一种降低风力发电机组变桨系统疲劳载荷的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种降低风力发电机组变桨系统疲劳载荷的控制方法，该方法为风力发电机组运行在正常发电风速W

A control method to reduce the fatigue load of wind turbine pitch system

【技术实现步骤摘要】
一种降低风力发电机组变桨系统疲劳载荷的控制方法
本专利技术涉及变速变桨风力发电机组控制的
，尤其是指一种降低风力发电机组变桨系统疲劳载荷的控制方法。
技术介绍
随着陆上及海上风力发电机组均向更高单机功率、更大叶轮直径发展，在经典的变速变桨风力发电机组控制策略条件下(机组实时调整桨距角，以实现最佳的风能捕获效率)，机组的载荷将大幅增大，由此，为满足机组的设计强度要求，机组的设计尺寸、重量需要同步增加，进而造成了风力发电机组制造难度、运输难度、制造成本的显著增加。当前，针对变速变桨风力发电机组的变桨距控制(指风力发电机组运行在正常发电风速Win～Wout范围内，及机组处于正常发电条件下)，经典的控制方法为：参见图1所示，机组的风速(或发电功率，但本文以风速变化作为控制的判断条件)在达到某一设定值W0前(该值通常低于额定风速WRated)，桨距角始终保持为某一固定桨距角A0(通常为叶片气动性能最佳时的角度)，机组在外界风速达到W0值以后，叶片的桨距角为满足机组载荷要求，或为适应风速变化追求理想的发电功率，或为限制机组发电功率不超过额定值，在此过程中，任何幅值的风速变化，机组桨叶的角度将实时动态变化。由于机组桨叶的变化调整，由变桨减速机、变桨轴承驱动完成，因此，变桨减速机、变桨轴承在此过程中将承受频繁的疲劳载荷。随着风力发电机组向更大功率、更高叶轮直径发展，变桨减速机、变桨轴承承担的疲劳载荷也将显著增加，为满足机组设计安全要求，变桨减速机、变桨轴承的尺寸、重量、成本、制造难度也将显著增加。针对该问题，本文针对风力发电机组关键载荷之一的变桨系统疲劳载荷，提出一种有效降低该载荷的控制方法，旨在降低对变桨轴承、变桨减速机、轮毂的设计尺寸要求，进而降低该三大部件的制造要求、运输要求及制造成本。
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，提出了一种降低风力发电机组变桨系统疲劳载荷的控制方法，旨在降低对变桨轴承、变桨减速机、轮毂的设计尺寸要求，进而降低该三大部件的制造要求、运输要求及制造成本。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种降低风力发电机组变桨系统疲劳载荷的控制方法，该方法为风力发电机组运行在正常发电风速Win～Wout范围内及机组处于正常发电条件下对机组采取的变桨距控制方法，其包括风速呈增加趋势变化和风速呈减小趋势变化时两种控制策略，具体如下：第一种，风速呈增加趋势变化：当风速W增加，满足Win≤W＜W0范围时，叶片的桨距角被控制保持在最小桨距角A0，即叶片气动性能最佳的桨距角；当风速W增加，满足W0≤W＜W1时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角A1；当风速W增加，满足W1≤W＜W2时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角A2；当风速W增加，满足W2≤W＜W3时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角A3；以此类推，……，当风速W增加，Wn≤W＜Wrated时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角Arated；当风速W增加，Wn+x-2≤W＜Wn+x-1时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角An+x-1；当风速W增加，Wn+x-1≤W＜Wn+x时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角An+x；当风速W增加，若Wn+x≤W＜Wout时，为保障机组始终处于额定功率发电状态，叶片的桨距角采取随着风速变化而实时动态调整的控制策略，即：随着风速的增加，桨叶角度实时调整增加，直至桨距角增加至Aout；当风速W由任意范围增加，变化至Wout≤W，且Wout≤W连续持续的时长达到Tout，为保障机组运行安全，叶片的桨距角调整至Af，机组调整至切出模式；第二种，风速呈减小趋势变化：当风速W由范围Wn+x≤W，变化至W＜Wn+x，且W＜Wn+x持续的时长达到Tn+x，叶片的桨距角则根据实时风速W所处的风速区间确定，即叶片的桨距角被控制保持在桨距角An+x；当风速W由范围Wn+x-1≤W＜Wn+x，变化至W＜Wn+x-1，且W＜Wn+x-1持续的时长达到Tn+x-1时，叶片的桨距角则根据实时风速W所处的风速区间确定，即叶片的桨距角被控制保持在桨距角An+x-1；当风速W由范围Wn+x-2≤W＜Wn+x-1，变化至W＜Wn+x-2，且W＜Wn+x-2持续的时长达到Tn+x-2时，叶片的桨距角则根据实时风速W所处的风速区间确定，即叶片的桨距角被控制保持在桨距角An+x-2；以此类推，……，当风速W由范围W1≤W＜W2，变化至W＜W1，且W＜W1持续的时长达到T1时，叶片的桨距角则根据实时风速W所处的风速区间确定，即叶片的桨距角被控制保持在A1；当风速W由范围W0≤W＜W1，变化至Win≤W＜W0，且Win≤W＜W0持续的时长达到T0时，叶片的桨距角则根据实时风速W所处的风速区间确定，即叶片的桨距角被控制保持在最小桨距角A0；以上各种情况的风速W变化，若风速从任意风速区间降低超出该区间，持续时长达到设定值，且实时风速降低至W＜Win区间，则先调整机组桨距角的角度为A0，随后再根据W＜Win持续的时长判断，若W＜Win持续时长达到Tin时，叶片的桨距角变化至Af，即：机组调整至待风模式；上式中：Win为机组的切入风速；W0为机组在正常发电风速范围内，启动变桨距的临界风速；Wrated为机组的额定风速；Wout为机组的切出风速；Arated为额定风速对应的桨距角；Aout为机组的切出桨距角；Af为机组在待风及切出风速模式下执行的桨距角；{W0，W1，W2，W3…..Wn-1，Wn，Wrated，Wn+1，Wn+2…..Wn+x-2，Wn+x-1，Wn+x，Wout}为风速值序列，有W0＜W1＜W2＜W3…..Wn-1＜Wn≤Wrated≤Wn+1＜Wn+2…..＜Wn+x-2＜Wn+x-1＜Wn+x≤Wout，{A0，A1，A2，A3…..An-1，An，Arated，An+1，An+2…..An+x-2，An+x-1，An+x，Aout}为桨距角序列，有A0＜A1＜A2＜A3…..An-1＜An≤Arated≤An+1＜An+2…..＜An+x-2＜An+x-1＜An+x≤Aout，(0,1,2,3….n,n+1，n+2，n+x-2，n+x-1，n+x)为递增的等差数列，n取正整数，实际取值大小根据变桨系统疲劳载荷控制目标及发电功率最大综合考虑确定，x取任意≮(-n+2)的整数，亦需要根据控制载荷的目标值并考虑发电功率最大化综合确定；{Tout,Tn+x，Tn+x-1.....T1,T0,Tin}为时间长度设定值序列，在实际应用过程中，该序列中的各数值也能够取相同值。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、风力发电机组在正常发电风速范围内，在风速呈增加趋势时，由于每一个风速区间均对应一个与之相匹配的桨距角，因此，避免了风速在很小范围内变化时，桨叶的频繁动作。而每当风速由一个区间增加跳出该区间，增加至另一个区间时，桨距角也将随之变化增加，因此保障了机组的运行安全。2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低风力发电机组变桨系统疲劳载荷的控制方法，其特征在于：该方法为风力发电机组运行在正常发电风速W

【技术特征摘要】
1.一种降低风力发电机组变桨系统疲劳载荷的控制方法，其特征在于：该方法为风力发电机组运行在正常发电风速Win～Wout范围内及机组处于正常发电条件下对机组采取的变桨距控制方法，其包括风速呈增加趋势变化和风速呈减小趋势变化时两种控制策略，具体如下：
第一种，风速呈增加趋势变化：
当风速W增加，满足Win≤W＜W0范围时，叶片的桨距角被控制保持在最小桨距角A0，即叶片气动性能最佳的桨距角；
当风速W增加，满足W0≤W＜W1时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角A1；
当风速W增加，满足W1≤W＜W2时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角A2；
当风速W增加，满足W2≤W＜W3时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角A3；
以此类推，……，
当风速W增加，Wn≤W＜Wrated时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角Arated；
当风速W增加，Wn+x-2≤W＜Wn+x-1时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角An+x-1；
当风速W增加，Wn+x-1≤W＜Wn+x时，叶片的桨距角被控制保持在桨距角An+x；
当风速W增加，若Wn+x≤W＜Wout时，为保障机组始终处于额定功率发电状态，叶片的桨距角采取随着风速变化而实时动态调整的控制策略，即：随着风速的增加，桨叶角度实时调整增加，直至桨距角增加至Aout；
当风速W由任意范围增加，变化至Wout≤W，且Wout≤W连续持续的时长达到Tout，为保障机组运行安全，叶片的桨距角调整至Af，机组调整至切出模式；
第二种，风速呈减小趋势变化：
当风速W由范围Wn+x≤W，变化至W＜Wn+x，且W＜Wn+x持续的时长达到Tn+x，叶片的桨距角则根据实时风速W所处的风速区间确定，即叶片的桨距角被控制保持在桨距角An+x；
当风速W由范围Wn+x-1≤W＜Wn+x，变化至W＜Wn+x-1，且W＜Wn+x-1持续的时长达到Tn+x-1时，叶片的桨距角则根据实时风速W所处的风速区间确定，即叶片的桨距角被控制保持在桨距角An+x-1；
当风速W由范围Wn+x-2≤W＜Wn+x-1，变化至W＜Wn+x-2，且W＜Wn+x-2持续的时长达到Tn+x-2时，叶片的桨距角则根据实时风速W所处的风速区间...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏宗朝，黄国燕，王明江，郭涛，卢军，梁善伦，
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