一种解决风力发电机组塔架净空问题的控制方法与模块技术

本发明专利技术公开了一种解决风力发电机组塔架净空问题的控制方法与模块，通过监测塔架倾覆弯矩变化率以及机组的实时功率和桨距角，再分别与各自限定值进行对比，判断机组是否处于极端负剪切风况，若判断机组不处于极端负剪切风况下，则各叶片采用统一变桨控制策略，即采用机组的变桨控制器输出的原始变桨指令，一旦判断机组是处于极端负剪切风况下，则启动基于叶轮方位角的独立变桨IPC控制策略，通过计算不同叶片所需的不同额外桨距角补偿到对应的叶片上，减小机组受力，即叶片受力，从而减小叶片形变量和位移，增大叶尖到塔架表面的最小距离，从而解决风力发电机组塔架净空问题，保障风力发电机组安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种解决风力发电机组塔架净空问题的控制方法与模块
本专利技术涉及风力发电机组的
，尤其是指一种解决风力发电机组塔架净空问题的控制方法与模块。
技术介绍
随着风力发电技术的发展，风力发电机组容量越来越大，叶片越来越长，塔架越来越高，而风力发电机组常常运行在相对较为恶劣的外部环境中，这造成在运行过程中机组载荷越来越大，叶片的变形也很大，直接导致塔架净空问题严峻，对机组的设计与运行构成很大的挑战，如果一旦发生叶片扫塔，叶片被损坏，则需要更换叶片，而单只叶片的成本较高，这会增加维修成本，同时在更换叶片期间机组需停机，而机组停机必定会导致发电量的损失。另外，叶片扫塔可能会导致倒塔的发生，造成整机毁损，因此一旦发生叶片扫塔会为风电场带来极大的经济损失。风力发电机组的塔架净空是指叶轮在旋转过程中叶片的尖端到塔架表面的距离。叶片是将风能转化为电能的重要设备，塔架是风力发电机组的主要承重机构，为有效保证风力发电机组稳定运行，解决塔架净空问题显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种解决风力发电机组塔架净空问题的控制方法，其特征在于，该方法是通过监测塔架倾覆弯矩变化率以及机组的实时功率和桨距角，再分别与各自限定值进行对比，判断机组是否处于极端负剪切风况，若判断机组不处于极端负剪切风况下，则各叶片采用统一变桨控制策略，即采用机组的变桨控制器输出的原始变桨指令，一旦判断机组是处于极端负剪切风况下，则启动基于叶轮方位角的独立变桨IPC控制策略：根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，减小叶片受力不平衡，即在0度方位角，减小变桨角，增加叶片在0度方位角时的正向推力，而在180度方位角，增大变桨角，减小叶片在180度方位角时的正向推力，从而减小不平衡推力引入的塔架倾覆弯矩，减...

【技术特征摘要】
1.一种解决风力发电机组塔架净空问题的控制方法，其特征在于，该方法是通过监测塔架倾覆弯矩变化率以及机组的实时功率和桨距角，再分别与各自限定值进行对比，判断机组是否处于极端负剪切风况，若判断机组不处于极端负剪切风况下，则各叶片采用统一变桨控制策略，即采用机组的变桨控制器输出的原始变桨指令，一旦判断机组是处于极端负剪切风况下，则启动基于叶轮方位角的独立变桨IPC控制策略：根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，减小叶片受力不平衡，即在0度方位角，减小变桨角，增加叶片在0度方位角时的正向推力，而在180度方位角，增大变桨角，减小叶片在180度方位角时的正向推力，从而减小不平衡推力引入的塔架倾覆弯矩，减小叶片形变量，由于叶片净空问题仅在叶片靠近塔架处于180度方位角附近时出现，所以在某只叶片到达180度方位角之前提前变桨，减小叶片变形，但同时为了避免该提前变桨造成功率波动，需要对另外两只叶片的桨距角进行适当补偿达到功率恒定的目的，最终通过计算不同叶片所需的不同额外桨距角补偿到对应的叶片上，减小机组受力，即叶片受力，从而减小叶片形变量和位移，增大叶尖到塔架表面的最小距离，从而解决风力发电机组塔架净空问题，保障风力发电机组安全稳定运行。


2.根据权利要求1所述的一种解决风力发电机组塔架净空问题的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)计算塔架倾覆弯矩变化率；
测量塔架倾覆弯矩值，并经过二阶低通滤波器，计算出塔架倾覆弯矩变化率采用以下公式：



Myf(k)＝My(k)*F(s)
Myf(k-1)＝My(k-1)*F(s)



式中，F(s)为二阶低通滤波器传递函数，ξ为阻尼系数，ω为频率，s为拉普拉斯算子，k表示当前时刻，My(k)是当前时刻塔架倾覆弯矩值，Myf(k)是当前时刻塔架倾覆弯矩经过滤波后的值，k-1表示前一时刻，My(k-1)是前一时刻塔架倾覆弯矩值，Myf(k-1)是前一时刻塔架倾覆弯矩经过滤波后的值，T为采样时间；
2)测量机组的实时功率Pt和实时桨距角pitchangle；
3)判断是否启动独立变桨IPC控制策略；
启动独立变桨IPC控制策略必须同时满足三个条件：①塔架倾覆弯矩变化率不小于塔架倾覆弯矩变化率限定值；②实时功率不小于功率限定值；③实时桨距角不大于桨距角限定值；具体如下：



式中，F是塔架倾覆弯矩变化率限定值，PF是功率限定值，pitchangleF是桨距角限定值；
若都满足上述三个条件，则启动独立变桨IPC控制策略，执行步骤4)-7)；若有其中任意一个条件未满足，则不启动独立变桨IPC控制策略，各叶片采用统一变桨控制策略，即采用变桨控制器输出的原始变桨指令；
4)测量计算叶轮方位角；
测量叶片1的方位角，根据三叶片均匀分布在一个叶轮平面，计算出叶片2和叶片3的方位角，定义叶片垂直向上方位角为0°，通过传感器测量得到叶片1的方位角为α，则叶片2的方位角是在叶片1的方位角基础上加叶片3的方位角是在叶片1的方位角基础上加即：
RotorAzimuth1＝α






式中，RotorAzimuth1为叶片1的方位角，RotorAzimuth2为叶片2的方位角，RotorAzimuth3为叶片3的方位角；
5)计算各叶片额外桨距角补偿值；
基于叶轮方位角的独立变桨IPC控制策略，引入余弦函数，用于计算额外桨距角补偿值，并给定幅值AzimuthIPCAmplitude，幅值定义为A，同时考虑到机组的变桨系统的滞后性，将测量出的叶轮方位角附加一个角度RotorAzimuthAdvance，定义为β，达到提前动作的效果，即：
AzimuthIPCAmplitude＝A
RotorAzimuthAdvance＝β
Δpitchangle1＝-A*cos(α+β)






式中，Δpitchangle1为叶片1的额外桨距角补偿值，Δpitchangle2为叶片2的额外桨距角补偿值，Δpitchangle3为叶片3的额外桨距角补偿值；
6)计算各叶片桨距角给定值即变桨指令给定值；
变桨指令给定值等于变桨控制器输出的原始变桨指令pitchoriginal叠加上额外桨距角补偿值，即：
pitchdemand1＝pitchoriginal+Δpitchangle1
pitchdemand2＝pitchoriginal+Δpitchangle2
pitchdemand3＝pitchoriginal+Δpitchangle3
式中，pitchdemand1为叶片1的变桨指令给定值，pitchdemand2为叶片2的变桨指令给定值，pitchdemand3为叶片3的变桨指令给定值；
变桨控制器根据各叶片的变桨指令给定值，得到最终变桨指令；
7)执行桨距角变桨；
机组的变桨执行器根据变桨控制器发出的最终变桨指令调节各叶片桨距角，实现在降低叶片靠近塔架时叶片变形量的同时，也能够保障功率恒定，从而解决风力发电机组塔架净空问题。


3.根据权利要求2所述的一种解决风力发电机组塔架净空问题的控制方法，其特征在于，在步骤3)中，PF取0.7倍的额定功率，pitchangleF取4°。


4.一种解决风力发电机组塔架净空问题的控制模块，其特征在于，该模块是通过监测塔架倾覆弯矩变化率以及机组的实时功率和桨距角，再分别与各自限定值进行对比，判断机组是否处于极端负剪切风况...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玲，任永，邹荔兵，王超，卢军，王伟，张广兴，
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