專利名稱：一種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電機(jī)組的變槳控制方法，特別涉及ー種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，變速變槳風(fēng)電機(jī)組已得到廣泛的應(yīng)用。變速變槳風(fēng)電機(jī)組的工作原理為(I)風(fēng)電機(jī)組處于額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩控制器根據(jù)當(dāng)前發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速，通過(guò)轉(zhuǎn)矩控制算法得到發(fā)電機(jī)所需求的轉(zhuǎn)矩，維持最優(yōu)葉尖速比運(yùn)行，從而使風(fēng)電機(jī)組捕獲更多風(fēng)能；(2)風(fēng)電機(jī)組處于額定風(fēng)速以上運(yùn)行時(shí)，變槳控制器根據(jù)當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相減得到轉(zhuǎn)速誤差，通過(guò)槳距控制算法得到需求的槳距角，變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)需求的槳距角指令，驅(qū)動(dòng)葉片變槳，減小風(fēng)能捕獲，使風(fēng)電機(jī)組維持額定功率運(yùn)行?，F(xiàn)有的變槳控制技術(shù)主要考慮正常エ況下的變槳控制，采用經(jīng)典PID控制方法?！そ?jīng)檢索
申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210114448的發(fā)明公開(kāi)了ー種風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，在發(fā)電機(jī)的測(cè)量轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速，且測(cè)量功率超過(guò)額定功率的情況下，轉(zhuǎn)矩由PI控制方式轉(zhuǎn)換到恒功率控制方式；在變槳角度小于最佳變槳角度，且測(cè)量轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速之下的情況下，轉(zhuǎn)矩由恒功率控制方式轉(zhuǎn)換到PI控制方式；采用PI控制參數(shù)非線性調(diào)整方式控制變槳角度，且在整個(gè)正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變槳控制均處于激活狀態(tài)。本發(fā)明提供的種風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，通過(guò)改變兩個(gè)控制器在過(guò)渡區(qū)的控制目標(biāo)點(diǎn)，避免兩種控制不同步造成轉(zhuǎn)速發(fā)生較大波動(dòng)的問(wèn)題，過(guò)渡區(qū)由原來(lái)的點(diǎn)改進(jìn)為曲線，更容易實(shí)現(xiàn)控制狀態(tài)的柔性切換，保證機(jī)組運(yùn)行及其功率輸出的穩(wěn)定性。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210052182的發(fā)明公開(kāi)了ー種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法，包括以下步驟A.求解風(fēng)カ發(fā)電機(jī)在不同槳距角下對(duì)應(yīng)的Cp-λ曲線；B.找出Cp-λ曲線族最大的外包絡(luò)線Cpmax-λ及不同葉尖速比所對(duì)應(yīng)的葉片槳距角；C.在額定轉(zhuǎn)速階段，根據(jù)來(lái)流風(fēng)速求解出風(fēng)カ發(fā)電機(jī)運(yùn)行的葉尖速比；D.根據(jù)葉尖速比調(diào)整葉片槳距角，使得風(fēng)カ發(fā)電機(jī)運(yùn)行在Cp-λ曲線族的外包絡(luò)線上。本發(fā)明可保證變速恒頻風(fēng)カ發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速階段保持最佳功率，從而可轉(zhuǎn)化更多的風(fēng)能在低海抜下，可以在一定程度上提高發(fā)電量；在高海拔下，更可在大幅提高發(fā)電功率的同時(shí)，大幅減小風(fēng)輪載荷，提高風(fēng)カ發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性，具有重要的工程意義。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210026747的發(fā)明公開(kāi)了ー種變速恒頻風(fēng)力機(jī)切入階段的變槳控制方法，在切入階段，風(fēng)カ機(jī)以正的槳距角切入，并逐漸減小槳距角，當(dāng)達(dá)到最佳葉尖速比時(shí)，槳距角變?yōu)榱愣取２捎蒙鲜鲎儤刂品椒?，風(fēng)カ機(jī)可轉(zhuǎn)化更多的風(fēng)能，并減小風(fēng)カ機(jī)運(yùn)行載荷，從而提高風(fēng)カ機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。在不同海抜下，切入階段變槳均可以有效提高風(fēng)カ機(jī)運(yùn)行功率，并減小風(fēng)輪推力和葉根揮舞彎矩。然而在上述現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，并沒(méi)有考慮到工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)陣風(fēng)、發(fā)電機(jī)超速等極端エ況，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在機(jī)端エ況下時(shí)，機(jī)組載荷急劇增大，出現(xiàn)尖峰載荷，影響了風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵零部件的使用壽命以及整機(jī)使用的安全性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)電機(jī)組變槳控制方法，雖然能夠在大部分情況下很好地控制風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行，但是卻并沒(méi)有考慮到風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)遇到的ー些極端的工作情況，如陣風(fēng)、發(fā)電機(jī)超速等情況；這樣使得風(fēng)電機(jī)組在極端工作條件下，載荷急劇增大，影響了風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵零部件的使用壽命，増加了運(yùn)維成本，并且使得整機(jī)使用的安全性不理想。針對(duì)上述所需要解決的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了ー種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法在風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行的情況下，如果需要進(jìn)行變槳控制，首先要對(duì)進(jìn)行變槳控制的類型進(jìn)行初歩判斷，若判斷為正常情況下的變槳控制，則啟動(dòng)正常變槳控制；而如果判斷出來(lái)的變槳控制類型屬于尖峰載荷變槳控制，則開(kāi)啟削減尖峰載荷的變槳控制；削減尖峰載荷的變槳控制包括以下幾個(gè)模塊槳距角增益調(diào)度模塊、抗高頻干擾模塊、陷波濾波模 塊、尖峰載荷控制模塊、變槳控制器等。進(jìn)ー步地，增益調(diào)度模塊根據(jù)傳感器測(cè)量出的當(dāng)前槳距角，根據(jù)增益調(diào)度模塊中的調(diào)度方式，對(duì)變槳器的控制參數(shù)進(jìn)行一次增益調(diào)度，然后將這ー進(jìn)行過(guò)增益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)作為尖峰載荷控制模塊的一個(gè)輸入數(shù)據(jù)。進(jìn)ー步地，抗高頻干擾模塊是由低通濾波器組成，本模塊對(duì)于由傳感器測(cè)量所得的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行濾波，減小高頻分量對(duì)于控制器的影響；抗高頻干擾模塊輸出所得的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為陷波濾波模塊的輸入信號(hào)。進(jìn)ー步地，陷波濾波模塊是由若干陷波濾波器組成，它可以濾掉對(duì)風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)有影響的頻率，如葉片3P、6P穿越頻率；將陷波濾波器濾波后得到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行減法運(yùn)算，得到的轉(zhuǎn)速誤差作為尖峰載荷控制模塊的另ー個(gè)輸入數(shù)據(jù)。進(jìn)ー步地，尖峰載荷模塊接收到上述增益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)以及轉(zhuǎn)速誤差，井根據(jù)轉(zhuǎn)速誤差對(duì)增益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)進(jìn)行二次處理，得到尖峰載荷控制參數(shù)。進(jìn)ー步地，尖峰載荷控制參數(shù)則作為變槳控制器的輸入，變槳控制器可以根據(jù)轉(zhuǎn)速誤差，連同輸入的尖峰載荷控制參數(shù)，迅速地調(diào)整槳距角的大小，以削弱風(fēng)電機(jī)組的尖峰載荷。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)算法易于實(shí)現(xiàn)，不增加額外硬件，成本低；
(2)可以減小風(fēng)電機(jī)組極端エ況下的尖峰載荷；
(3)提聞風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵零部件的使用壽命；
(4)算法通用性強(qiáng)，只需修改參數(shù)，便可用于不同功率等級(jí)的風(fēng)電機(jī)組。


圖I變槳控制類型判斷流程圖 圖2削減尖峰載荷的變槳控制框圖 圖3槳距角增益調(diào)度查詢表
圖4尖峰載荷控制參數(shù)查詢表的各種形式I一尖峰載荷控制判斷模塊；2—削減尖峰載荷的變槳控制模塊；3—正常變槳控制模塊；4ー槳距角增益調(diào)度模塊；5—尖峰載荷控制模塊；6—變槳控制器；7—抗高頻干擾模塊；8—陷波濾波模塊
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地說(shuō)明。從附圖可以看出，本發(fā)明涉及一種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法在風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行的情況下，如果需要進(jìn)行變槳控制，首先要對(duì)進(jìn)行變槳控制的類型進(jìn)行初步判斷，若判斷為正常情況下的變槳控制，則啟動(dòng)正常變槳控制；而如果判斷出來(lái)的變槳控制類型屬于尖峰載荷變槳控制，則開(kāi)啟削減尖峰載荷的變槳控制；削減尖峰載荷的變槳控制包括以下幾個(gè)模塊槳距角增益調(diào)度模塊、抗高頻干擾模塊、陷波濾波模塊、尖峰載荷控制模塊、變槳控制器等。進(jìn)ー步地，增益調(diào)度模塊根據(jù)傳感器測(cè)量出的當(dāng)前槳距角，根據(jù)增益調(diào)度模塊中 的調(diào)度方式，對(duì)變槳器的控制參數(shù)進(jìn)行一次增益調(diào)度，然后將這ー進(jìn)行過(guò)增益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)作為尖峰載荷控制模塊的一個(gè)輸入數(shù)據(jù)。進(jìn)ー步地，抗高頻干擾模塊是由低通濾波器組成，本模塊對(duì)于由傳感器測(cè)量所得的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行濾波，減小高頻分量對(duì)于控制器的影響；抗高頻干擾模塊輸出所得的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為陷波濾波模塊的輸入信號(hào)。進(jìn)ー步地，陷波濾波模塊是由若干陷波濾波器組成，它可以濾掉對(duì)風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)有影響的頻率，如葉片3P、6P穿越頻率；將陷波濾波器濾波后得到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行減法運(yùn)算，得到的轉(zhuǎn)速誤差作為尖峰載荷控制模塊的另ー個(gè)輸入數(shù)據(jù)。進(jìn)ー步地，尖峰載荷模塊接收到上述增益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)以及轉(zhuǎn)速誤差，井根據(jù)轉(zhuǎn)速誤差對(duì)增益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)進(jìn)行二次處理，得到尖峰載荷控制參數(shù)。進(jìn)ー步地，尖峰載荷控制參數(shù)則作為變槳控制器的輸入，變槳控制器可以根據(jù)轉(zhuǎn)速誤差，連同輸入的尖峰載荷控制參數(shù)，迅速地調(diào)整槳距角的大小，以削弱風(fēng)電機(jī)組的尖峰載荷。實(shí)施例一
一種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法在風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行的情況下，如果需要進(jìn)行變槳控制，首先要對(duì)進(jìn)行變槳控制的類型進(jìn)行初歩判斷，其中判斷方式可以為(1)轉(zhuǎn)速誤差η次方(n=l、2、3…)與設(shè)定的閥值比較；(2)轉(zhuǎn)速誤差的微分與設(shè)定的閥值比較；(3)轉(zhuǎn)速誤差η次方(n=l、2、3…)與轉(zhuǎn)速誤差微分的乘積與設(shè)定的閥值比較；大于閥值則進(jìn)行削減尖峰載荷的變槳控制，否則進(jìn)行正常變槳控制，如圖I所示。削減尖峰載荷的變槳控制框圖如圖2所示，一路傳感器檢測(cè)當(dāng)前的槳距角值將檢測(cè)值作為槳距角増益調(diào)度模塊的輸入，槳距角増益調(diào)度模塊根據(jù)當(dāng)前槳距角多，通
過(guò)線性插值方法，計(jì)算出該#下的控制參數(shù)At和ち(如圖3所示)，并將控制參數(shù)輸入到
尖峰載荷控制模塊；削減尖峰載荷的變槳控制包括以下幾個(gè)模塊槳距角增益調(diào)度模塊、抗高頻干擾模塊、陷波濾波模塊、尖峰載荷控制模塊、變槳控制器等。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步實(shí)施方式，增益調(diào)度模塊根據(jù)傳感器測(cè)量出的當(dāng)前槳距角，根據(jù)增益調(diào)度模塊中的調(diào)度方式，對(duì)變槳控制器的控制參數(shù)進(jìn)行一次增益調(diào)度，然后將這一進(jìn)行過(guò)増益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)作為尖峰載荷控制模塊的一個(gè)輸入數(shù)據(jù)。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步實(shí)施方式，抗高頻干擾模塊是由低通濾波器組成，本模塊對(duì)于由傳感器測(cè)量所得的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行濾波，減小高頻分量對(duì)于控制器的影響；抗高頻干擾模塊輸出所得的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為陷波濾波模塊的輸入信號(hào)。陷波濾波模塊是由若干陷波濾波器組成，它可以濾掉對(duì)風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)有影響的頻率，如葉片3P、6P穿越頻率；具體實(shí)施方式
為傳感器檢測(cè)當(dāng)前的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，并將檢測(cè)值經(jīng)過(guò)抗高頻干擾模塊和陷波濾波模塊后得到濾波后的發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速，其中抗高頻干擾模塊由低通濾波器構(gòu)成，低通濾波器的傳
遞函數(shù)形式為1+2gSr/—-ノ，，,為無(wú)阻尼自然頻率，纟為阻尼，目的是減小高頻分量對(duì)控制器的干擾；陷波濾波模塊由兩個(gè)陷波濾波器組成，濾掉3P和6P頻率，濾波器的傳遞函數(shù)型式為:廣+く:ベ，ぐら為阻尼;濾波后的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)
速相減得到轉(zhuǎn)速誤差作為尖峰載荷控制模塊的另ー個(gè)輸入數(shù)據(jù)。 作為本發(fā)明的進(jìn)ー步實(shí)施方式，尖峰載荷模塊接收到上述増益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)以及轉(zhuǎn)速誤差，井根據(jù)轉(zhuǎn)速誤差對(duì)增益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)進(jìn)行二次處理，得到尖峰載荷控制參數(shù)。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步實(shí)施方式，濾波后的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相減得到轉(zhuǎn)速誤差，連同尖峰載荷控制參數(shù)ら、JKa ,輸入到尖峰載荷控制模塊；尖峰載荷控制模塊根據(jù)輸入轉(zhuǎn)速誤差信息，可以將轉(zhuǎn)速誤差η次方、轉(zhuǎn)速誤差的微分或者速誤差η次方與轉(zhuǎn)速誤差微分的乘積作為通過(guò)查詢表得到比例増益的放大系數(shù)ヰげ，SmwT的目的是在尖峰載荷控制階段，増大PID控制器的比例増益，提高控制器的響應(yīng)速度，使變槳控制器快速變槳，達(dá)到減小載荷的目的，的查詢方式可以為線性查詢、非線性查詢以及其組合，具體如圖4所示；jBwr與ら相乘得到變槳控制器的比例増益
;變槳控制器根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速誤差和相應(yīng)的控制參數(shù)ら和ち，得到變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的槳距角，然后風(fēng)電機(jī)組可以迅速地調(diào)整槳距角的大小，以削弱風(fēng)電機(jī)組的尖峰載荷。
權(quán)利要求
1.一種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法在風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行的情況下，如果需要進(jìn)行變槳控制，首先要對(duì)進(jìn)行變槳控制的類型進(jìn)行初歩判斷，若判斷為正常情況下的變槳控制，則啟動(dòng)正常變槳控制；而如果判斷出來(lái)的變槳控制類型屬于尖峰載荷變槳控制，則開(kāi)啟削減尖峰載荷的變槳控制；削減尖峰載荷的變槳控制包括以下幾個(gè)模塊槳距角增益調(diào)度模塊、抗高頻干擾模塊、陷波濾波模塊、尖峰載荷控制模塊、變槳控制器等。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法，其特征在于，上述增益調(diào)度模塊根據(jù)傳感器測(cè)量出的當(dāng)前槳距角，根據(jù)增益調(diào)度模塊中的調(diào)度方式，對(duì)變槳器的控制參數(shù)進(jìn)行一次增益調(diào)度，然后將這ー進(jìn)行過(guò)增益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)作為尖峰載荷控制模塊的ー個(gè)輸入數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法，其特征在于，上述抗高頻干擾模塊是由低通濾波器組成，本模塊對(duì)于由傳感器測(cè)量所得的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行濾波，減小高頻分量對(duì)于控制器的影響；抗高頻干擾模塊輸出所得的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為陷波濾波模塊的輸入信號(hào)。
4.如權(quán)利要求I所述的ー種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法，其特征在于，上述陷波濾波模塊是由若干陷波濾波器組成，它可以濾掉對(duì)風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)有影響的頻率，如葉片3P、6P穿越頻率；將陷波濾波器濾波后得到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)定的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行減法運(yùn)算，得到的轉(zhuǎn)速誤差作為尖峰載荷控制模塊的另ー個(gè)輸入數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求I所述的ー種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法，其特征在于，上述尖峰載荷模塊接收到上述增益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)以及轉(zhuǎn)速誤差，并根據(jù)轉(zhuǎn)速誤差對(duì)增益調(diào)度過(guò)的控制參數(shù)進(jìn)行二次處理，得到尖峰載荷控制參數(shù)。
6.如權(quán)利要求I所述的ー種削減風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法，其特征在于，上述尖峰載荷控制參數(shù)則作為變槳控制器的輸入，變槳控制器可以根據(jù)轉(zhuǎn)速誤差，連同輸入的尖峰載荷控制參數(shù)，迅速地調(diào)整槳距角的大小，以削弱風(fēng)電機(jī)組的尖峰載荷。
全文摘要
一種削弱風(fēng)電機(jī)組尖峰載荷的變槳控制方法，在風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行的情況下，如果需要進(jìn)行變槳控制，首先要對(duì)進(jìn)行變槳控制的類型進(jìn)行初步判斷，若判斷為正常情況下的變槳控制，則啟動(dòng)正常變槳控制；而如果判斷出來(lái)的變槳控制類型屬于尖峰載荷變槳控制，則開(kāi)啟削減尖峰載荷的變槳控制；削減尖峰載荷的變槳控制包括以下幾個(gè)模塊槳距角增益調(diào)度模塊、抗高頻干擾模塊、陷波濾波模塊、尖峰載荷控制模塊、變槳控制器等。
文檔編號(hào)F03D7/00GK102865192SQ20121040949
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者劉紅文, 萬(wàn)宇賓, 杜佳佳, 王靛, 王立鵬, 郭知彼, 胡嬋娟, 劉春秀, 巫發(fā)明, 李慧新, 蔣韜 申請(qǐng)人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司