风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法技术

本发明专利技术公开了一种风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法，包括步骤：1)在叶轮每一只叶片的根部贴装载荷传感器，直接测量叶片叶根挥舞方向弯矩和摆振方向弯矩，计算得到叶根面外弯矩和叶根面内弯矩；2)在塔筒顶端和底端贴装载荷传感器，测量塔顶弯矩，根据转换公式计算得到塔顶俯仰方向弯矩和塔顶左右方向弯矩，测量塔底弯矩，根据转换公式计算得到塔底俯仰方向弯矩和塔底左右方向弯矩；3)定义极限载荷、安全因子、载荷触发标志；4)通过Flag标志位能够判断机组是否触发载荷限制，当载荷触发时，将采取相应的控制。本发明专利技术可实现机组的降载控制，降低机组在极限工况下的载荷，保障机组的安全运行。

Load reduction control method for wind turbine based on load of blade root and tower

The invention discloses a load reduction control method based on the blade root load and the tower load of the wind turbine, including steps: 1) loading the load sensor at the root of each blade of the impeller to directly measure the bending moment and the bending moment of the blade root, and calculate the outer bending moment of the blade root and the bending moment in the root surface; 2) Load sensors are mounted at the top and bottom end of the tower, and the bending moment of the tower top is measured by the conversion formula. The bending moment of the top of the tower is calculated and the bending moment of the tower bottom is measured. The bending moment of the bottom of the tower and the left and right bending moments of the bottom of the tower are calculated according to the conversion formula. 3) the limit load, the safety factor and the load are defined. Triggering sign; 4) through the Flag flag bit can judge whether the unit triggers the load limit, and when the load is triggered, it will take corresponding control. The invention can realize the load reduction control of the unit, reduce the load of the unit under the limit condition, and ensure the safe operation of the unit.

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法
本专利技术涉及风力发电机组降载控制的
，尤其是指一种风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法。
技术介绍
业内习知，随着风电技术的发展，风力发电机机组不断朝着大兆瓦机型、柔性高塔架、大叶轮、轻量化机组发展。风力发电机组的单机容量从之前的1MW、2MW，逐渐发展成3MW、5MW、7MW甚至达到10MW级。不仅如此，风力发电机组运行环境逐渐从平原到山地、从低湍流到高湍流高风切变、从陆地到海洋，风况越来越复杂，机组极限载荷和疲劳载荷也越来越大。对于大叶轮机组，叶轮直径显著增大，叶轮平面内任意一点风速变化都将被整个风轮平面感知，风湍流对叶片载荷的影响将越发显著。对于柔性高塔架机组来说，塔架载荷则是控制的主要载荷，塔架越高，极限载荷也越显著。目前，在大兆瓦机组的桨叶叶根处、塔架顶端、塔架底端都有安装载荷传感器。通过叶根载荷传感器采集叶根载荷，通过塔顶和塔底载荷传感器采集的塔顶载荷与塔底载荷，主要用于机组安全运行状态的检测。当载荷超过安全保护值的时候，一般采取停机顺桨，保障机组的安全。然而，通过这些载荷信号，如何有效的降低机组的运行载荷，如何参与降载控制还没有更多探索。
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，提出了一种风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法，该方法采用叶根载荷、塔顶载荷及塔底载荷作为反馈输入控制量，实现机组的降载控制，降低机组在极限工况下的载荷，保障机组的安全运行。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法，包括以下步骤：1)在风力发电机组叶轮每一只叶片的根部贴装载荷传感器，通过传感器直接测量叶片叶根挥舞方向弯矩MFlap和摆振方向弯矩MEdge，计算得到叶根面外弯矩MOutPlane和叶根面内弯矩MInPlane，叶根面外弯矩MOutPlane体现叶片叶根在叶轮推力方向载荷，而叶根面内弯矩MInPlane体现叶片叶根在叶轮旋转方向载荷；叶根挥舞方向弯矩MFlap和摆振方向弯矩MEdge是定义在叶片弦线坐标系中，叶片弦线坐标系定义为：Y轴沿弦线方向指向后缘，Z轴沿叶片矩轴指向叶尖，X轴与Y、Z轴垂直；叶根挥舞方向弯矩MFlap为叶片弦线坐标系中MYS方向，摆振方向弯矩MEdge为叶片弦线坐标系中MXS方向；叶片弦线坐标系是固定在叶片上，随变桨角度而旋转；叶根面外弯矩MOutPlane和叶根面内弯矩MInPlane是定义在叶片叶根坐标系中；叶片叶根坐标系定义为：X轴沿轮毂旋转轴指向机尾，Y轴在叶轮旋转平面与Z轴垂直，Z轴沿叶片指向叶尖；叶根面外弯矩MOutPlane为叶根坐标系中MYB方向，叶根面内弯矩MInPlane为叶根坐标系中MXB方向；叶根坐标系是固定在轮毂上的，随轮毂的旋转而旋转；叶根挥舞方向弯矩MFlap和摆振方向弯矩MEdge变换到叶根面外弯矩MOutPlane和叶根面内弯矩MInPlane的计算公式如下：其中，β1、β2、β3分别是桨叶1、桨叶2、桨叶3的桨距角，MFlap1、MFlap2、MFlap3分别是桨叶1、桨叶2、桨叶3的叶根挥舞弯矩，MEdge1、MEdge2、MEdge3分别是桨叶1、桨叶2、桨叶3的叶根摆振弯矩，MOutPlane1、MOutPlane2、MOutPlane3分别是桨叶1、桨叶2、桨叶3的叶根面外弯矩，MInPlane1、MInPlane2、MInPlane3分别是桨叶1、桨叶2、桨叶3的叶根面内弯矩；在公式(1)(2)(3)中，叶根载荷MFlap1、MFlap2、MFlap3和MEdge1、MEdge2、MEdge3由载荷传感器测量得到，桨距角β1、β2、β3也为测量值，叶根载荷MOutPlane1、MOutPlane2、MOutPlane3和MInPlane1、MInPlane2、MInPlane3由公式计算得出；2)在风力发电机组塔筒顶端和塔筒底端贴装载荷传感器，通过传感器直接测量塔顶弯矩MTopX和弯矩MTopY，根据转换公式计算得到塔顶俯仰方向弯矩MTopTilt和塔顶左右方向弯矩MTopSide；通过安装在塔底的传感器，直接测量塔底弯矩MBottomX和弯矩MBottomY，根据转换公式计算得到塔底俯仰方向弯矩MBottomTilt和塔底左右方向弯矩MBottomSide；塔顶弯矩MTopX与弯矩MTopY是定义在塔架塔顶坐标系中，塔底弯矩MBottomX与弯矩MBottomY是定义在塔架塔底坐标系中；塔架塔顶坐标系与塔架塔底坐标系定义是相同的，只是坐标原点分别在塔顶和塔底；塔架坐标系X轴指向南，Y轴指向东，Z轴垂直向上；塔顶俯仰方向弯矩MTopTilt和塔底俯仰方向弯矩MBottomTilt是考虑机舱偏航角度后的塔架前后方向的弯矩，塔顶左右方向弯矩MTopSide和塔底左右方向弯矩MBottomSide是考虑机舱偏航角度后的塔架左右方向的弯矩；由塔顶弯矩MTopX和弯矩MTopY转换到塔顶俯仰方向弯矩MTopTilt和塔顶左右方向弯矩MTopSide的公式如下：由塔底弯矩MBottomX与弯矩MBottomY转换到塔底俯仰方向弯矩MBottomTilt和塔底左右方向弯矩MBottomSide的公式如下：在公式(4)(5)中，是机舱偏航角度，塔顶弯矩MTopX、MTopY和塔底弯矩MBottomX、MBottomY是通过载荷传感器直接测量得到，而塔顶弯矩MTopTilt、MTopSide和塔底弯矩MBottomTilt、MBottomSide是通过公式计算得到；3)定义极限载荷、安全因子、载荷触发标志对于叶片，需要定义的极限载荷有：叶根面内极限载荷MInPlaneMax、叶根面外极限载荷MOutPlaneMax；对于塔顶，需定义的极限载荷有：塔顶俯仰极限载荷MTopTiltMax和塔顶左右极限载荷MTopSideMax；对于塔底，需定义的极限载荷有：塔底俯仰极限载荷MBottomTilt和塔底左右极限在MBottomSide；极限载荷为机组在各种工况下所允许的最大载荷，机组正常运行时是远离极限载荷的，极限载荷需要由设计人员给出；对于叶片载荷，需要定义的安全因子有：叶根面内安全因子γ1和叶根面外安全因子γ2；对于塔顶载荷，需要定义的安全因子有：塔顶俯仰安全因子γ3和塔顶左右安全因子γ4；对于塔底载荷，需要定义的安全因子有：塔底俯仰安全因子γ5和塔底左右安全因子γ6；安全因子的取值范围是0到1，表示当载荷超过安全因子与极限载荷的成积，将采取控制；对于叶片载荷，需要定义的载荷触发标志有：叶根面内载荷触发标志Flag1和叶根面外载荷触发标志Flag2；对于塔顶载荷，需要定义的载荷触发标志有：塔顶俯仰载荷触发标志Flag3和塔顶左右载荷触发标志Flag4；对于塔底载荷，需要定义的载荷触发标志有：塔底俯仰载荷触发标志Flag5和塔底左右载荷触发标志Flag6；载荷触发标志用来表示载荷是否触发超限，载荷触发标志为逻辑量，对于每一个载荷触发标志，触发条件如下：Flag1＝(MInPlane1>γ1*MInPlaneMax)OR(MInPlane2>γ1*MInPlaneMax)OR(M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在风力发电机组叶轮每一只叶片的根部贴装载荷传感器，通过传感器直接测量叶片叶根挥舞方向弯矩MFlap和摆振方向弯矩MEdge，计算得到叶根面外弯矩MOutPlane和叶根面内弯矩MInPlane，叶根面外弯矩MOutPlane体现叶片叶根在叶轮推力方向载荷，而叶根面内弯矩MInPlane体现叶片叶根在叶轮旋转方向载荷；叶根挥舞方向弯矩MFlap和摆振方向弯矩MEdge是定义在叶片弦线坐标系中，叶片弦线坐标系定义为：Y轴沿弦线方向指向后缘，Z轴沿叶片矩轴指向叶尖，X轴与Y、Z轴垂直；叶根挥舞方向弯矩MFlap为叶片弦线坐标系中MYS方向，摆振方向弯矩MEdge为叶片弦线坐标系中MXS方向；叶片弦线坐标系是固定在叶片上，随变桨角度而旋转；叶根面外弯矩MOutPlane和叶根面内弯矩MInPlane是定义在叶片叶根坐标系中；叶片叶根坐标系定义为：X轴沿轮毂旋转轴指向机尾，Y轴在叶轮旋转平面与Z轴垂直，Z轴沿叶片指向叶尖；叶根面外弯矩MOutPlane为叶根坐标系中MYB方向，叶根面内弯矩MInPlane为叶根坐标系中MXB方向；叶根坐标系是固定在轮毂上的，随轮毂的旋转而旋转；叶根挥舞方向弯矩MFlap和摆振方向弯矩MEdge变换到叶根面外弯矩MOutPlane和叶根面内弯矩MInPlane的计算公式如下：...

【技术特征摘要】
1.风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在风力发电机组叶轮每一只叶片的根部贴装载荷传感器，通过传感器直接测量叶片叶根挥舞方向弯矩MFlap和摆振方向弯矩MEdge，计算得到叶根面外弯矩MOutPlane和叶根面内弯矩MInPlane，叶根面外弯矩MOutPlane体现叶片叶根在叶轮推力方向载荷，而叶根面内弯矩MInPlane体现叶片叶根在叶轮旋转方向载荷；叶根挥舞方向弯矩MFlap和摆振方向弯矩MEdge是定义在叶片弦线坐标系中，叶片弦线坐标系定义为：Y轴沿弦线方向指向后缘，Z轴沿叶片矩轴指向叶尖，X轴与Y、Z轴垂直；叶根挥舞方向弯矩MFlap为叶片弦线坐标系中MYS方向，摆振方向弯矩MEdge为叶片弦线坐标系中MXS方向；叶片弦线坐标系是固定在叶片上，随变桨角度而旋转；叶根面外弯矩MOutPlane和叶根面内弯矩MInPlane是定义在叶片叶根坐标系中；叶片叶根坐标系定义为：X轴沿轮毂旋转轴指向机尾，Y轴在叶轮旋转平面与Z轴垂直，Z轴沿叶片指向叶尖；叶根面外弯矩MOutPlane为叶根坐标系中MYB方向，叶根面内弯矩MInPlane为叶根坐标系中MXB方向；叶根坐标系是固定在轮毂上的，随轮毂的旋转而旋转；叶根挥舞方向弯矩MFlap和摆振方向弯矩MEdge变换到叶根面外弯矩MOutPlane和叶根面内弯矩MInPlane的计算公式如下：其中，β1、β2、β3分别是桨叶1、桨叶2、桨叶3的桨距角，MFlap1、MFlap2、MFlap3分别是桨叶1、桨叶2、桨叶3的叶根挥舞弯矩，MEdge1、MEdge2、MEdge3分别是桨叶1、桨叶2、桨叶3的叶根摆振弯矩，MOutPlane1、MOutPlane2、MOutPlane3分别是桨叶1、桨叶2、桨叶3的叶根面外弯矩，MInPlane1、MInPlane2、MInPlane3分别是桨叶1、桨叶2、桨叶3的叶根面内弯矩；在公式(1)(2)(3)中，叶根载荷MFlap1、MFlap2、MFlap3和MEdge1、MEdge2、MEdge3由载荷传感器测量得到，桨距角β1、β2、β3也为测量值，叶根载荷MOutPlane1、MOutPlane2、MOutPlane3和MInPlane1、MInPlane2、MInPlane3由公式计算得出；2)在风力发电机组塔筒顶端和塔筒底端贴装载荷传感器，通过传感器直接测量塔顶弯矩MTopX和弯矩MTopY，根据转换公式计算得到塔顶俯仰方向弯矩MTopTilt和塔顶左右方向弯矩MTopSide；通过安装在塔底的传感器，直接测量塔底弯矩MBottomX和弯矩MBottomY，根据转换公式计算得到塔底俯仰方向弯矩MBottomTilt和塔底左右方向弯矩MBottomSide；塔顶弯矩MTopX与弯矩MTopY是定义在塔架塔顶坐标系中，塔底弯矩MBottomX与弯矩MBottomY是定义在塔架塔底坐标系中；塔架塔顶坐标系与塔架塔底坐标系定义是相同的，只是坐标原点分别在塔顶和塔底；塔架坐标系X轴指向南，Y轴指向东，Z轴垂直向上；塔顶俯仰方向弯矩MTopTilt和塔底俯仰方向弯矩MBottomTilt是考虑机舱偏航角度后的塔架前后方向的弯矩，塔顶左右方向弯矩MTopSide和塔底左右方向弯矩MBottomSide是考虑机舱偏航角度后的塔架左右方向的弯矩；由塔顶弯矩MTopX和弯矩MTopY转换到塔顶俯仰方向弯矩MTopTilt和塔顶左右方向弯矩MTopSide的公式如下：由塔底弯矩MBottomX与弯矩MBottomY转换到塔底俯仰方向弯矩MBottomTilt和塔底左右方向弯矩MBottomSide的公式如下：在公式(4)(5)中，是机舱偏航角度，塔顶弯矩MTopX、MTopY和塔底弯矩MBottomX、MBottomY是通过载荷传感器直接测量得到，而塔顶弯矩MTopTilt、MTopSide和塔底弯矩MBottomTilt、MBottomSide是通过公式计算得到；3)定义极限载荷、安全因子、载荷触发标志对于叶片，需...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，马冲，黄国燕，陈思范，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：广东,44