一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置制造方法及图纸

一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置，包括风轮机、发电机、电网、桨叶振动速度采集模块、电压电流采集模块、模糊PID控制器、桨叶角度分配机构、电机驱动机构、变桨机构，风轮机输出端与发电机输入端相连，发电机输出端与电网相连，桨叶振动速度采集模块输出端与模糊PID控制器输入端相连接，电压电流采集模块输出端与模糊PID控制器输入端相连，模糊PID控制器输出端与桨叶角度分配机构输入端相连，桨叶角度分配机构输出端与电机驱动机构输入端相连，电机驱动机构输出端与变桨机构输入端相连，变桨机构输出端与风轮机连。本装置采用桨叶振动速度采集模块，有效地提高系统控制精度和控制速度；采用更先进的模糊PID控制器来进行计算补偿，在桨距角补偿上具有较高的动态特性和稳态特性。

Independent variable pitch control device of fan based on vibration speed feedback

An individual pitch control device of fan vibration velocity based on feedback, including wind turbine, generator, power grid, blade vibration speed acquisition module, voltage and current acquisition module, fuzzy PID controller, the blade angle distribution mechanism, motor driving mechanism, variable propeller mechanism, wind turbine generator and the output end is connected with the input end of the generator output. The end connected to the grid, the blade vibration speed acquisition module is connected with the output end and the input end of the fuzzy PID controller, and the output end of a voltage current collecting module is connected with the input end of the fuzzy PID controller, fuzzy PID controller and the output end of the blade angle distribution mechanism is connected with the input end, the blade angle distribution mechanism and the output end of the motor drive mechanism is connected with the input end of the motor drive. The output end and the variable pitch mechanism is connected with the input end of the output end, variable propeller mechanism and a wind turbine. The device adopts the blade vibration speed acquisition module, effectively improve the control precision and control speed; to calculate the compensation by using more advanced fuzzy PID controller, the dynamic and steady-state characteristics is high in pitch on compensation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置
本技术涉及新能源
的一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置。
技术介绍
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到人类的关注，风力发电机的发展使得人类更有效地利用了风力资源。随着风力发电机规模的扩展，为了能够更有效地获取风能，现代大型风力发电机组都采用了变桨控制技术，通过变桨控制，控制叶轮转速，以控制发电机输出功率，目前变桨风力机主要采用两种控制策略:集中变桨距策略和独立变桨距策略。集中变桨距控制策略就是控制系统对三个桨叶采用相同的控制信号来控制叶片的桨距角来稳定输出功率。然而现代风电机组的单机容量越来越大，叶轮直径也越来越大，最新研制机型的叶轮直径已大于120米，在垂直面内的高度差造成了风速的差异，由此引发桨叶在旋转过程中受力的不平衡和振动，对整个风力机的稳定性和安全构成很大影响，采用集中变桨距控制策略只能稳定输出功率，却不能解决减小风力机对塔架的疲劳载荷问题。独立变桨距策略是变桨距技术的发展，它可以实现两个功能：一是控制叶轮转速，从而实现发电机输出功率控制，即实现传统协同变桨控制功能；二是减小叶轮的不均衡载荷，即减小轮毂上的倾翻力矩和偏航力矩。传统的风力发电独立变桨控制装置通常选择叶片根部弯曲力矩、主轴的弯曲力矩、或者机舱的倾斜力矩等参数作为反馈变量，然而风力机对塔身的疲劳载荷的根源在于风轮机桨叶由于受到风力作用产生的振动位移差上，即桨叶在转动过程中的振动位移差越大，其对塔身造成的疲劳载荷也就越大，选择传统的参数作为反馈变量，不能从根源上直接减小风力机对塔架的疲劳载荷。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置，既能有效稳定风力发电功率输出，又能有效地减小风力机对塔架的疲劳载荷，从而提高风力发电系统运行的可靠性、延长风力机使用寿命。为实现上述目的，本技术提供一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置，包括风轮机、发电机、电网、电压电流采集模块、PID控制器、桨叶角度分配系统、电机驱动系统、变桨机构，风轮机的输出端与发电机的输入端相连，风轮机的输入端与变桨机构的输出端相连，变桨机构的输入端与电机驱动系统的输出端相连，电机驱动系统的输入端与桨距角分配系统的输出端相连，发电机的输出端与电网相连，其特征在于：PID控制器为模糊PID控制器，且风轮机的输出端还连接一桨叶振动速度采集模块的输出端，桨叶振动速度采集模块的输出端与模糊PID控制器的输入端相连，模糊PID控制器的输入端还连接电压电流采集模块的输出端，模糊PID控制器的输出端与桨距角分配系统的输入端相连。所述的桨叶振动速度采集模块内的压电振动速度传感器安装在桨叶叶片上。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1、本独立变桨控制装置采用桨叶振动速度采集模块采集风轮机桨叶振动速度作为反馈变量，和传统独立变桨控制装置选择叶片根部弯曲力矩、主轴的弯曲力矩、或者机舱的倾斜力矩等参数作为反馈变量相比较，本技术装置对于独立变桨控制系统来说更精确、更直接，从而能有效地提高系统控制精度和控制速度。2、传统的独立变桨控制装置通常采用PID控制器控制桨距改变，然而风轮机桨叶的振动变化在工程实际中是非线性不规则的，PID控制器在非线性时变、滞后较大的系统中鲁棒性不强，控制效果不理想。本独立变桨控制装置所设计的桨距角补偿量由更先进的模糊PID控制器来进行计算补偿，模糊PID控制器既具有模糊控制灵活且适应性强的优点，又具有常规PID控制精度高的特点，在桨距角补偿上具有较高的动态特性和稳态特性。附图说明图1为一种基于振动速度反馈的模糊PID风机独立变桨控制装置总体结构功能框图；图2为桨叶振动速度采集模块电路图。具体实施方式参照图1，本技术包括风轮机、发电机、电网、桨叶振动速度采集模块、电压电流采集模块、模糊PID控制器、桨叶角度分配系统、电机驱动系统和变桨机构组成。风轮机的输出端与发电机的输入端相连，风轮机的输入端与变桨机构的输出端相连，变桨机构的输入端与电机驱动系统的输出端相连，电机驱动系统的输入端与桨距角分配系统的输出端相连，发电机的输出端与电网相连，风轮机的输出端连接桨叶振动速度采集模块的输出端，桨叶振动速度采集模块的输出端与模糊PID控制器的输入端相连，模糊PID控制器的输入端还连接电压电流采集模块的输出端，模糊PID控制器的输出端与桨距角分配系统的输入端相连。空气流动的动能作用在风轮机的风轮上，从而推动风轮机旋转，风轮机将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给电网。参照图2，压电振动速度传感器1的一端接地，另一端连接电阻2的输入端，电阻2的输出端接地，电阻2的输入端还连接有电阻3和电容4的输入端，电阻3的输出端连接电阻5和电容6的输入端，电容6的输出端接地；电容4的输出端连接电容8和电阻7的输入端，电阻7的输出端接地；电阻5和电容8的输出端与运算放大器LTC6081的同相输入端相连，运算放大器的正负供电引脚分别与正负电源相连接，并各自连接一个电容9后接地；运算放大器LTC6081的反向相输入端连接有电阻10、电阻11和电容12，电阻10的输出端接地，电阻11和电容12的输出端连接在一起，并和运算放大器LTC6081的输出端相连接，运算放大器LTC6081的输出端还连接至VOUT端口，VOUT端口与上述模糊PID控制器的信号输入端相连接。进一步的桨叶振动速度采集模块当中的压电振动速度传感器安装在风轮机的三个桨叶上，压电振动速度传感器提取各自桨叶的振动速度信号并经过图2所示电路进行放大、低通滤波，然后将处理好的桨叶振动速度信号从VOUT端口输出，传递给模糊PID控制器，同时连接在发电机输出端的电压电流采集模块将采集到的电压电流信号也送给模糊PID控制器，模糊PID控制器根据收到的三个桨叶振动速度信号以及发电机的输出的电压电流信号，以平衡发电机功率输出和减小风轮机桨叶振动为目的，计算出三个桨叶的独立变桨桨距角补偿信号。进一步的模糊PID控制器将计算得出的三个桨叶的独立变桨桨距角补偿信号送给桨距角分配机构，桨距角分配机构通过电机驱动系统驱动变桨机构，使风轮机叶片根部轴向旋转，从而改变叶轮之间的桨距，最终实现风力机系统在保持稳定输出功率的基础上，大大减小桨叶振动速度，平衡桨叶振动位移，有效地减小风力机对塔身的疲劳载荷，提高风力机运行的可靠性和延长风力机使用寿命。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置，包括风轮机、发电机、电网、电压电流采集模块、PID控制器、桨叶角度分配系统、电机驱动系统、变桨机构，风轮机的输出端与发电机的输入端相连，风轮机的输入端与变桨机构的输出端相连，变桨机构的输入端与电机驱动系统的输出端相连，电机驱动系统的输入端与桨距角分配系统的输出端相连，发电机的输出端与电网相连，其特征在于：PID控制器为模糊PID控制器，且风轮机的输出端还连接一桨叶振动速度采集模块的输出端，桨叶振动速度采集模块的输出端与模糊PID控制器的输入端相连，模糊PID控制器的输入端还连接电压电流检测模块的输出端，模糊PID控制器的输出端与桨距角分配系统的输入端相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置，包括风轮机、发电机、电网、电压电流采集模块、PID控制器、桨叶角度分配系统、电机驱动系统、变桨机构，风轮机的输出端与发电机的输入端相连，风轮机的输入端与变桨机构的输出端相连，变桨机构的输入端与电机驱动系统的输出端相连，电机驱动系统的输入端与桨距角分配系统的输出端相连，发电机的输出端与电网相连，其特征在于：PID控制器为模糊PID...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜志宏，刘洋，王秀艳，刘文洲，冯雷，张精慧，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：新型
国别省市：吉林,22