一种风力发电机组的推力消减控制算法制造技术

本发明专利技术公开了一种风力发电机组的推力消减控制算法，首先，通过传感器实时测量风力发电机组的机舱加速度，然后根据测量得到的机舱加速度通过查表法得到相应的最小桨距角，接着将此最小桨距角值输入到风力发电机组的变桨控制器，与变桨控制器设定的最小桨距角值作比较，取其中最大值为控制器的新的最小桨距角限定值，也就是通过实时更改控制器最小桨距角限定值的方式来改变机组所受推力，从而实现风力发电机组基于机舱加速度的载荷优化控制。本发明专利技术的控制算法可以有效降低机组的风轮推力，从而降低叶片、轮毂和塔架载荷，综合提高风机的性能，因此，本发明专利技术的控制算法具有十分广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电机组载荷控制的
，尤其是指一种风力发电机组的推力消减控制算法。
技术介绍
随着风力发电技术的发展以及市场的需求，风力发电机组容量越来越大，叶片越来越长，而风机常常运行在相对较为恶劣的外部环境中，这就造成机组载荷越来越大，对机组的运行构成很大的安全隐患，给业主的经济效益带来负面影响。针对机组载荷过大问题，目前出现了很多解决方案，其中常见的有以下两种方案：一、加强机组部件来提高机组安全性能；二、优化控制策略优化，进行机组降载控制。通过加强机组部件来提高机组安全性能，即增加机组部件的尺寸或者换用性能更好的材料，这势必会增加机组重量和成本，从而造成风力发电机组度电成本的增加，降低了竞争力。所以方案二是目前该领域常用方法和研究热点。目前采用的降载控制策略有Fine pitch schedule、Dynamic Fine pitch schedule、Dynamic thrust limiting等，分别以机组气隙功率、桨距角和发电机转速加速度作为控制器的输入量，通过查表方式计算得到对应的最小桨距角设定值，即通过增加最小桨距角来减小风电机组的推力，从而减小塔基、叶片根部的极端和疲劳载荷。在风力机的常规运行区域内，当叶尖速比一定的情况下，推力系数Ct会随着桨叶桨距角β的增大而逐渐减小，以上方法都是基于此原理，通过调节桨距角设定值大小来减小机组所受推力的方式，从而减小机组载荷，但是仍然存在不足之处，其中Fine pitch schedule策略存在损失发电量较大的问题，Dynamic Fine pitch schedule策略只在额定风速以上起作用，Dynamic thrust limiting策略只针对某些极限工况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种风力发电机组的推力消减控制算法，通过该算法能够减小风轮推力，实现载荷的优化控制，降低风机设计成本。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种风力发电机组的推力消减控制算法，首先，通过传感器实时测量风力发电机组的机舱加速度，然后根据测量得到的机舱加速度通过查表法得到相应的最小桨距角，接着将此最小桨距角值输入到风力发电机组的变桨控制器，与变桨控制器设定的最小桨距角值作比较，取其中最大值为控制器的新的最小桨距角限定值，也就是通过实时更改控制器最小桨距角限定值的方式来改变机组所受推力，从而实现风力发电机组基于机舱加速度的载荷优化控制；其包括以下步骤：1)测量机舱加速度风力发电机组的机舱机座上安装有加速度传感器，该加速度传感器利用其自身的工作原理将机械振动量转化为电量，然后对电量进行测量、转换，使其成为加速度信号输出给机组控制器；2)查表计算最小桨距角根据风力发电机组的运行数据，建立机舱加速度—最小桨距角查询表；然后根据测量的机舱加速度信号，通过设置好的查询表计算得到相应的最小桨距角；最后将查表得到的最小桨距角输入到变桨控制器；3)变桨控制器获取最小桨距角限定值变桨控制器将基于机舱加速度的最小桨距角与控制器原始设定的最小桨距角值作比较，取其中最大值作为变桨控制器新的最小桨距角限定值输出给变桨执行器，也就是通过实时更改控制器最小桨距角限定值的方式来改变机组所受推力；4)变桨执行器调节叶片桨距角风力发电机组的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱加速度的载荷优化控制。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、通过在1.5MW风力发电机组上的仿真效果可知，本专利技术算法较常规的风机控制算方法在疲劳载荷上能降低5％-12％，在极限载荷上能降低4％-10％。2、在风力发电机组的正常发电工作区间，只要机舱加速度超过限定值，本专利技术算法就会起作用，优化风机载荷，工作范围较传统的推力降载控制算法宽。3、本专利技术算法无需增加机组设备，只需在控制算法中增加相应的功能模块，就能实现降载控制，从而节省成本，提高机组竞争力。4、本专利技术算法有很强的理论依据，易于被相关技术人员接受，对后续控制优化改进和设备维护奠定基础。附图说明图1为本专利技术所述控制算法的控制原理图。图2为本专利技术所述控制算法的流程框图。图3为某一极限工况旋转轮毂坐标系下的合弯矩仿真效果对比图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本实施例所述的风力发电机组的推力消减控制算法，主要针对目前风力发电机组载荷过大的问题，在常规控制策略的基础上，增加了基于风力发电机组机舱加速度的降载控制策略的模块，具体是：首先，通过传感器实时测量风力发电机组的机舱加速度，然后根据测量得到的机舱加速度通过查表法得到相应的最小桨距角，接着将此最小桨距角值输入到风力发电机组的变桨控制器，与变桨控制器设定的最小桨距角值作比较，取其中最大值为控制器的新的最小桨距角限定值，也就是通过实时更改控制器最小桨距角限定值的方式来改变机组所受推力，从而实现风力发电机组基于机舱加速度的载荷优化控制。如图2所示，本实施例上述的推力消减控制算法，具体包括以下步骤：1)测量机舱加速度风力发电机组的机舱机座上安装有加速度传感器，该加速度传感器利用其自身的工作原理(如压电效应、磁电感应等)将机械振动量转化为电量，然后对电量进行测量、转换，使其成为加速度信号输出给机组控制器。2)查表计算最小桨距角根据风力发电机组的运行数据，建立机舱加速度—最小桨距角查询表；然后根据测量的机舱加速度信号，通过设置好的查询表计算得到相应的最小桨距角；最后将查表得到的最小桨距角输入到变桨控制器。3)变桨控制器获取最小桨距角限定值变桨控制器将基于机舱加速度的最小桨距角与控制器原始设定的最小桨距角值作比较，取其中最大值作为变桨控制器新的最小桨距角限定值输出给变桨执行器，也就是通过实时更改控制器最小桨距角限定值的方式来改变机组所受推力。4)变桨执行器调节叶片桨距角风力发电机组的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱加速度的载荷优化控制。本专利技术的控制算法是基于风电机组机舱加速度的反馈控制，相比于传统的推力降载控制策略，具有降载效果明显、发电量损失小、工作范围宽、可靠性高、成本低等优点，具体如下：一、通过在1.5MW风力发电机组上的仿真效果可知，本专利技术的控制算法较常规的风机控制算方法在疲劳载荷上能降低5％-12％，在极限载荷上能降低4％-10％，图3为某一极限工况旋转轮毂坐标系下的合弯矩仿真效果对比图。二、在风力发电机组的正常发电工作区间，只要机舱加速度超过限定值，本专利技术的控制算法就会起作用，优化风机载荷，工作范围较传统的推力降载控制算法宽。三、本专利技术的控制算法无需增加机组设备，只需在控制算法中增加相应的功能模块，就能实现降载控制，从而节省成本，提高机组竞争力。四、本专利技术的控制算法有很强的理论依据，易于被相关技术人员接受，对后续控制优化改进和设备维护奠定基础。综上所述，本专利技术的控制算法可以有效降低机组的风轮推力，从而降低叶片、轮毂和塔架载荷，综合提高风机的性能，因此，本专利技术的控制算法具有十分广泛的应用前景，值得推广。以上所述之实施例子只为本专利技术之较佳实施例，并非以此限制本专利技术的实施范围，故凡依本专利技术之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组的推力消减控制算法，其特征在于：首先，通过传感器实时测量风力发电机组的机舱加速度，然后根据测量得到的机舱加速度通过查表法得到相应的最小桨距角，接着将此最小桨距角值输入到风力发电机组的变桨控制器，与变桨控制器设定的最小桨距角值作比较，取其中最大值为控制器的新的最小桨距角限定值，也就是通过实时更改控制器最小桨距角限定值的方式来改变机组所受推力，从而实现风力发电机组基于机舱加速度的载荷优化控制；其包括以下步骤：1)测量机舱加速度风力发电机组的机舱机座上安装有加速度传感器，该加速度传感器利用其自身的工作原理将机械振动量转化为电量，然后对电量进行测量、转换，使其成为加速度信号输出给机组控制器；2)查表计算最小桨距角根据风力发电机组的运行数据，建立机舱加速度—最小桨距角查询表；然后根据测量的机舱加速度信号，通过设置好的查询表计算得到相应的最小桨距角；最后将查表得到的最小桨距角输入到变桨控制器；3)变桨控制器获取最小桨距角限定值变桨控制器将基于机舱加速度的最小桨距角与控制器原始设定的最小桨距角值作比较，取其中最大值作为变桨控制器新的最小桨距角限定值输出给变桨执行器，也就是通过实时更改控制器最小桨距角限定值的方式来改变机组所受推力；4)变桨执行器调节叶片桨距角风力发电机组的变桨执行器根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而实现风力发电机组基于机舱加速度的载荷优化控制。...

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的推力消减控制算法，其特征在于：首先，通过传感器实时测量风力发电机组的机舱加速度，然后根据测量得到的机舱加速度通过查表法得到相应的最小桨距角，接着将此最小桨距角值输入到风力发电机组的变桨控制器，与变桨控制器设定的最小桨距角值作比较，取其中最大值为控制器的新的最小桨距角限定值，也就是通过实时更改控制器最小桨距角限定值的方式来改变机组所受推力，从而实现风力发电机组基于机舱加速度的载荷优化控制；其包括以下步骤：1)测量机舱加速度风力发电机组的机舱机座上安装有加速度传感器，该加速度传感器利用其自身的工作原理将机械振动量转化为电量，然后对电量进行测量、转换，使其成为加速度信号输出给...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玲，邹荔兵，段居永，任永，周军，黄满洪，
申请(专利权)人：广东明阳风电产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44