本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組載荷控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的推力消減控制算法。

背景技術(shù)：

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展以及市場的需求，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量越來越大，葉片越來越長，而風(fēng)機(jī)常常運(yùn)行在相對(duì)較為惡劣的外部環(huán)境中，這就造成機(jī)組載荷越來越大，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行構(gòu)成很大的安全隱患，給業(yè)主的經(jīng)濟(jì)效益帶來負(fù)面影響。

針對(duì)機(jī)組載荷過大問題，目前出現(xiàn)了很多解決方案，其中常見的有以下兩種方案：

一、加強(qiáng)機(jī)組部件來提高機(jī)組安全性能；

二、優(yōu)化控制策略優(yōu)化，進(jìn)行機(jī)組降載控制。

通過加強(qiáng)機(jī)組部件來提高機(jī)組安全性能，即增加機(jī)組部件的尺寸或者換用性能更好的材料，這勢必會(huì)增加機(jī)組重量和成本，從而造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組度電成本的增加，降低了競爭力。所以方案二是目前該領(lǐng)域常用方法和研究熱點(diǎn)。目前采用的降載控制策略有Fine pitch schedule、Dynamic Fine pitch schedule、Dynamic thrust limiting等，分別以機(jī)組氣隙功率、槳距角和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速加速度作為控制器的輸入量，通過查表方式計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的最小槳距角設(shè)定值，即通過增加最小槳距角來減小風(fēng)電機(jī)組的推力，從而減小塔基、葉片根部的極端和疲勞載荷。

在風(fēng)力機(jī)的常規(guī)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，當(dāng)葉尖速比一定的情況下，推力系數(shù)Ct會(huì)隨著槳葉槳距角β的增大而逐漸減小，以上方法都是基于此原理，通過調(diào)節(jié)槳距角設(shè)定值大小來減小機(jī)組所受推力的方式，從而減小機(jī)組載荷，但是仍然存在不足之處，其中Fine pitch schedule策略存在損失發(fā)電量較大的問題，Dynamic Fine pitch schedule策略只在額定風(fēng)速以上起作用，Dynamic thrust limiting策略只針對(duì)某些極限工況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的推力消減控制算法，通過該算法能夠減小風(fēng)輪推力，實(shí)現(xiàn)載荷的優(yōu)化控制，降低風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的推力消減控制算法，首先，通過傳感器實(shí)時(shí)測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙加速度，然后根據(jù)測量得到的機(jī)艙加速度通過查表法得到相應(yīng)的最小槳距角，接著將此最小槳距角值輸入到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳控制器，與變槳控制器設(shè)定的最小槳距角值作比較，取其中最大值為控制器的新的最小槳距角限定值，也就是通過實(shí)時(shí)更改控制器最小槳距角限定值的方式來改變機(jī)組所受推力，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基于機(jī)艙加速度的載荷優(yōu)化控制；其包括以下步驟：

1)測量機(jī)艙加速度

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙機(jī)座上安裝有加速度傳感器，該加速度傳感器利用其自身的工作原理將機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)化為電量，然后對(duì)電量進(jìn)行測量、轉(zhuǎn)換，使其成為加速度信號(hào)輸出給機(jī)組控制器；

2)查表計(jì)算最小槳距角

根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立機(jī)艙加速度—最小槳距角查詢表；然后根據(jù)測量的機(jī)艙加速度信號(hào)，通過設(shè)置好的查詢表計(jì)算得到相應(yīng)的最小槳距角；最后將查表得到的最小槳距角輸入到變槳控制器；

3)變槳控制器獲取最小槳距角限定值

變槳控制器將基于機(jī)艙加速度的最小槳距角與控制器原始設(shè)定的最小槳距角值作比較，取其中最大值作為變槳控制器新的最小槳距角限定值輸出給變槳執(zhí)行器，也就是通過實(shí)時(shí)更改控制器最小槳距角限定值的方式來改變機(jī)組所受推力；

4)變槳執(zhí)行器調(diào)節(jié)葉片槳距角

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳執(zhí)行器根據(jù)變槳控制器發(fā)出的變槳指令調(diào)節(jié)葉片槳距角，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基于機(jī)艙加速度的載荷優(yōu)化控制。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、通過在1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的仿真效果可知，本發(fā)明算法較常規(guī)的風(fēng)機(jī)控制算方法在疲勞載荷上能降低5％-12％，在極限載荷上能降低4％-10％。

2、在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常發(fā)電工作區(qū)間，只要機(jī)艙加速度超過限定值，本發(fā)明算法就會(huì)起作用，優(yōu)化風(fēng)機(jī)載荷，工作范圍較傳統(tǒng)的推力降載控制算法寬。

3、本發(fā)明算法無需增加機(jī)組設(shè)備，只需在控制算法中增加相應(yīng)的功能模塊，就能實(shí)現(xiàn)降載控制，從而節(jié)省成本，提高機(jī)組競爭力。

4、本發(fā)明算法有很強(qiáng)的理論依據(jù)，易于被相關(guān)技術(shù)人員接受，對(duì)后續(xù)控制優(yōu)化改進(jìn)和設(shè)備維護(hù)奠定基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述控制算法的控制原理圖。

圖2為本發(fā)明所述控制算法的流程框圖。

圖3為某一極限工況旋轉(zhuǎn)輪轂坐標(biāo)系下的合彎矩仿真效果對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本實(shí)施例所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的推力消減控制算法，主要針對(duì)目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組載荷過大的問題，在常規(guī)控制策略的基礎(chǔ)上，增加了基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙加速度的降載控制策略的模塊，具體是：首先，通過傳感器實(shí)時(shí)測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙加速度，然后根據(jù)測量得到的機(jī)艙加速度通過查表法得到相應(yīng)的最小槳距角，接著將此最小槳距角值輸入到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳控制器，與變槳控制器設(shè)定的最小槳距角值作比較，取其中最大值為控制器的新的最小槳距角限定值，也就是通過實(shí)時(shí)更改控制器最小槳距角限定值的方式來改變機(jī)組所受推力，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基于機(jī)艙加速度的載荷優(yōu)化控制。

如圖2所示，本實(shí)施例上述的推力消減控制算法，具體包括以下步驟：

1)測量機(jī)艙加速度

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙機(jī)座上安裝有加速度傳感器，該加速度傳感器利用其自身的工作原理(如壓電效應(yīng)、磁電感應(yīng)等)將機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)化為電量，然后對(duì)電量進(jìn)行測量、轉(zhuǎn)換，使其成為加速度信號(hào)輸出給機(jī)組控制器。

2)查表計(jì)算最小槳距角

根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立機(jī)艙加速度—最小槳距角查詢表；然后根據(jù)測量的機(jī)艙加速度信號(hào)，通過設(shè)置好的查詢表計(jì)算得到相應(yīng)的最小槳距角；最后將查表得到的最小槳距角輸入到變槳控制器。

3)變槳控制器獲取最小槳距角限定值

變槳控制器將基于機(jī)艙加速度的最小槳距角與控制器原始設(shè)定的最小槳距角值作比較，取其中最大值作為變槳控制器新的最小槳距角限定值輸出給變槳執(zhí)行器，也就是通過實(shí)時(shí)更改控制器最小槳距角限定值的方式來改變機(jī)組所受推力。

4)變槳執(zhí)行器調(diào)節(jié)葉片槳距角

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳執(zhí)行器根據(jù)變槳控制器發(fā)出的變槳指令調(diào)節(jié)葉片槳距角，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基于機(jī)艙加速度的載荷優(yōu)化控制。

本發(fā)明的控制算法是基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙加速度的反饋控制，相比于傳統(tǒng)的推力降載控制策略，具有降載效果明顯、發(fā)電量損失小、工作范圍寬、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，具體如下：

一、通過在1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的仿真效果可知，本發(fā)明的控制算法較常規(guī)的風(fēng)機(jī)控制算方法在疲勞載荷上能降低5％-12％，在極限載荷上能降低4％-10％，圖3為某一極限工況旋轉(zhuǎn)輪轂坐標(biāo)系下的合彎矩仿真效果對(duì)比圖。

二、在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常發(fā)電工作區(qū)間，只要機(jī)艙加速度超過限定值，本發(fā)明的控制算法就會(huì)起作用，優(yōu)化風(fēng)機(jī)載荷，工作范圍較傳統(tǒng)的推力降載控制算法寬。

三、本發(fā)明的控制算法無需增加機(jī)組設(shè)備，只需在控制算法中增加相應(yīng)的功能模塊，就能實(shí)現(xiàn)降載控制，從而節(jié)省成本，提高機(jī)組競爭力。

四、本發(fā)明的控制算法有很強(qiáng)的理論依據(jù)，易于被相關(guān)技術(shù)人員接受，對(duì)后續(xù)控制優(yōu)化改進(jìn)和設(shè)備維護(hù)奠定基礎(chǔ)。

綜上所述，本發(fā)明的控制算法可以有效降低機(jī)組的風(fēng)輪推力，從而降低葉片、輪轂和塔架載荷，綜合提高風(fēng)機(jī)的性能，因此，本發(fā)明的控制算法具有十分廣泛的應(yīng)用前景，值得推廣。

以上所述之實(shí)施例子只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。