大型风电机组塔架虚拟阻尼控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及风力发电控制技术，尤其是一种大型风电机组塔架虚拟阻尼控制 装置。
【背景技术】
[0002] 目前，风电机组单机容量和风轮直径越来越大，而相应塔架高度也越来越高，部分 机组已采用高度超过120m的塔架。为了降低塔架成本，同时考虑避免机组发生共振，大型 风电机组通常采用柔性塔架，即在整个风电机组运行转速范围内，塔架一阶模态频率满足 在1倍转频（1P)和3倍转频（3P)之间，根据GL 2010标准要求，塔架频率匕要求满足： 1. 05P < 2. 95P。而塔架高度增加，使塔架变得越来越柔（即刚度和频率下降）。
[0003] 通常柔性塔架的一阶模态阻尼都较小，因此在风电机组运行时，机舱和塔架都会 较严重振动，并给塔架造成较大载荷，进而会降低机组可靠性和寿命。而塔架越柔，机舱的 塔架振动也会严重，造成的塔架载荷也会越来越大。
[0004] 可以通过虚拟阻尼控制方法，增加塔架左右方向或前后方向一阶模态阻尼，以减 小塔架振动，降低塔架的载荷，提高机组可靠性和寿命，降低塔架重量，提高经济性。目前常 见的2种方法：（1)第一种方法，通过测量塔架顶部前后方向加速度，经过积分、带通滤波器 和限幅环节，得到塔架前后方向加阻控制所需的期望桨距角，再与变桨控制环期望桨距角 相加，得到总期望桨距角输出，输给变桨系统，有变桨系统驱动桨叶动作，实现塔架前后一 阶模态加阻控制。该种控制方法，三个桨叶是同步动作（得到相同桨距角执行指令），控制 效果较差，对变桨要求较高，且会显著增加变桨轴承和减速机磨损。（2)第二种方法，通过测 量塔架顶部左右方向加速度，经过积分、带通滤波器和限幅环节，得到塔架左右方向加阻控 制所需的期望发电机转矩，再与转矩控制环输出期望发电机转矩相加，得到总期望发电机 转矩输出，输给变流器，由变流器调节发电机电池力矩，可以实现塔架前后一阶模态加阻控 制。该种控制方法，滤波器设计困难，实际控制效果较差。
【发明内容】
[0005] 为了克服已有风电机组塔架虚拟阻尼控制方法的对变桨要求较高、变桨轴承和减 速机磨损较大、控制效果较差的不足，本实用新型提供一种降低对变桨的要求、变桨轴承和 减速机磨损较小、控制效果良好的大型风电机组塔架虚拟阻尼控制装置。
[0006] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] -种大型风电机组塔架虚拟阻尼控制装置，包括振动传感器、积分器、滤波器、控 制器、绝对值编码器和Park坐标逆变换器，所述振动传感器安装塔架顶部用于测量塔顶左 右运动方向加速度，所述振动传感器与所述积分器连接，所述积分器与所述滤波器连接，所 述滤波器与所述控制器连接，所述控制器与所述Park坐标逆变换器连接；所述绝对值编码 器安装在风电机组低速轴上用于测量风轮方位角，所述绝对值编码器与所述Park坐标逆 变换器连接。
[0008] 进一步，所述滤波器包括带动滤波器和带阻滤波器。
[0009] 本实用新型的有益效果主要表现在：1、降低对变桨的要求、变桨轴承和减速机磨 损较小、控制效果良好；2、控制器设计简单，实用强；3、具有良好的经济性、可靠性和工程 实用性。
【附图说明】
[0010] 图1为本实用新型中大型风电机组塔架虚拟阻尼控制系统的控制框图。
[0011] 图2为本实用新型中大型风电机组塔架虚拟阻尼控制方法的工作原理框图。
[0012] 其中为风轮方位角，a塔架顶部左右方向加速度，v架顶部左右方向速度，Wl， ω2为带通滤波器频率，ξ ρ ξ2为带通滤波器阻尼比，ω 3, ω4为带阻滤波器频率，ξ 3, |4为 带阻滤波器阻尼比，心为控制器增益，β ,为固定坐标系的期望桨距角，β ' ρ β ' 2、β ' 3 分别为三桨叶期望的桨距角补偿值。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0014] 参照图1和图2,一种大型风电机组塔架虚拟阻尼控制装置，包括振动传感器、积 分器、滤波器、控制器、绝对值编码器和Park坐标逆变换器，所述振动传感器安装塔架顶部 于测量塔顶左右运动方向加速度，所述振动传感器与所述积分器连接，所述积分器与所述 滤波器连接，所述滤波器与所述控制器连接，所述控制器与所述Park坐标逆变换器连接； 所述绝对值编码器安装在风电机组低速轴上用于测量风轮方位角，所述绝对值编码器与所 述Park坐标逆变换器连接。
[0015] 进一步，所述滤波器包括带动滤波器和带阻滤波器。
[0016] 如图1所示，本实用新型的具体实现包括两个控制器，一个是转速变桨控制器4， 用于实现风电机组转速控制（或实现功率控制），另一个是塔架虚拟阻尼控制器14,用于增 加塔架左右方向的一阶模态阻尼，以减小塔架振动，降低塔架的载荷。
[0017] 转速变桨控制器4的实现过程：安装在发电机上的增量式编码器1实时测量出发 电机转速，经过滤波器2的低通滤波和带阻滤波后传输给变桨PI控制器3,变桨PI控制器 3根据滤波器后的发电机转速，实时得到桨叶期望桨距角，该期望桨距角就是三桨叶输出桨 距角的相同部分。
[0018] 塔架虚拟阻尼控制器14实现过程：安装塔架顶部振动传感器9测得塔顶左右运动 方向加速度a，在通过积分器10得到塔顶左右运动方向速度v，经过滤波器11滤波，滤波 后的塔顶左右运动方向速度传输给控制器12,控制器12输出固定坐标轴上的期望桨距角， 而安装风电机组低速轴上的绝对值编码器8测得风轮方位角；固定坐标轴上的期望桨距角 经过Park坐标逆变换器13得到各桨叶的期望桨距角补偿值。
[0019] 将转速变桨控制器4得到期望桨距角和独立变桨控制器14得到各桨叶的期望桨 距角补偿值传递给桨距角耦合器7,桨距角耦合器7分别求出各桨叶的期望桨距角，并传给 变桨系统6,由变桨系统6控制风电机组5的各桨叶变桨动作。本实用新型即可以实现原有 变桨控制功能（实现风电机组转速或者功率控制），同时又能增加塔架左右方向的一阶模 态阻尼，以减小塔架振动，降低塔架的载荷，提高机组的可靠性和寿命。
[0020] 如图2所示，塔架虚拟阻尼控制工作原理，其实现包括如下步骤：
[0021] 1)安装塔架顶部振动传感器测得塔顶左右运动方向加速度a ;
[0022] 2)安装在风电机组低速轴绝对值编码器测得风轮方位角f ;
[0023] 3)根据塔顶左右运动方向加速度a进过积分得到塔顶左右运动方向速度v ;
[0024] 4)对塔顶左右运动方向速度v进行带通滤波器
[0025] 5)滤波后的塔顶左右运动方向速度v，经P控制器输出固定坐标轴上的期望桨距 角
[0026] 6)输出固定坐标轴上的期望桨距角i3d，经过Park逆变换得到桨叶的期望桨距角 补偿值（β，i，β， 2, β，3)。
[0027] 根据Park逆变换得到各桨叶的桨距角补偿值分别对风电机组转速变桨控制器输 出的期望桨距角进行补偿，并通过变桨系统控制桨叶动作，实现塔架虚拟阻尼控制。
[0028] 所述步骤6)中的Park逆变换公式为：
[0030] 所述步骤5)中的P控制器可采用PI控制、LQG控制、模糊控制、最优控制、自适应 等控制算法。
【主权项】
1. 一种大型风电机组塔架虚拟阻尼控制装置，其特征在于：包括振动传感器、积分器、 滤波器、控制器、绝对值编码器和Park坐标逆变换器，所述振动传感器安装塔架顶部用于 测量塔顶左右运动方向加速度，所述振动传感器与所述积分器连接，所述积分器与所述滤 波器连接，所述滤波器与所述控制器连接，所述控制器与所述Park坐标逆变换器连接；所 述绝对值编码器安装在风电机组低速轴上用于测量风轮方位角，所述绝对值编码器与所述 Park坐标逆变换器连接。2. 如权利要求1所述的大型风电机组塔架虚拟阻尼控制装置，其特征在于：所述滤波 器包括带动滤波器和带阻滤波器。
【专利摘要】一种大型风电机组塔架虚拟阻尼控制装置，包括振动传感器、积分器、滤波器、控制器、绝对值编码器和Park坐标逆变换器，所述振动传感器安装塔架顶部用于测量塔顶左右运动方向加速度，所述振动传感器与所述积分器连接，所述积分器与所述滤波器连接，所述滤波器与所述控制器连接，所述控制器与所述Park坐标逆变换器连接；所述绝对值编码器安装在风电机组低速轴上用于测量风轮方位角，所述绝对值编码器与所述Park坐标逆变换器连接。本实用新型降低对变桨的要求、变桨轴承和减速机磨损较小、控制效果良好。
【IPC分类】F03D7/02
【公开号】CN205190116
【申请号】CN201520782830
【发明人】应有, 叶杭冶, 孙勇, 许国东
【申请人】浙江运达风电股份有限公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年10月10日