本發(fā)明風力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及風力發(fā)電系統(tǒng)變槳電機正反轉(zhuǎn)切換的轉(zhuǎn)矩平滑控制方法。
背景技術(shù)：
風力發(fā)電機組的槳葉角度在實際運行過程中頻繁地進行正反向調(diào)節(jié)，由于在葉片軸承齒輪和減速箱齒輪之間，以及變槳電機軸齒輪和減速箱齒輪之間不能完全嚙合，存在一定的間隙，在電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的切換過程中，大小齒輪會發(fā)生較強烈的剛性碰撞，長期碰撞會使齒輪壽命減少、甚至損壞。
現(xiàn)有的變槳驅(qū)動器在變槳驅(qū)動器正反轉(zhuǎn)過程中的輸出力矩是由設(shè)定的電機加減速時間和負載決定的，加減速時間越短，輸出的力矩越大；負載越大，輸出的力矩也越大，力矩越大，碰撞帶來的沖擊破壞也越顯著。因此在變槳驅(qū)動器正反轉(zhuǎn)切換過程中有必要對變槳驅(qū)動器的輸出扭矩進行控制，以減小大小嚙合齒輪的剛性大力矩碰撞；提高風力發(fā)電系統(tǒng)使用壽命和運行性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種有效提高風力發(fā)電系統(tǒng)葉片軸承齒輪、變槳電機軸齒輪和減速箱齒輪的使用壽命和運行性能的風力發(fā)電系統(tǒng)變槳電機正反轉(zhuǎn)切換的轉(zhuǎn)矩平滑控制方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
風力發(fā)電系統(tǒng)變槳電機正反轉(zhuǎn)切換的轉(zhuǎn)矩平滑控制方法，包括槳葉從正向調(diào)節(jié)到反向調(diào)節(jié)變化過程的變槳驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制；以及槳葉從反向調(diào)節(jié)到正向調(diào)節(jié)變化過程的變槳驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制。
優(yōu)選地，所述槳葉從正向調(diào)節(jié)到反向調(diào)節(jié)變化過程的變槳驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制包括以下順序步驟：
1)如果當前的目標槳葉角度小于當前實際槳葉角度，且上一時刻的目標槳葉角度大于上一時刻的實際槳葉角度時，將標志fu置為1，并將上一時刻由變槳驅(qū)動器速度環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出的目標轉(zhuǎn)矩值t*em暫存至寄存器ttemp；
2)在fu為1的條件下，如果當前實際變槳速度絕對值|ωr|小于或等于設(shè)定的最小變槳速度值δ，讓轉(zhuǎn)矩平滑控制模塊輸出的最終目標轉(zhuǎn)矩值t*e從ttemp值開始以固定的步進值ζ遞減，直到當前的實際變槳速度絕對值|ωr|大于設(shè)定的最小變槳速度值δ；
3)將fu置為0，并將當前變槳驅(qū)動器速度環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出的目標轉(zhuǎn)矩t*em賦值給轉(zhuǎn)矩平滑控制模塊輸出的最終目標轉(zhuǎn)矩值t*e，完成槳葉正向到反向變化過程變槳驅(qū)動器的輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制。
優(yōu)選地，所述槳葉從反向調(diào)節(jié)到正向調(diào)節(jié)變化過程的變槳驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制包括以下順序步驟：
1)如果當前的目標槳葉角度大于當前實際槳葉角度，且上一時刻的目標槳葉角度小于上一時刻的實際槳葉角度時，將標志fd置為1，并將上一時刻由變槳驅(qū)動器速度環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出的目標轉(zhuǎn)矩值t*em暫存至寄存器ttemp；
2)在fd為1的條件下，如果當前實際變槳速度絕對值|ωr|小于或等于設(shè)定的最小變槳速度值δ，讓轉(zhuǎn)矩平滑控制模塊輸出的最終目標轉(zhuǎn)矩值t*e從ttemp值開始以固定的步進值ζ遞增，直到當前的實際變槳速度絕對值|ωr|大于設(shè)定的最小變槳速度值δ；
3)將fd置為0，并將當前變槳驅(qū)動器速度環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出的目標轉(zhuǎn)矩t*em賦值給轉(zhuǎn)矩平滑控制模塊輸出的最終目標轉(zhuǎn)矩值t*e，完成槳葉正向到反向變化過程變槳驅(qū)動器的輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制。
采用上述技術(shù)方案，通過對槳葉正向調(diào)節(jié)到反向調(diào)節(jié)變化過程中的變槳驅(qū)動器轉(zhuǎn)矩平滑控制，以及槳葉反向調(diào)節(jié)到正向調(diào)節(jié)變化過程中的變槳驅(qū)動器轉(zhuǎn)矩平滑控制，本發(fā)明降低或消除了由于齒輪間隙的存在所造成的槳葉從正向調(diào)節(jié)到反向調(diào)節(jié)，和從反向調(diào)節(jié)到正向調(diào)節(jié)過程中大小嚙合齒輪所產(chǎn)生的劇烈剛性碰撞，提高了風力發(fā)電系統(tǒng)中葉片軸承齒輪、變槳電機軸齒輪和減速箱齒輪的使用壽命和運行性能，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。
附圖說明
圖1為本發(fā)明風力發(fā)電系統(tǒng)變槳電機正反轉(zhuǎn)切換過程中變槳驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制原理示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
如附圖1風力發(fā)電系統(tǒng)變槳電機正反轉(zhuǎn)切換過程中的變槳驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制原理所示，控制系統(tǒng)由最內(nèi)層轉(zhuǎn)矩環(huán)(響應最快)、中間層速度環(huán)和最外層位置環(huán)組成(響應最慢)。其中λ*r是目標槳葉角度，λr是實際槳葉角度，ω*r是目標變槳速度，ωr是實際變槳速度，t*em是經(jīng)過速度環(huán)pi調(diào)節(jié)后的目標轉(zhuǎn)矩，t*e是輸出的最終目標轉(zhuǎn)矩，te是輸出的實際轉(zhuǎn)矩，i*d和i*q分別是輸出目標勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，id和iq分別是輸出實際勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，θr是變槳驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)角度。
假設(shè)在當前槳葉角度λr為0度，目標槳葉角度λ*r為80度，那么變槳驅(qū)動器會讓λr從0度調(diào)節(jié)至80度，到達80度時，λ*r-λr＝0，目標變槳速度ω*r＝0，理想情況下，變槳驅(qū)動器的速度ωr＝0。假設(shè)此時目標槳葉角度λ*r調(diào)節(jié)為40度，則變槳驅(qū)動器將反轉(zhuǎn)。在反轉(zhuǎn)初始階段，λ*r-λr的差值很大，導致輸出反向目標變槳速度ω*r很大，由于當前ωr＝0，那么經(jīng)過速度環(huán)pi調(diào)節(jié)后的反向目標轉(zhuǎn)矩t*em很大。但是因為大小齒輪嚙合時存在一定的齒輪間隙，在電機反轉(zhuǎn)開始的一小段時間內(nèi)，變槳驅(qū)動器的負載極小，如果此時t*e＝t*em，那么轉(zhuǎn)矩環(huán)會迅速輸出一個實際反向大轉(zhuǎn)矩te＝t*e，讓電機反方向轉(zhuǎn)速ωr在極短時間內(nèi)迅速提升，這使得變槳驅(qū)動器軸承齒輪在接觸到減速箱齒輪另一面的瞬間時，會產(chǎn)生巨大沖擊，長期的劇烈碰撞，必然導致軸承及齒輪的壽命減少甚至損壞。
假設(shè)ωr＞0時變槳驅(qū)動器為正轉(zhuǎn)(此時λr遞增，槳葉處于正向調(diào)節(jié)過程中)，ωr＜0時變槳驅(qū)動器為反轉(zhuǎn)(此時λr遞減，槳葉處于反向調(diào)節(jié)過程中)，ωr＝0時變槳驅(qū)動器停止(此時λr不變)。當λ*r＞λr時，說明變槳驅(qū)動器處于正向槳葉調(diào)節(jié)過程中，在這過程中如果發(fā)生λ*r＜λr，則說明槳葉將由正向調(diào)節(jié)切換到反向調(diào)節(jié)。當λ*r＜λr時，說明槳葉處于反向槳葉調(diào)節(jié)過程中，在這過程中如果發(fā)生λ*r＞λr，則說明槳葉將由反向調(diào)節(jié)切換到正向調(diào)節(jié)。從λ*r＞λr變化到λ*r＜λr，或者從λ*r＜λr變化到λ*r＞λr，對應有兩種情況發(fā)生：一是目標角度位置λ*r在槳葉角度調(diào)節(jié)過程中發(fā)生改變；二是目標角度位置λ*r在調(diào)節(jié)過程中未發(fā)生變化，但是由于慣性，導致實際槳葉位置λr過沖。槳葉角度調(diào)節(jié)過程中，如果發(fā)生上述兩種情況，則判斷實際變槳速度|ωr|≤δ條件是否滿足，如果滿足則變槳控制系統(tǒng)進入轉(zhuǎn)矩平滑控制模式，其中δ為設(shè)定的最小變槳速度值。
在進入轉(zhuǎn)矩平滑控制模式之前令t*e＝t*em，如果槳葉處于正向調(diào)節(jié)到反向變化的過程中，保存λ*r＜λr之前的t*em計算值到寄存器ttemp；如果槳葉處于反向調(diào)節(jié)到正向變化的過程中，保存λ*r＞λr之前的那一次t*em計算值到寄存器ttemp。進入轉(zhuǎn)矩平滑控制模式之后(滿足條件|ωr|≤δ)，先讓t*e＝ttemp，再重復執(zhí)行t*e＝t*e-ζ(槳葉正向調(diào)節(jié)到反向變化的過程中)或者t*e＝t*e+ζ(槳葉反向調(diào)節(jié)到正向變化的過程中)直到|ωr|＞δ，轉(zhuǎn)矩平滑控制模式結(jié)束，再令t*e＝t*em。
基于以上分析，提出風力發(fā)電系統(tǒng)變槳電機正反轉(zhuǎn)切換的轉(zhuǎn)矩平滑控制方法，其變槳驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制包含在槳葉調(diào)節(jié)的兩個運行過程中：槳葉從正向調(diào)節(jié)到反向調(diào)節(jié)的變化過程和槳葉從反向調(diào)節(jié)到正向調(diào)節(jié)的變化過程。
具體地，槳葉從正向調(diào)節(jié)到反向調(diào)節(jié)變化過程的變槳驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制包括以下順序步驟：
1)如果當前的目標槳葉角度小于當前實際槳葉角度，且上一時刻的目標槳葉角度大于上一時刻的實際槳葉角度時，將標志fu置為1，并將上一時刻由變槳驅(qū)動器速度環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出的目標轉(zhuǎn)矩值t*em暫存至寄存器ttemp；
2)在fu為1的條件下，如果當前實際變槳速度絕對值|ωr|小于或等于設(shè)定的最小變槳速度值δ，讓轉(zhuǎn)矩平滑控制模塊輸出的最終目標轉(zhuǎn)矩值t*e從ttemp值開始以固定的步進值ζ遞減，直到當前的實際變槳速度絕對值|ωr|大于設(shè)定的最小變槳速度值δ；
3)將fu置為0，并將當前變槳驅(qū)動器速度環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出的目標轉(zhuǎn)矩t*em賦值給轉(zhuǎn)矩平滑控制模塊輸出的最終目標轉(zhuǎn)矩值t*e，完成槳葉正向到反向變化過程變槳驅(qū)動器的輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制。
具體實施過程如下：
令k-1和k分別表示上一時刻和當前時刻各參數(shù)變量所對應的值，fu為槳葉正向調(diào)節(jié)到反向變化標志，ζ為轉(zhuǎn)矩平滑調(diào)節(jié)步進值。
①令t*e＝t*em；
②當λ*r(k-1)＞λr(k-1)且λ*r(k)＜λr(k)時，令fu＝1，同時令ttemp＝t*em(k-1)，進入第③步；
③在fu＝1的條件下，如果|ωr(k)|≤δ，令t*e(k)＝ttemp，進入④；
④在|ωr(k)|≤δ的條件下，重復執(zhí)行t*e(k)＝t*e(k)-ζ，直到|ωr(k)|＞δ，進入⑤；
⑤如果|ωr(k)|＞δ，則令fu＝0，同時t*e(k)＝t*em(k)，轉(zhuǎn)矩平滑控制結(jié)束。
具體地，槳葉從反向調(diào)節(jié)到正向調(diào)節(jié)變化過程的變槳驅(qū)動器輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制包括以下順序步驟：
1)如果當前的目標槳葉角度大于當前實際槳葉角度，且上一時刻的目標槳葉角度小于上一時刻的實際槳葉角度時，將標志fd置為1，并將上一時刻由變槳驅(qū)動器速度環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出的目標轉(zhuǎn)矩值t*em暫存至寄存器ttemp；
2)在fd為1的條件下，如果當前實際變槳速度絕對值|ωr|小于或等于設(shè)定的最小變槳速度值δ，讓轉(zhuǎn)矩平滑控制模塊輸出的最終目標轉(zhuǎn)矩值t*e從ttemp值開始以固定的步進值ζ遞增，直到當前的實際變槳速度絕對值|ωr|大于設(shè)定的最小變槳速度值δ；
3)將fd置為0，并將當前變槳驅(qū)動器速度環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出的目標轉(zhuǎn)矩t*em賦值給轉(zhuǎn)矩平滑控制模塊輸出的最終目標轉(zhuǎn)矩值t*e，完成槳葉正向到反向變化過程變槳驅(qū)動器的輸出轉(zhuǎn)矩平滑控制。
具體實施過程如下：
令k-1和k分別表示上一時刻和當前時刻各參數(shù)變量所對應的值，fd為槳葉反向調(diào)節(jié)到正向變化標志，ζ為轉(zhuǎn)矩平滑調(diào)節(jié)步進值。
①令t*e＝t*em；
②當λ*r(k-1)＜λr(k-1)且λ*r(k)＞λr(k)時，令fd＝1，同時令ttemp＝t*em(k-1)，進入第③步；
③在fd＝1的條件下，如果|ωr(k)|≤δ，令t*e(k)＝ttemp，進入④；
④在|ωr(k)|≤δ的條件下，重復執(zhí)行t*e(k)＝t*e(k)+ζ，直到|ωr(k)|＞δ，進入⑤；
⑤如果|ωr(k)|＞δ，則令fd＝0，同時t*e(k)＝t*em(k)，轉(zhuǎn)矩平滑控制結(jié)束。
以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但本發(fā)明不限于所描述的實施方式。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。