一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪非對(duì)稱載荷控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪非對(duì)稱載荷控制方法，可以應(yīng)用于大功率風(fēng)電機(jī)組的變槳控制，通過(guò)變槳距控制在機(jī)組的發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中尤其是陣風(fēng)和高風(fēng)速工況下，減小風(fēng)輪的非對(duì)稱動(dòng)態(tài)載荷。從而可以提高機(jī)組可靠性，延長(zhǎng)機(jī)組壽命，并可以以此為基礎(chǔ)對(duì)機(jī)組結(jié)構(gòu)、重量和尺寸進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到降低成本的目的。
【專利說(shuō)明】一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪非對(duì)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(jī)組風(fēng)輪非對(duì)稱載荷控制方法，應(yīng)用于大功率風(fēng)電機(jī)組的變槳控制，可以通過(guò)變槳距控制在機(jī)組的發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中尤其是陣風(fēng)和高風(fēng)速工況下，減小風(fēng)輪的非對(duì)稱載荷。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會(huì)能源需求的急速增長(zhǎng)和日益嚴(yán)重的氣候、環(huán)境問(wèn)題，風(fēng)力發(fā)電作為可大規(guī)模開(kāi)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(chǎng)和競(jìng)爭(zhēng)的壓力，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商必須盡可能地降低發(fā)電成本。提高風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量是降低發(fā)電成本最有效的途徑之一，單機(jī)容量的不斷增大，載荷的增加使得對(duì)各部件的強(qiáng)度要求增加，同時(shí)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(duì)稱載荷以及外界風(fēng)的變化和各零部件的振動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)，減小振動(dòng)帶來(lái)的動(dòng)態(tài)載荷。單機(jī)各量增大，風(fēng)輪直徑和掃掠面積增加使機(jī)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(dòng)力的差異，再加上由于制造、安裝工藝引起的風(fēng)輪的機(jī)械不平衡，會(huì)形成很大的風(fēng)輪非對(duì)稱載荷，最有代表性的是輪轂所受的彎矩。該彎矩會(huì)導(dǎo)致輪轂的碟形力矩和傳動(dòng)軸的彎曲力矩，進(jìn)而影響輪轂、主軸乃至傳動(dòng)系統(tǒng)的壽命。如果通過(guò)一定的控制手段減小風(fēng)輪的非對(duì)稱載荷，將會(huì)減輕機(jī)組對(duì)結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度要求，降低機(jī)組零部件故障率，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:通過(guò)變槳距控制減小風(fēng)輪的非對(duì)稱動(dòng)態(tài)載荷，從而提高機(jī)組可靠性，延長(zhǎng)機(jī)組壽命，并可以以此為基礎(chǔ)對(duì)機(jī)組結(jié)構(gòu)、重量和尺寸進(jìn)行優(yōu)化。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
[0005]一種風(fēng)輪非對(duì)稱載荷控制方法，其特征在于:所述控制方法主要通過(guò)變槳控制減小由于風(fēng)切換和湍流引起的大型風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪非對(duì)稱載荷，控制器以風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪中心實(shí)時(shí)載荷為輸入，以槳距角為輸出，控制不依賴于風(fēng)電機(jī)組的精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型；載荷控制由實(shí)時(shí)載荷測(cè)量與計(jì)算，不依賴于精準(zhǔn)熟悉模型的閉環(huán)控制器、風(fēng)輪非對(duì)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(duì)稱載荷控制環(huán)共同決定；將風(fēng)輪的非對(duì)稱載荷分解為兩個(gè)相互垂直的方向的彎矩，基于兩個(gè)相互垂直方向彎矩互相影響可以忽略的特點(diǎn)，通過(guò)兩個(gè)控制器進(jìn)行相互獨(dú)立的控制，每個(gè)控制器以實(shí)時(shí)測(cè)量的載荷為輸入，槳距角增量為輸出。
[0006]風(fēng)輪非對(duì)稱載荷的計(jì)算方法由如下兩種:
[0007](I)、風(fēng)輪的非對(duì)稱載荷具體表現(xiàn)為兩個(gè)方向的彎矩，這兩個(gè)方向彎矩可以由風(fēng)輪三個(gè)葉片葉根彎矩變換通過(guò)坐標(biāo)變換測(cè)算而來(lái)，測(cè)算方法如公式所示:
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)輪非對(duì)稱載荷控制方法，其特征在于:所述控制方法主要通過(guò)變槳控制減小由于風(fēng)切換和湍流引起的大型風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪非對(duì)稱載荷，控制器以風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪中心實(shí)時(shí)載荷為輸入，以槳距角為輸出，控制不依賴于風(fēng)電機(jī)組的精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型；載荷控制由實(shí)時(shí)載荷測(cè)量與計(jì)算，不依賴于精準(zhǔn)熟悉模型的閉環(huán)控制器、風(fēng)輪非對(duì)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(duì)稱載荷控制環(huán)共同決定；將風(fēng)輪的非對(duì)稱載荷分解為兩個(gè)相互垂直的方向的彎矩，基于兩個(gè)相互垂直方向彎矩互相影響可以忽略的特點(diǎn)，通過(guò)兩個(gè)控制器進(jìn)行相互獨(dú)立的控制，每個(gè)控制器以實(shí)時(shí)測(cè)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(duì)稱載荷控制方法，其特征在于:風(fēng)輪非對(duì)稱載荷的計(jì)算方法由如下兩種: (I )、風(fēng)輪的非對(duì)稱載荷具體表現(xiàn)為兩個(gè)方向的彎矩，這兩個(gè)方向彎矩可以由風(fēng)輪三個(gè)葉片葉根彎矩變換通過(guò)坐標(biāo)變換測(cè)算而來(lái)，測(cè)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(duì)稱載荷控制方法，其特征在于:風(fēng)輪非對(duì)稱載荷控制環(huán)中，三個(gè)葉片的槳距角增量由兩個(gè)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(gè)控制器輸出和三個(gè)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(duì)稱載荷控制方法，其特征在于:風(fēng)輪非對(duì)稱載荷閉環(huán)控制器不依賴于風(fēng)電機(jī)組精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型的，控制器可以在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中不斷地提取有關(guān)風(fēng)電機(jī)組的信息，對(duì)系統(tǒng)特征量進(jìn)行估計(jì)，同時(shí)達(dá)成控制目標(biāo)，為了不影響機(jī)組的功率輸出，各葉片的槳距角差異被限制在一個(gè)相對(duì)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(duì)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(jì)準(zhǔn)則函數(shù):
【文檔編號(hào)】F03D7/00GK103742357SQ201310581637
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)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(qiáng), 王士榮, 王超, 李科 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)