海上双风轮漂浮式风电机组的推力平衡控制方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种海上双风轮漂浮式风电机组的推力平衡控制方法与系统，包括：1)采集漂浮式风电机组的对风偏差角度并进行数据处理，以获得漂浮式风电机组的对风偏差有效角度；2)根据漂浮式风电机组的对风偏差有效角度，计算两个风轮的变桨补偿角度，通过将变桨补偿角度叠加到两个风轮上，实现两个风轮的推力平衡控制。本发明专利技术通过测量对风偏差角度，计算得到风轮推力补偿变桨指令，施加到漂浮式风电机组的左右风轮上，主动平衡双风轮的推力，实现机组对风并降低运行载荷。实现机组对风并降低运行载荷。实现机组对风并降低运行载荷。

【技术实现步骤摘要】
海上双风轮漂浮式风电机组的推力平衡控制方法与系统


[0001]本专利技术涉及风电机组控制的
，尤其是指一种海上双风轮漂浮式风电机组的推力平衡控制方法、系统、存储介质及计算设备。

技术介绍

[0002]对于海上漂浮式风电机组，漂浮式基础、系泊系统和施工安装占据主要成本。为降低漂浮式风电机组单位造价成本，需要进一步降低机组的运行载荷。为实现更大兆瓦的漂浮式风电机组，漂浮式基础上安装两台风机，组成双风轮漂浮式风电机组。在机组运行过程中，由于风
‑
浪
‑
流的联合作用，引起漂浮式机组的两个风轮推力不平衡，导致漂浮式风电机组出现较大对风偏差、疲劳载荷增加。为此，需要提出一种双风轮的推力平衡控制方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种海上双风轮漂浮式风电机组的推力平衡控制方法，通过测量对风偏差角度，计算得到风轮推力补偿变桨指令，施加到漂浮式风电机组的左右风轮上，主动平衡双风轮的推力，实现机组对风并降低运行载荷。
[0004]本专利技术的第二目的在于提供一种海上双风轮漂浮式风电机组的推力平衡控制系统。
[0005]本专利技术的第三目的在于提供一种存储介质。
[0006]本专利技术的第四目的在于提供一种计算设备。
[0007]本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现：一种海上双风轮漂浮式风电机组的推力平衡控制方法，执行以下操作：
[0008]1)采集漂浮式风电机组的对风偏差角度并进行数据处理，以获得漂浮式风电机组的对风偏差有效角度；
[0009]2)根据漂浮式风电机组的对风偏差有效角度，计算两个风轮的变桨补偿角度，通过将变桨补偿角度叠加到两个风轮上，实现两个风轮的推力平衡控制。
[0010]进一步，在步骤1)中，通过风向传感器采集漂浮式风电机组的对风偏差角度，所述风向传感器能够安装在漂浮式风电机组的漂浮式基础上，也能够安装在两个风轮的机舱上，与漂浮式基础共同运动，实时采集漂浮式风电机组的对风偏差角度；所述漂浮式风电机组上能够安装多个风向传感器，冗余的风向传感器能够增加对风偏差角度测量的可靠性；若采用多个风向传感器，则多个测量值能够通过加权的方式得出机组的对风偏差；
[0011]对风偏差角度具体公式如下：
[0012][0013]在上式中，表示机组的对风偏差角度；θ1表示风向传感器1测量的对风偏差角度；η1表示风向传感器1的加权系数；θ2表示风向传感器2测量的对风偏差角度；η2表示风向传感器2的加权系数；θ
n
表示风向传感器n测量的对风偏差角度；η
n
表示风向传感器n的加权系数；
加权系数η1、η2到η
n
的取值范围0到1之间，精度高的传感器选大的加权系数，并且满足加权系数之和η1+η2+
…
+η
n
等于1；
[0014]为避免高频噪声对测量数据的干扰，应对机组的对风偏差角度作必要滤波，滤波器包含低通滤波和带阻滤波，对对风偏差角度数据中高频成分进行衰减，滤波后的机组的对风偏差角度称为对风偏差有效角度，具体公式如下：
[0015][0016]在上式中，θ
F
表示对风偏差有效角度；F(s)表示对风偏差滤波器。
[0017]进一步，在步骤2)中，漂浮式风电机组的对风偏差有效角度反映了两个风轮的推力不平衡程度，分如下两种情况控制：
[0018]第一种情况：当对风偏差有效角度大于或等于零时；
[0019]此时，右侧风轮推力大于左侧风轮，因此，通过增加右侧风轮的变桨角度，以降低右侧风轮的推力，使两个风轮的推力达到平衡，具体公式如下：
[0020][0021]在上式中，β
R,1
表示右侧风轮叶片1的最终变桨指令；β
R,2
表示右侧风轮叶片2的最终变桨指令；β
R,3
表示右侧风轮叶片3的最终变桨指令；表示右侧风轮变桨控制器输出的叶片1变桨指令；表示右侧风轮变桨控制器输出的叶片2变桨指令；表示右侧风轮变桨控制器输出的叶片3变桨指令；k
p
表示推力平衡控制比例增益；θ
F
表示对风偏差有效角度；k
i
表示推力平衡控制积分增益；∫θ
F
dt表示对风偏差有效角度的积分；if(θ
F
≥0)表示判断条件，当对风偏差有效角度大于或等于零时；
[0022]通过在左侧风轮上叠加独立变桨角度，提供绕系泊点顺时针回转的力矩，使机组绕系泊点顺时针偏转，减小对风偏差，具体公式如下：
[0023][0024]在上式中，β
L,1
表示左侧风轮叶片1的最终变桨指令；β
L,2
表示左侧风轮叶片2的最终变桨指令；β
L,3
表示左侧风轮叶片3的最终变桨指令；表示左侧风轮变桨控制器输出的叶片1变桨指令；表示左侧风轮变桨控制器输出的叶片2变桨指令；表示左侧风轮变桨控制器输出的叶片3变桨指令；A
L
表示左侧风轮回复力矩增益；φ
L,1
表示左侧风轮叶片1的方位角；φ
L,2
表示左侧风轮叶片2的方位角；φ
L,3
表示左侧风轮叶片3的方位角；ω
r,L
表示左侧风轮转速；τ表示变桨系统时间延迟；if(θ
F
≥0)表示判断条件，当对风偏差有效角度大于或等于零时；
[0025]第二种情况：当对风偏差有效角度小于零时；
[0026]此时，左侧风轮推力大于右侧风轮，因此，通过增加左侧风轮的变桨角度，以降低
左侧风轮的推力，使两个风轮的推力达到平衡，具体公式如下：
[0027][0028]在上式中，β
L,1
表示左侧风轮叶片1的最终变桨指令；β
L,2
表示左侧风轮叶片2的最终变桨指令；β
L,3
表示左侧风轮叶片3的最终变桨指令；表示左侧风轮变桨控制器输出的叶片1变桨指令；表示左侧风轮变桨控制器输出的叶片2变桨指令；表示左侧风轮变桨控制器输出的叶片3变桨指令；k
p
表示推力平衡控制比例增益；θ
F
表示对风偏差有效角度；k
i
表示推力平衡控制积分增益；∫(
‑
θ
F
)dt表示对风偏差有效角度的积分；if(θ
F
＜0)表示判断条件，当对风偏差有效角度小于零时；
[0029]通过在右侧风轮上叠加独立变桨角度，提供绕系泊点逆时针回转的力矩，使机组绕系泊点逆时针偏转，减小对风偏差，具体公式如下：
[0030][0031]在上式中，β
R,1
表示右侧风轮叶片1的最终变桨指令；β
R,2
表示右侧风轮叶片2的最终变桨指令；β
R,3
表示右侧风轮叶片3的最终变桨指令；表示右侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上双风轮漂浮式风电机组的推力平衡控制方法，其特征在于，执行以下操作：1)采集漂浮式风电机组的对风偏差角度并进行数据处理，以获得漂浮式风电机组的对风偏差有效角度；2)根据漂浮式风电机组的对风偏差有效角度，计算两个风轮的变桨补偿角度，通过将变桨补偿角度叠加到两个风轮上，实现两个风轮的推力平衡控制。2.根据权利要求1所述的一种海上双风轮漂浮式风电机组的推力平衡控制方法，其特征在于，在步骤1)中，通过风向传感器采集漂浮式风电机组的对风偏差角度，所述风向传感器能够安装在漂浮式风电机组的漂浮式基础上，也能够安装在两个风轮的机舱上，与漂浮式基础共同运动，实时采集漂浮式风电机组的对风偏差角度；所述漂浮式风电机组上能够安装多个风向传感器，冗余的风向传感器能够增加对风偏差角度测量的可靠性；若采用多个风向传感器，则多个测量值能够通过加权的方式得出机组的对风偏差；对风偏差角度具体公式如下：在上式中，表示机组的对风偏差角度；θ1表示风向传感器1测量的对风偏差角度；η1表示风向传感器1的加权系数；θ2表示风向传感器2测量的对风偏差角度；η2表示风向传感器2的加权系数；θ
n
表示风向传感器n测量的对风偏差角度；η
n
表示风向传感器n的加权系数；加权系数η1、η2到η
n
的取值范围0到1之间，精度高的传感器选大的加权系数，并且满足加权系数之和η1+η2+
…
+η
n
等于1；为避免高频噪声对测量数据的干扰，应对机组的对风偏差角度作必要滤波，滤波器包含低通滤波和带阻滤波，对对风偏差角度数据中高频成分进行衰减，滤波后的机组的对风偏差角度称为对风偏差有效角度，具体公式如下：在上式中，θ
F
表示对风偏差有效角度；F(s)表示对风偏差滤波器。3.根据权利要求2所述的一种海上双风轮漂浮式风电机组的推力平衡控制方法，其特征在于，在步骤2)中，漂浮式风电机组的对风偏差有效角度反映了两个风轮的推力不平衡程度，分如下两种情况控制：第一种情况：当对风偏差有效角度大于或等于零时；此时，右侧风轮推力大于左侧风轮，因此，通过增加右侧风轮的变桨角度，以降低右侧风轮的推力，使两个风轮的推力达到平衡，具体公式如下：在上式中，β
R,1
表示右侧风轮叶片1的最终变桨指令；β
R,2
表示右侧风轮叶片2的最终变桨指令；β
R,3
表示右侧风轮叶片3的最终变桨指令；表示右侧风轮变桨控制器输出的叶片1变桨指令；表示右侧风轮变桨控制器输出的叶片2变桨指令；表示右侧风轮变桨控制器输出的叶片3变桨指令；k
p
表示推力平衡控制比例增益；θ
F
表示对风偏差有效角度；k
i
表
示推力平衡控制积分增益；∫θ
F
dt表示对风偏差有效角度的积分；if(θ
F
≥0)表示判断条件，当对风偏差有效角度大于或等于零时；通过在左侧风轮上叠加独立变桨角度，提供绕系泊点顺时针回转的力矩，使机组绕系泊点顺时针偏转，减小对风偏差，具体公式如下：在上式中，β
L,1
表示左侧风轮叶片1的最终变桨指令；β
L,2
表示左侧风轮叶片2的最终变桨指令；β
L,3
表示左侧风轮叶片3的最终变桨指令；表示左侧风轮变桨控制器输出的叶片1变桨指令；表示左侧风轮变桨控制器输出的叶片2变桨指令；表示左侧风轮变桨控制器输出的叶片3变桨指令；A
L
表示左侧风轮回复力矩增益；φ
L,1
表示左侧风轮叶片1的方位角；φ
L,2
表示左侧风轮叶片2的方位角；φ
L,3
表示左侧风轮叶片3的方位角；ω
r,L
表示左侧风轮转速；τ表示变桨系统时间延迟；if(θ
F
≥0)表示判断条件，当对风偏差有效角度大于或等于零时；第二种情况：当对风偏差有效角度小于零时；此时，左侧风轮推力大于右侧风...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，马冲，段博志，
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：