司