基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法及系统，采集叶片载荷时序文件，根据各工况数据，计算叶片回馈功率瞬时峰值；其中工况数据包括：采样时刻下的叶片角度、叶片转矩与叶片转速；根据叶片回馈功率瞬时峰值，计算变桨系统设计需满足的瞬时电流最小值；变桨系统采用制动电阻或超级电容吸收叶片回馈能量；计算回馈能量最大值及制动电阻阻值上限并评估制动电阻载流能力与变桨系统整体热平衡，以设计变桨系统制动电阻值；根据回馈能量与消耗能量总和的最大值，以设计超级电容吸收叶片回馈能量，完成变桨系统馈能设计。完成变桨系统馈能设计。完成变桨系统馈能设计。

【技术实现步骤摘要】
基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法及系统


[0001]本专利技术涉及风电
，尤其涉及一种基于叶片载荷的变桨系统馈能设计方法。

技术介绍

[0002]国内风电机组正由3.XMW 平台向5.XMW及以上功率等级平台跨越，叶轮直径也由140m向190m甚至更高发展。
[0003]风机叶片的加长，对变桨系统设计提出了更高的要求。风机叶片加长使变桨系统载荷增大，同步地，叶片回馈能量也进一步提升。当下的变桨系统设计既需要满足叶片额定载荷以及峰值载荷，同时需要考虑叶片的瞬时与间歇性的能量回馈情况。此外，变桨系统实际应用中存在吊装与维护工况，与以往风机并网后的运行角度不同(并网后角度正常在
‑
10度至100度之间)，变桨系统的馈能设计需要考虑叶片在360度角度范围内可能产生的所有工况。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提出基于叶片载荷的变桨系统的馈能设计方法及系统，确保在变桨系统设计之初就充分考虑叶片的回馈能量，避免设计余量不足导致的风险。
[0005]本专利技术采用如下的技术方案：基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法，
[0006]包括以下步骤：
[0007]步骤1，采集叶片载荷时序文件，根据各工况数据，计算叶片回馈功率瞬时峰值；其中工况数据包括：采样时刻下的叶片角度、叶片转矩与叶片转速；
[0008]步骤2，根据步骤1中叶片回馈功率瞬时峰值，计算变桨系统设计需满足的瞬时电流最小值；
[0009]步骤3，设计变桨系统采用制动电阻吸收叶片回馈能量，则执行步骤4；变桨系统采用超级电容吸收叶片回馈能量执行步骤5；
[0010]步骤4，计算回馈能量最大值及制动电阻阻值上限并评估制动电阻载流能力与变桨系统整体热平衡，以设计变桨系统制动电阻值；
[0011]步骤5，根据回馈能量与消耗能量总和的最大值，计算变桨系统超级电容最大电压值及超级电容过压值。
[0012]步骤1包括：当叶片旋转角度在0度至360度内，采集采样时刻下的转矩与转速，将叶片回馈能量折算至变桨电机侧并计算每个采样时刻对应的变桨电机瞬时功率P
i
，其中叶片回馈功率瞬时峰值P
max
＝min{P1，P2，...,P
i
}，P
i
为第i个采样时刻变桨电机瞬时功率。
[0013]变桨电机瞬时功率其中T
i
为变桨电机转矩，变桨电机转矩为叶片转矩与减速机速比之间的比值；N
i
为变桨电机转速，变桨电机转速为叶片转速与减速机速比之间的乘积；α为减速机效率值。
[0014]根据步骤1中所得回馈功率瞬时峰值P
max
，计算得到变桨系统设计需满足的瞬时电
流最小值为其中V0为变桨系统回馈能量吸收时刻的开启电压值。
[0015]变桨系统采用制动电阻或超级电容来吸收回馈能量：若采用制动电阻吸收回馈能量，则回馈能量最终转化为制动电阻侧热能；若采用超级电容吸收回馈能量，则回馈能量会短时存入超级电容中，当超级电容电压高于变桨系统设计正常工作电压时，回馈能量在耗能阶段被使用，直至电压恢复到设计正常工作电压。
[0016]步骤4包括：
[0017]步骤4.1，计算变桨系统制动电阻阻值上限
[0018]步骤4.2，选择制动电阻R并判断在连续指定时间内叶片回馈能量最大值加载下制动电阻R的载流能力，其中制动电阻R阻值小于变桨系统制动阻值上限，如果满足载流能力则执行步骤4.3，反之重新选择制动电阻阻值并进行载流能力判断；
[0019]步骤4.3，判断制动电阻是否满足变桨系统整体热平衡，如果否则执行步骤 4.2。
[0020]连续指定时间内叶片回馈能量其中t为采样周期；其中t为采样周期；为变桨电机瞬时功率值的回馈功率部分；a为对应连续指定时间的起始时刻，b为对应连续指定时间的终止时刻；计算1s、3s、5s、30s、120s内对应的叶片回馈总能量最大值W
j
‑
max
＝min(W1,W2,...，W
j
)，分别为W
1s
‑
max
， W
3s
‑
max
，W
5s
‑
max
，W
30s
‑
max
和W
120s
‑
max
。
[0021]制动电阻R的载流能力判断包括：以W
1s
‑
max
，W
3s
‑
max
，W
5s
‑
max
，W
30s
‑
max
和W
120s
‑
max
为能量输入，以1s、3s、5s、30s、120s为测试时间，使制动电阻R两端通以电流其中W
j
‑
max
分别为W
1s
‑
max
，W
3s
‑
max
，W
5s
‑
max
，W
30s
‑
max
和W
120s
‑
max
； T
j
为1s、3s、5s、30s、120s对应的连续指定时间；R<R
max
；若制动电阻R在测试时间内正常工作且不烧毁则认为该制动电阻R满足载流能力需求；
[0022]变桨系统整体热平衡评估：以120s为一个测试周期时间，以W
120s
‑
max
为一个周期的能量输入，连续测试60个周期，若制动电阻R与变桨系统内各温度采集点温度上升在超温故障判定限值以内，则认为该制动电阻满足变桨系统整体热平衡。
[0023]步骤5包括：计算回馈能量与消耗能量总和W
k
＝∑P
i
*t，其中P
i
为变桨电机瞬时功率值；t为采样周期，当P
i
为正值时，则叶片消耗能量；当P
i
为负值时，则叶片回馈能量；
[0024]计算回馈能量与消耗能量总和的最大值W
k
‑
max
＝min(W1‑
max
， W2‑
max
，...,W
n
‑
max
)，其中n为总的数据采样次数。
[0025]步骤5还包括：计算变桨系统超级电容可达到的最大电压V
max
：式中，η为变桨系统回馈能量的转化效率系数，C为变桨系统超级电容容值，V1为变桨系统设计正常工作电压；变桨系统的超级电容过压值的设计裕量X取值为1.2～1.35；变桨系统正常下超级电容电压为V1，则设计最大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，采集叶片载荷时序文件，根据各工况数据，计算叶片回馈功率瞬时峰值；其中工况数据包括：采样时刻下的叶片角度、叶片转矩与叶片转速；步骤2，根据步骤1中叶片回馈功率瞬时峰值，计算变桨系统设计需满足的瞬时电流最小值；步骤3，设计变桨系统采用制动电阻吸收叶片回馈能量，则执行步骤4；变桨系统采用超级电容吸收叶片回馈能量执行步骤5；步骤4，计算回馈能量最大值及制动电阻阻值上限并评估制动电阻载流能力与变桨系统整体热平衡，以设计变桨系统制动电阻值；步骤5，根据回馈能量与消耗能量总和的最大值，计算变桨系统的超级电容最大电压值及超级电容过压值。2.根据权利要求1所述的基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法，其特征在于：步骤1包括：当叶片旋转角度在0度至360度内，采集采样时刻下的转矩与转速，将叶片回馈能量折算至变桨电机侧并计算每个采样时刻对应的变桨电机瞬时功率P
i
，其中叶片回馈功率瞬时峰值P
max
＝min{P1，P2，...,P
i
}，P
i
为第i个采样时刻变桨电机瞬时功率。3.根据权利要求2所述的基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法，其特征在于：变桨电机瞬时功率其中T
i
为变桨电机转矩，变桨电机转矩为叶片转矩与减速机速比之间的比值；N
i
为变桨电机转速，变桨电机转速为叶片转速与减速机速比之间的乘积；α为减速机效率值。4.根据权利要求3所述的基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法，其特征在于：根据步骤1中所得回馈功率瞬时峰值P
max
，计算得到变桨系统设计需满足的瞬时电流最小值为其中V0为变桨系统回馈能量吸收时刻的开启电压值。5.根据权利要求1所述的基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法，其特征在于：变桨系统采用制动电阻或超级电容来吸收回馈能量：若采用制动电阻吸收回馈能量，则回馈能量最终转化为制动电阻侧热能；若采用超级电容吸收回馈能量，则回馈能量会短时存入超级电容中，当超级电容电压高于变桨系统设计正常工作电压时，回馈能量在耗能阶段被使用，直至电压恢复到设计正常工作电压。6.根据权利要求1所述的基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法，其特征在于：步骤4包括：步骤4.1，计算变桨系统制动电阻阻值上限步骤4.2，选择制动电阻R并判断在连续指定时间内叶片回馈能量最大值加载下制动电阻R的载流能力，其中制动电阻R阻值小于变桨系统制动阻值上限，如果满足载流能力则执行步骤4.3，反之重新选择制动电阻阻值并进行载流能力判断；步骤4.3，判断制动电阻是否满足变桨系统整体热平衡，如果否则执行步骤4.2。7.根据权利要求6所述的基于叶片载荷计算的变桨系统的馈能设计方法，其特征在于：
连续指定时间内叶片回馈能量其中t为采样周期；其中t为采样周期；为变桨电机瞬时功率值的回馈功率部分；a为对应连续指定时间的起始时刻，b为对应连续指定时间的终止时刻；计算1s、3s、5s、30s、120s内对应的叶片回馈总能量最大值W
j
‑
max
＝min(W1,W2,...，W
j
)，分别为W
1s
‑
max
，W
3s
‑
max
，W
5s
‑
max
，W
30s
‑
max
和W
120s
‑
max
。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振威，郑皓，张俊，刘佳伟，王银涛，张宗魁，刘小雪，
申请(专利权)人：国能信控互联技术有限公司，
类型：发明
国别省市：