专利名称：一种大型风电机组独立变桨控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种大型风电机组独立变桨控制方法及
装置
背景技术：
目前，大型风电机组一般都采用独立驱动的协同变桨控制技术。独立驱动的协同变桨控制技术是通过协同变桨控制，当风机停机时，提供气动刹车。当低于额定风速时，控制各个桨叶时钟处于最佳节距角附近，以实现最大能量捕获。当高于额定风速时，通过对桨距角调节，使发电机输出功率保持稳定。采用这种协同控制变桨技术，三叶片的变桨驱动系统得到的是相同位置信号，因此，三叶片的节距角变化也是相同的。但是，在风机实际运行中，因为风剪切、风湍流、塔影效应、偏航偏差等因素的存在，会造成风轮扫风面内的风速分布不均勻，以至于引起叶轮所受载荷不均衡，且风轮直径越大，整个风轮扫风面受力的不均衡度就越强，叶轮上不均衡载荷也就越明显。叶轮上的不均衡载荷会给变桨轴承、轮毂、主轴、偏航轴承、塔架等风机关键部件造成很大疲劳载荷。而采用的协同变桨控制技术不能减小叶轮上的不均衡载荷。根据理论分析，如果能根据风机受载情况，对每个桨叶进行独立变桨控制，则可以减小叶轮上的不均衡载荷。目前，实现风电机组独立变桨控制常见的有下面两种方法(1)第一种方法是仅通过测量风轮方位角，各桨叶的桨距角根据风轮方位角函数关系进行调整，实现各桨叶独立变桨控制。该方法对于减小一些特定影响因素(如风剪切、塔影效应、风轮倾斜)所造成叶轮上的不均衡载荷是有效的，但实际风场中，湍流导致的随机变化占主导地位，所以通过这种途径难以实现理想效果，特别是对于大型叶片来说，适当的节距角随叶片位置的变化会有所不同，所以较优控制效果很难达到。(2)第二种方法是通过测量三个桨叶根部载荷和风轮方位角，实现独立变桨控制。 该方法可以有效的减小风轮不均衡载荷。但存在以下几方面缺点a)为了保证载荷测量的可靠性，测量桨叶根部载荷一般都采用价格昂贵的光纤应变传感器，而三片桨叶根部一共需要安装二十四个光纤应变传感器(其中十二个是作为温度补偿片)，因此需要增加较多硬件成本；b)光纤信号采集装置一般安装在轮毂内，而桨叶在机组运行时，需要进行变桨动作，这就给光缆布线(从传感器到光纤信号采集装置的信号传输光缆)造成很大难度，同时也会降低载荷测量的可靠性；c) 由于光纤应变传感器信号采用串行方式进行传输，因此，二十四个光纤应变传感器的信号采集与传输需要较长的时间，这会导致采集到的载荷信号有较大滞后性，而独立变桨控制对实时性要求很高，载荷信号滞后是很不利的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大型风电机组独立变桨控制方法及装置，能够有效减小风轮的不均衡载荷，同时成本低、可靠性高t 本发明提供一种大型风电机组独立变桨控制方法，包括以下步骤 获得表示主轴载荷的轮毂旋转坐标系上的主轴弯矩My、Mz ； 测量风轮方位角炉； 由所述My、Mz和口获得轮毂固定坐标系上的水平轴弯矩M' y和垂直轴弯矩M' z； 由M'z获得d轴的期望桨距角^和(1轴上的期望桨距角 由β <!和β ,经过Park逆变换得到三个桨叶的桨距角补偿值β ‘ ρ β ‘ 2、β ‘ 3； 由风电机组中的发电机的转速获得期望桨距角； 由所述β1 ‘ β 2‘ β3 ‘ 补偿所述期望桨距角获得三个桨叶补偿后的期望桨距角； 由所述补偿后的期望桨距角分别独立控制各个桨叶的变桨动作。 优选地，由所述My、Mz和P获得轮毂固定坐标系上的水平轴弯矩M' ；具体可以通过如下公式实现和垂直轴弯矩M'具体可以通过如下公式实现
权利要求
1.一种大型风电机组独立变桨控制方法，其特征在于，包括以下步骤 获得表示主轴载荷的轮毂旋转坐标系上的主轴弯矩&、Mz ；测量风轮方位角φ·, 由所述My、Mz和炉获得轮毂固定坐标系上的水平轴弯矩M' y和垂直轴弯矩M' z； 由M'z获得d轴的期望桨距角^和(1轴上的期望桨距角由β d和β ,经过Park逆变换得到三个桨叶的桨距角补偿值β' β ‘ 2> β ‘ 3； 由风电机组中的发电机的转速获得期望桨距角；由所述β'2>β ‘ 3补偿所述期望桨距角获得三个桨叶补偿后的期望桨距角；由所述补偿后的期望桨距角分别独立控制各个桨叶的变桨动作。
2.根据权利要求1所述的大型风电机组独立变桨控制方法，其特征在于，由所述My、Mz 和炉获得轮毂固定坐标系上的水平轴弯矩M' y和垂直轴弯矩M' z;具体可以通过如下公式实现
3.根据权利要求1所述的大型风电机组独立变桨控制方法，其特征在于，由β, 经过Park逆变换得到三个桨叶的桨距角补偿值β ‘ ρβ' 2、β' 3，具体可以通过如下公式实现
4.根据权利要求1所述的大型风电机组独立变桨控制方法，其特征在于，通过安装于主轴前端的八个光纤应变传感器来获得My和Mz ；四个光纤应变传感器作为温度补偿片；另外四个光纤应变传感器用来测量主轴载荷的主轴弯矩My、Mz ；两个分别安装于主轴前端截面水平方向的两端处的光纤应变传感器测量 My弯矩，两个分别安装于主轴前端竖直方向的两端处的光纤应变传感器测量Mz弯矩。
5.根据权利要求1所述的大型风电机组独立变桨控制方法，其特征在于，由M',和 M' z获得d轴和q轴上的期望桨距角，之前还包括将所述M'z分别进行低通滤波和带阻滤波。
6.根据权利要求1所述的大型风电机组独立变桨控制方法，其特征在于，由M',和 M' z获得d轴的期望桨距角Pt^Pq轴上的期望桨距角β ,，具体可以采用PID控制、LQG 控制、模糊控制、最优控制或自适应控制。
7.一种大型风电机组独立变桨控制装置，其特征在于，包括安装于主轴前端的光纤应变传感器，用于测量表示主轴载荷的轮毂旋转坐标系上的主轴弯矩My、Mz ；安装于风电机组低速轴上的绝对值编码器，用于测量风轮方位角φ.,坐标变换器，用于由所述My、Mz* P获得轮毂固定坐标系上的水平轴弯矩M' y和垂直轴弯矩M' z ；独立变桨控制器，用于由M',和『z获得d轴的期望桨距角轴上的期望桨距角β ,；由β <!和β ,经过Park逆变换得到三个桨叶的桨距角补偿值β ‘2、β' 3；安装于发电机上的增量式编码器，用于测量发电机的转速； 转速变桨控制环，用于由所述发电机的转速获得期望桨距角； 桨距角耦合器，用于由所述β ‘2>β ‘ 3补偿所述期望桨距角获得三个桨叶补偿后的期望桨距角；变桨控制系统，用于由所述补偿后的期望桨距角分别独立控制各个桨叶的变桨动作。
8.根据权利要求7所述的大型风电机组独立变桨控制装置，其特征在于，所述坐标变换器用于由所述化2和炉获得轮毂固定坐标系上的水平轴弯矩M' y和垂直轴弯矩M' z； 具体可以通过如下公式实现
9.根据权利要求7所述的大型风电机组独立变桨控制装置，其特征在于，独立变桨控制器，用于由β <!和β ,经过Park逆变换得到三个桨叶的桨距角补偿值β ‘ ρβ' 2、β' 3；具体可以通过如下公式实现
10.根据权利要求7所述的大型风电机组独立变桨控制装置，其特征在于，所述安装于主轴前端的光纤应变传感器为八个，四个光纤应变传感器作为温度补偿片；另外四个光纤应变传感器用来测量主轴载荷的主轴弯矩My、Mz ；测量M/弯矩的两个光纤应变传感器分别安装于主轴前端截面水平方向的两端处，测量Mz弯矩的两个光纤应变传感器分别安装于主轴前端竖直方向的两端处。
11.根据权利要求7所述的大型风电机组独立变桨控制装置，其特征在于，还包括连接于所述坐标变换器和独立变桨控制器之间的低通滤波器和带阻滤波器；所述低通滤波器和带阻滤波器将M',和『2分别进行低通滤波和带阻滤波后发送给独立变桨控制器。
12.根据权利要求7所述的大型风电机组独立变桨控制装置，其特征在于，还包括光纤信号采集装置和滑环；安装于轮毂内的光纤信号采集装置采集光纤应变传感器测量的主轴弯矩My、Mz，并通过滑环将所述Mv、Mz传递给坐标变换器。
全文摘要
本发明提供的大型风电机组独立变桨控制方法及装置，是通过测量风机主轴载荷和风轮方位角来获得轮毂固定坐标系上的水平轴弯矩和垂直轴弯矩，实现风电机组独立变桨控制。本发明测量主轴载荷只需要在主轴上安装光纤应变传感器即可，可以减少光纤应变传感器的数量。而且主轴相对于轮毂没有运动，因此测量和信号传输均相对比较简单，也有利于提高载荷信号的可靠性。因此，本发明提供的方法和装置应用的传感器少可以降低成本，并且主轴固定需要的测量方案简单容易实现，由于没有长时间的延迟，因此测量结果比较准确，可靠性高，控制效果更理想。
文档编号F03D7/02GK102182633SQ201110150949
公开日2011年9月14日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者应有, 许国东 申请人:浙江运达风电股份有限公司