风力发电系统变桨电机正反转切换的转矩平滑控制方法技术方案

本发明专利技术公开了风力发电系统变桨电机正反转切换的转矩平滑控制方法，桨叶从正向调节到反向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制；以及桨叶从反向调节到正向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制。通过不同时刻桨叶的角度变化，以及不同时刻变桨速度的变化，对变桨驱动器输出的最终目标转矩进行步进平滑调节，使输出的最终目标转矩符合当前时刻桨叶角度调节要求的同时，有效降低或消除由于齿轮间隙的存在所造成的桨叶从正向调节到反向调节，和从反向调节到正向调节过程中大小啮合齿轮所产生的剧烈刚性碰撞，提高了风力发电系统中叶片轴承齿轮、变桨电机轴齿轮和减速箱齿轮的使用寿命和运行性能，提高了企业的经济效益。

Torque smoothing control method of variable pitch motor positive and reverse switching in wind power generation system

The invention discloses a control method of variable pitch torque smooth motor reversing switch of wind power generation system, variable pitch driver output torque from the positive regulation to control smooth blade reverse regulation change process; and the variable pitch blade from the reverse regulation to the positive regulation of the change process of the actuator output torque smoothing control. Through the different time the blade angle changes, and changes in different time variable pitch speed, the final goal of the output torque of the pitch drive step smooth adjustment, so that the final torque output in line with the current moment of blade angle adjustment requirements at the same time, effectively reduce or eliminate the adjustment from the positive regulation to reverse the blade due to gear gap caused by the severe and rigid collision from the reverse regulation to the positive regulation in the process of meshing gears produced by improving the service life and operation performance of the blade bearing in wind power system, gear pitch motor shaft gear and gear reducer, improve the economic efficiency of enterprises.

【技术实现步骤摘要】
风力发电系统变桨电机正反转切换的转矩平滑控制方法
本专利技术风力发电领域，特别涉及风力发电系统变桨电机正反转切换的转矩平滑控制方法。
技术介绍
风力发电机组的桨叶角度在实际运行过程中频繁地进行正反向调节，由于在叶片轴承齿轮和减速箱齿轮之间，以及变桨电机轴齿轮和减速箱齿轮之间不能完全啮合，存在一定的间隙，在电机正转和反转的切换过程中，大小齿轮会发生较强烈的刚性碰撞，长期碰撞会使齿轮寿命减少、甚至损坏。现有的变桨驱动器在变桨驱动器正反转过程中的输出力矩是由设定的电机加减速时间和负载决定的，加减速时间越短，输出的力矩越大；负载越大，输出的力矩也越大，力矩越大，碰撞带来的冲击破坏也越显著。因此在变桨驱动器正反转切换过程中有必要对变桨驱动器的输出扭矩进行控制，以减小大小啮合齿轮的刚性大力矩碰撞；提高风力发电系统使用寿命和运行性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种有效提高风力发电系统叶片轴承齿轮、变桨电机轴齿轮和减速箱齿轮的使用寿命和运行性能的风力发电系统变桨电机正反转切换的转矩平滑控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：风力发电系统变桨电机正反转切换的转矩平滑控制方法，包括桨叶从正向调节到反向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制；以及桨叶从反向调节到正向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制。优选地，所述桨叶从正向调节到反向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制包括以下顺序步骤：1)如果当前的目标桨叶角度小于当前实际桨叶角度，且上一时刻的目标桨叶角度大于上一时刻的实际桨叶角度时，将标志Fu置为1，并将上一时刻由变桨驱动器速度环PI调节器输出的目标转矩值T*em暂存至寄存器Ttemp；2)在Fu为1的条件下，如果当前实际变桨速度绝对值|ωr|小于或等于设定的最小变桨速度值δ，让转矩平滑控制模块输出的最终目标转矩值T*e从Ttemp值开始以固定的步进值ζ递减，直到当前的实际变桨速度绝对值|ωr|大于设定的最小变桨速度值δ；3)将Fu置为0，并将当前变桨驱动器速度环PI调节器输出的目标转矩T*em赋值给转矩平滑控制模块输出的最终目标转矩值T*e，完成桨叶正向到反向变化过程变桨驱动器的输出转矩平滑控制。优选地，所述桨叶从反向调节到正向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制包括以下顺序步骤：1)如果当前的目标桨叶角度大于当前实际桨叶角度，且上一时刻的目标桨叶角度小于上一时刻的实际桨叶角度时，将标志Fd置为1，并将上一时刻由变桨驱动器速度环PI调节器输出的目标转矩值T*em暂存至寄存器Ttemp；2)在Fd为1的条件下，如果当前实际变桨速度绝对值|ωr|小于或等于设定的最小变桨速度值δ，让转矩平滑控制模块输出的最终目标转矩值T*e从Ttemp值开始以固定的步进值ζ递增，直到当前的实际变桨速度绝对值|ωr|大于设定的最小变桨速度值δ；3)将Fd置为0，并将当前变桨驱动器速度环PI调节器输出的目标转矩T*em赋值给转矩平滑控制模块输出的最终目标转矩值T*e，完成桨叶正向到反向变化过程变桨驱动器的输出转矩平滑控制。采用上述技术方案，通过对桨叶正向调节到反向调节变化过程中的变桨驱动器转矩平滑控制，以及桨叶反向调节到正向调节变化过程中的变桨驱动器转矩平滑控制，本专利技术降低或消除了由于齿轮间隙的存在所造成的桨叶从正向调节到反向调节，和从反向调节到正向调节过程中大小啮合齿轮所产生的剧烈刚性碰撞，提高了风力发电系统中叶片轴承齿轮、变桨电机轴齿轮和减速箱齿轮的使用寿命和运行性能，提高了企业的经济效益。附图说明图1为本专利技术风力发电系统变桨电机正反转切换过程中变桨驱动器输出转矩平滑控制原理示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如附图1风力发电系统变桨电机正反转切换过程中的变桨驱动器输出转矩平滑控制原理所示，控制系统由最内层转矩环(响应最快)、中间层速度环和最外层位置环组成(响应最慢)。其中λ*r是目标桨叶角度，λr是实际桨叶角度，ω*r是目标变桨速度，ωr是实际变桨速度，T*em是经过速度环PI调节后的目标转矩，T*e是输出的最终目标转矩，Te是输出的实际转矩，i*d和i*q分别是输出目标励磁电流和转矩电流，id和iq分别是输出实际励磁电流和转矩电流，θr是变桨驱动器旋转角度。假设在当前桨叶角度λr为0度，目标桨叶角度λ*r为80度，那么变桨驱动器会让λr从0度调节至80度，到达80度时，λ*r-λr＝0，目标变桨速度ω*r＝0，理想情况下，变桨驱动器的速度ωr＝0。假设此时目标桨叶角度λ*r调节为40度，则变桨驱动器将反转。在反转初始阶段，λ*r-λr的差值很大，导致输出反向目标变桨速度ω*r很大，由于当前ωr＝0，那么经过速度环PI调节后的反向目标转矩T*em很大。但是因为大小齿轮啮合时存在一定的齿轮间隙，在电机反转开始的一小段时间内，变桨驱动器的负载极小，如果此时T*e＝T*em，那么转矩环会迅速输出一个实际反向大转矩Te＝T*e，让电机反方向转速ωr在极短时间内迅速提升，这使得变桨驱动器轴承齿轮在接触到减速箱齿轮另一面的瞬间时，会产生巨大冲击，长期的剧烈碰撞，必然导致轴承及齿轮的寿命减少甚至损坏。假设ωr＞0时变桨驱动器为正转(此时λr递增，桨叶处于正向调节过程中)，ωr＜0时变桨驱动器为反转(此时λr递减，桨叶处于反向调节过程中)，ωr＝0时变桨驱动器停止(此时λr不变)。当λ*r＞λr时，说明变桨驱动器处于正向桨叶调节过程中，在这过程中如果发生λ*r＜λr，则说明桨叶将由正向调节切换到反向调节。当λ*r＜λr时，说明桨叶处于反向桨叶调节过程中，在这过程中如果发生λ*r＞λr，则说明桨叶将由反向调节切换到正向调节。从λ*r＞λr变化到λ*r＜λr，或者从λ*r＜λr变化到λ*r＞λr，对应有两种情况发生：一是目标角度位置λ*r在桨叶角度调节过程中发生改变；二是目标角度位置λ*r在调节过程中未发生变化，但是由于惯性，导致实际桨叶位置λr过冲。桨叶角度调节过程中，如果发生上述两种情况，则判断实际变桨速度|ωr|≤δ条件是否满足，如果满足则变桨控制系统进入转矩平滑控制模式，其中δ为设定的最小变桨速度值。在进入转矩平滑控制模式之前令T*e＝T*em，如果桨叶处于正向调节到反向变化的过程中，保存λ*r＜λr之前的T*em计算值到寄存器Ttemp；如果桨叶处于反向调节到正向变化的过程中，保存λ*r＞λr之前的那一次T*em计算值到寄存器Ttemp。进入转矩平滑控制模式之后(满足条件|ωr|≤δ)，先让T*e＝Ttemp，再重复执行T*e＝T*e-ζ(桨叶正向调节到反向变化的过程中)或者T*e＝T*e+ζ(桨叶反向调节到正向变化的过程中)直到|ωr|＞δ，转矩平滑控制模式结束，再令T*e＝T*em。基于以上分析，提出风力发电系统变桨电机正反转切换的转矩平滑控制方法，其变桨驱动器输出转矩平滑控制包含在桨叶调节的两个运行过程中：桨叶从正向调节到反向调节的变化过程和桨叶从反向调节到正向调节的变化过程。具体地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
风力发电系统变桨电机正反转切换的转矩平滑控制方法，其特征在于，包括桨叶从正向调节到反向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制；以及桨叶从反向调节到正向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制。

【技术特征摘要】
1.风力发电系统变桨电机正反转切换的转矩平滑控制方法，其特征在于，包括桨叶从正向调节到反向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制；以及桨叶从反向调节到正向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制。2.根据权利要求1所述的风力发电系统变桨电机正反转切换的转矩平滑控制方法，其特征在于，所述桨叶从正向调节到反向调节变化过程的变桨驱动器输出转矩平滑控制包括以下顺序步骤：1)如果当前的目标桨叶角度小于当前实际桨叶角度，且上一时刻的目标桨叶角度大于上一时刻的实际桨叶角度时，将标志Fu置为1，并将上一时刻由变桨驱动器速度环PI调节器输出的目标转矩值T*em暂存至寄存器Ttemp；2)在Fu为1的条件下，如果当前实际变桨速度绝对值|ωr|小于或等于设定的最小变桨速度值δ，让转矩平滑控制模块输出的最终目标转矩值T*e从Ttemp值开始以固定的步进值ζ递减，直到当前的实际变桨速度绝对值|ωr|大于设定的最小变桨速度值δ；3)将Fu置为0，并将当前变桨驱动器速度环PI调节器输出的目标转矩T*em赋值给...

【专利技术属性】
技术研发人员：范必双，孟庆辉，刘志龙，
申请(专利权)人：湖南拓天节能控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43