专利名称：大型风力发电机组变桨距控制方法
技术领域：
本发明涉及大型风力发电机组的变桨距控制方法，尤其涉及一种以基 本目的为控制主轴转速大型风力发电机组的变桨距控制方法。
背景技术：
失速型风力发电机组和变桨距风力发电机组是大型风力发电机组的 两种主要类型。采用失速功率调节方式机组的叶片在发电时不能转动，转 速调节通过失速型叶片自身的失速特性实现。这种方式有结构简单、故障 概率低的优点，其缺点主要是风力发电机组的性能受到叶片失速性能的限 制，在风速超过额定值时发电功率反而有所下降。另一个缺点是叶片形状 和结构复杂、重量大，使风轮转动惯量大。
采用变桨距功率调节技术可以有效地克服上述缺点，发电机组的叶片 相对于风向有不同的功角，当风速持续变化时，叶片的功角始终保持在最 佳角度，从而使风力发电机组有可能在不同风速下始终保持其风轮的最佳 转换效率，使输出功率最大。
变桨距风力发电机的额定风速较低，在风速超过其额定风速时发电机 组的出力也不会下降，始终保持在一个接近理想化的水平，提高了发电效 率。发电性能曲线相对定桨距风力发电机组有较大改进。同时，变桨距风 力发电机的叶片较薄，结构简单、重量小，使得发电机转动惯量小，易于 制造大型发电机组。因此，变桨距风力发电机组是今后大型风力发电机组 的发展趋势，这也使它的控制方法成为当今研究的热门方向。
4现今变桨距的控制方法普遍采用"比例积分"的控制，这种方法虽然 简单实用，但存在控制精度提高困难、复杂情况效果明显下降和工作过于 频繁不利于机械部件寿命等难以逾越的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种控制精度高，适用复杂情况的 大型风力发电机组变桨距控制方法。
本发明所述的大型风力发电机组变桨距控制方法，包括以下歩骤，
1. 根据制造商预先设定好的"风速-功率-转速"模型得到当前主轴承
的转速期望值
2. 通过风电机组电力变流器或机组主轴承上的转速计，得到当前主轴 承的转速实际值
3. 当前期望主轴转速("鹏)减去实际转速( 际)得到转速误差();
4. 模糊控制器综合转速差(A")及其变化趋势，计算出相应的桨距
角参考值(~*);
5. 通过模拟量接口或现场总线将桨距角参考值传送给风力发 电机组；
6. 风力发电机组根据桨距角参考值(&,),对变桨距执行机构实现 对桨距角的控制，变化了的桨距角叶片的气动外形改变，从而使叶片受力
发生变化，使机组主轴转速跟踪期望值(ww望)。
上述步骤4的具体方法是，模糊控制器首先使用Mamdani方法或 Takagi-Sugeno方法，将转速差(A")及其变化趋势模糊化，然后根据从 属度函数和模糊规则经由模糊推理机进行计算，最后将其清晰化，变为数
字化的桨距角参考值
所述模糊化的方法为单点模糊集合法或几何形模糊集合法。所述清晰化的方法为最大隶属度法、中位数法或重心法。
通过上述步骤1-6，本发明所述的大型风力发电机组变桨距控制方法 完成一个循环。整个过程周而复始，循环运行以不低于5秒的速度运行，
以使风电机组主轴实际转速( 际)与期望转速("期望)保持一致。
鉴于模糊控制的复杂性和风力发电机组使用环境的要求，本控制方法
采用高性能可编程控制器作为载体，通过变流器或转速计来获得主轴实际
转速(w )，并通过模拟量接口或现场总线将桨距角参考值(",)传输 至变桨距执行机构。
相对于现今变桨距系统普遍采用的"比例积分"的控制方法，本发 明有以下优点
1. 总体精度明显提高，有助于增加风力发电机组的年总发电量
2. 对复杂、极端情况的适应性较强
3. 动作有效性大大提高，最大程度延长执行机构的机械寿命
4. 改装难度小，成本低
图1大型风力发电机组的变桨距控制方法的流程图
具体实施例方式
如图所示，本发明所述的大型风力发电机组变桨距控制方法，包括以 下步骤，
1. 根据制造商预先设定好的"风速-功率-转速"模型得到当前主轴承 的转速期望值
2. 通过风电机组电力变流器或机组主轴承上的转速计，得到当前主轴
承的转速实际值
3. 当前期望主轴转速("《望)减去实际转速()得到转速误差4. 模糊控制器综合转速差(A")及其变化趋势，计算出相应的桨距 角参考值("参考)；
具体方法是，模糊控制器首先使用Mamdani方法或Takagi-Sugeno方
法，采用单点模糊集合法或几何形模糊集合法将转速差(A")及其变化趋 势模糊化，然后根据从属度函数和模糊规则经由模糊推理机进行计算，最 后采用最大隶属度法、中位数法或重心法将其清晰化，变为数字化的桨距 角参考值
5. 通过模拟量接口或现场总线将桨距角参考值传送给风力发 电机组；
6. 风力发电机组根据桨距角参考值对变桨距执行机构实现 对桨距角的控制，变化了的桨距角叶片的气动外形改变，从而使叶片受力
发生变化，使机组主轴转速跟踪期望值("期望)。
通过上述步骤1-6，本发明所述的大型风力发电机组变桨距控制方法 完成一个循环。整个过程周而复始，循环运行以不低于5秒的速度运行，
以使风电机组主轴实际转速(^际)与期望转速("M)保持一致。
本发明所述的大型风力发电机组变桨距控制方法，总体精度明显提高， 有助于增加风力发电机组的年总发电量；对复杂、极端情况的适应性较强; 动作有效性大大提高，最大程度延长执行机构的机械寿命；改装难度小， 成本低。
权利要求
1. 大型风力发电机组的变桨距控制方法，其特征是，包括以下步骤，(1). 根据制造商预先设定好的“风速-功率-转速”模型得到当前主轴承的转速期望值ω期望；(2). 通过风电机组电力变流器或机组主轴承上的转速计，得到当前主轴承的转速实际值ω实际；(3). 当前期望主轴转速ω期望减去实际转速ω实际得到转速误差Δω；(4). 模糊控制器综合转速差Δω及其变化趋势，计算出相应的桨距角参考值β参考；(5). 通过模拟量接口或现场总线将桨距角参考值β参考传送给风力发电机组；(6). 风力发电机组根据桨距角参考值β参考，对变桨距执行机构实现对桨距角的控制，变化了的桨距角叶片的气动外形改变，从而使叶片受力发生变化，使机组主轴转速跟踪期望值ω期望。
2、 根据权利要求1所述的大型风力发电机组的变桨距控制方法，其 特征在于，步骤4的具体方法是，模糊控制器首先使用Mamdani方法或 Takagi-Sugeno方法，将转速差A"及其变化趋势模糊化，然后根据从属度 函数和模糊规则经由模糊推理机进行计算，最后将其清晰化，变为数字化的桨距角参考值&考。
3、 根据权利要求2所述的大型风力发电机组的变桨距控制方法，其特征在于，所述模糊化的方法为单点模糊集合法或几何形模糊集合法。
4、根据权利要求2所述的大型风力发电机组的变桨距控制方法，其 特征在于，所述清晰化的方法为最大隶属度法、中位数法或重心法。
全文摘要
本发明提供一种大型风力发电机组变桨距控制方法，当前主轴承的转速期望值ω<sub>期望</sub>减去当前主轴承的实际转速ω<sub>实际</sub>得到转速误差Δω；模糊控制器综合转速差Δω及其变化趋势，计算出相应的桨距角参考值β<sub>参考</sub>；将桨距角参考值β<sub>参考</sub>传送给风力发电机组；风力发电机组对变桨距执行机构实现对桨距角的控制，变化了的桨距角叶片的气动外形改变，从而使叶片受力发生变化，使机组主轴转速跟踪期望值ω<sub>期望</sub>。本发明所述的方法，总体精度明显提高，有助于增加风力发电机组的年总发电量，对复杂、极端情况的适应性较强，动作有效性大大提高，最大程度延长执行机构的机械寿命，改装难度小，成本低。
文档编号F03D7/04GK101498283SQ20081005740
公开日2009年8月5日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者展 刘, 刘远远, 王子洋, 勇 秦, 贾利民, 涛 雷 申请人:北京能高自动化技术有限公司