一种兆瓦级风力发电机组变桨距系统运动控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种兆瓦级风力发电机组变桨距控制系统运动控制方法，包括：首先初始化，并进行七段式变桨，然后在变桨过程中，进行周期性采样，接着调整变桨，本发明专利技术是针对风电机组变桨系统而设计，能根据风力机转速和风电机组所处状态找出合适的加速度变化率和最大加速度和最大速度，从而能有效的抑制风电机组的俯仰振动（用PID控制需要仿真实验确定）。满足风电机组并网的快速性、发电的高效性和稳定性要求，保证了风电机组的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种兆瓦级风力发电机组变桨距控制的快速控制方法，属于新能源发电技术中的风力发电机组变桨距控制

技术介绍
变桨系统也即变桨距系统，是指通过控制技术改变叶片桨距角以提高风能效率和获得最佳能量输出的系统。变桨距系统在风电机组中的主要作用有 一、在风力发电机组启动时进行风轮转速调节，使得机组快速的并入电网，保证并网的快速性； 二、风电机组在额定风速以下运行时，桨叶位置必须精确稳定控制，保证机组有最大 风能利用系数的条件运行。三、风电机组在额定风速以上运行时，根据风力的大小的变化进行桨叶节距角控制，使风电机组输出稳定在额定功率附近，保证输出功率的稳定性。四、当风速大小超过风电机组的切出风速或遇到紧急情况，风力发电机组依靠变桨距系统的快速顺桨，达到气动刹车的目的，保证风电机组的安全性。五、通过控制桨叶变化的速度及加速度，抑制风力发电机组的俯仰振动，保证机组的疲劳载荷不超过设计值。六、风电机组在不同的状态(开桨、并网、发电和关桨)，变桨有不同的加速度和速度需求，并且发电状态不同风况也需要不同的加速度和加速度，保证机组最优运行。随着风力机功率的增大，对并网的快速性、风能利用率、风对桨叶和机组的振动冲击、机组运行安全性提出了更高的要求。而变桨加速度，变桨速度和变桨精度不仅与并网速率、风能利用率、风电机组的俯仰振动密切相关，也决定着风电机组能否安全运行。如果变桨距系统不能可靠运行，轻则可能导致风电机组并网困难、俯仰振动大、发电效率低或风能利用系数低(额定风速以下)、功率输出波动大(超过额定风速时)、疲劳载荷大、机组寿命简短，重则塔架折断，机舱摔倒地上。现在通用的变桨伺服控制器好多是直接从机床伺服点位控制器引进过来，不管是梯形规划还是s型规划都很难完全满足以上风电机组变桨距的需求。如加速度值不能灵活变化，不能满足具有大惯性系统的桨叶变惯性矩控制，从而不能有效的抑制风力机的俯仰振动。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种加速度、速度能灵活变化的柔性变桨运动控制系统，用以有效抑制风电机组俯仰振动。为了实现上述目的，本专利技术的方案是 一种兆瓦级风力发电机组变桨距控制的快速控制方法，包括如下步骤 I)初始化监测桨叶初始位置Sini (O)、初始加速度aini (O)和初始速度Vini (0)，根据机组所处的状态和风速情况确定变桨加速度变化率k (O)、所能达到的最大加速度amax (O)和最大速度Vmax (0)，接收目标位置Sa指令，进行七段式变桨；2)变桨过程中，进行周期性采样在每个采样周期开始时，监测变桨加速度、变桨速度和当前位置，并将监测值分别记为该采样周期的初始变桨加速度aini(n)、初始变桨速度Vini(η)和初始位置Sini (n);同时，根据机组所处的状态与风速情况，为机组设计适合该采样周期的加速度变化率k (η)、最大加速度amax (η)、最大速度Vmax (η)和目标位置Sa (n);(该步骤中，n>0) 3)调整变桨以步骤2)得到的加速度变化率k(η)、最大加速度amax (η)、最大速度Vmax (η)、目标位置Sa (η)、初始变桨加速度aini (η)、初始变桨速度Vini (η)和Sini (η)为参数，进行七段式变桨；(该步骤中η>0) 所谓七段式变桨是指从初始位置Sini (η)到目标位置Sa，从初始加速度aini (η)、初始速度Vini到加速度、速度均为零，将一个完整的变桨过程记为一个规划周期，该规划周期最多包括七个阶段正向加速度增加阶段，正向加速度恒定阶段，正向加速度减小阶段，零加速度阶段，加速度反向增加阶段，反向加速度恒定阶段，反向加速度减少阶段；每一阶段 对应时间TI、Τ2、Τ3、Τ4、Τ5、Τ6、Τ7 ;正向、反向加速度增加/减少变化率相同，记为k (η);该加速度变化率k，以及变桨过程中所能达到的最大加速度Eimax (η)和最大速度Vmax (η)，根据机组所处的状态和风速情况确定。(本段中，η不小于O) 所述进行七段式变桨，是指以得到的加速度变化率k (η)、最大加速度amax (η)、最大速度乂_ (η)、目标位置Sa (η)、初始变桨加速度aini (η)、初始变桨速度Vini (η)和Sini (η)为参数，进行判断与计算，得出每一阶段对应时间Tl、Τ2、Τ3、Τ4、Τ5、Τ6、Τ7，从而取代变桨执行机构的实时速度，控制变桨执行机构进行变桨。步骤2)所述的采样周期小于所述的规划周期；一个采样周期结束，桨叶按照设计规划所应达到的位置称为规划位置。若上一个采样周期的加速度变化率k (n-Ι)、最大加速度amax (n_l)、最大速度Vmax(n-Ι)的值和目标位置Sa与本采样周期的值相同，仍按照上一采样周期的参数进行变桨；(η>1) 若按照上一采样周期的参数进行变桨，在本次采样周期开始时，比较当前位置Sini (η)与上一个采样周期的规划位置，若其差值超过允许误差，则进行记录； 如果在一个规划周期内，记录到所述超过允许误差的次数超过设定次数，则进行报警。所述的判断与计算是基于对变桨过程的分类，共设定了 10种变桨运动类别，分别为1类，Τ1-Τ7所有时间段均大于零；11类，Τ6=0，其他时间段大于零；111类，Τ4=0，其他时间段大于零；IV类；Τ4=Τ6=0，其他时间段大于零；V类，Τ1-Τ3大于零，其他时间段等于零；VI类，Τ2=0，其他时间段大于零；VII类，T2=T6=0，其他时间段大于零；VIII类，T2=T4=0，其他时间段大于零；ΙΧ，Τ2=Τ4=Τ6=0，其他时间段大于零；Χ类，Τ1、Τ3大于零，其他时间段等于零。所述的判断与计算包括通过假设、计算，判定对应采样周期的变桨运动类别 首先假设Τ4>0，计算Τ2， 若Τ2非负 假设Τ4>0, Τ6>0则计算Τ4，若Τ4非负，为I类； 若Τ4为负，则假设Τ4>0，Τ6=0,计算Τ4，若Τ4非负，为II类； 若Τ4为负，则假设Τ2>0、Τ4=0、Τ6>0计算Τ2，若Τ2为负，则参照Τ2=0的时的判别；若T2非负，则计算Τ6，若Τ6为非负，为III类；若Τ6为负，则假设Τ4=0、Τ5>0、Τ6=0计算Τ5，若Τ5为正，为IV类；若Τ5为负，为X类； 若Τ2为负数，则Τ2=0: 假设Τ4>0, Τ6>0则计算Τ4，若Τ4非负，为VI类； 若Τ4为负，则假设Τ4>0, Τ6=0,计算Τ4，若Τ4非负，为VII类； 若Τ4为负，则假设Τ4=0、Τ6>0，计算Τ6，若Τ6非负，为VIII类; 若Τ6为负，则假设Τ4=0、Τ5>0、Τ6=0，计算Τ5，若Τ5为正，为IX类； 若Τ5为负，为X类。 每个采样周期开始时，还要判断初始位置Sini (η)与上一个采样周期的初始位置Sini (n-Ι)相比是否变化，若无变化，则提示系统故障并停机。(η>1) 与现有技术比较，采用本专利技术的系统具有以下优点 I.针对风电机组变桨系统而设计，能根据风力机转速和风电机组所处状态找出合适的加速度变化率和最大加速度和最大速度，从而能有效的抑制风电机组的俯仰振动(用PID控制需要仿真本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兆瓦级风力发电机组变桨距系统运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：？1)？初始化：监测桨叶初始位置Sini（0）、初始加速度aini（0）和初始速度Vini（0），根据机组所处的状态和风速情况确定变桨加速度变化率k（0）、所能达到的最大加速度amax（0）和最大速度Vmax（0），接收目标位置Sa指令，进行七段式变桨；2)？变桨过程中，进行周期性采样：在每个采样周期开始时，监测变桨加速度、变桨速度和当前位置，并将监测值分别记为该采样周期的初始变桨加速度aini（n）、初始变桨速度Vini（n）和初始位置Sini（n）；同时，根据机组所处的状态与风速情况，为机组设计适合该采样周期的加速度变化率k（n）、最大加速度amax（n）、最大速度Vmax（n）和目标位置Sa（n）；（n>0）3)？调整变桨：以步骤2）得到的加速度变化率k（n）、最大加速度amax（n）、最大速度Vmax（n）、目标位置Sa（n）、初始变桨加速度aini（n）、初始变桨速度Vini（n）和Sini（n）为参数，进行七段式变桨；（n>0）所述七段式变桨是指：从初始位置Sini（n）到目标位置Sa，从初始加速度aini（n）、初始速度Vini到加速度、速度均为零，将一个完整的变桨过程记为一个规划周期，该规划周期最多包括七个阶段：正向加速度增加阶段，正向加速度恒定阶段，正向加速度减小阶段，零加速度阶段，加速度反向增加阶段，反向加速度恒定阶段，反向加速度减少阶段；每一阶段对应时间T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7；正向、反向加速度增加/减少变化率相同，记为k（n）；该加速度变化率k，以及变桨过程中所能达到的最大加速度amax（n）和最大速度Vmax（n），根据机组所处的状态和风速情况确定；（n>0）所述进行七段式变桨，是指以得到的加速度变化率k（n）、最大加速度amax（n）、最大速度Vmax（n）、目标位置Sa（n）、初始变桨加速度aini（n）、初始变桨速度Vini（n）和Sini（n）为参数，进行判断与计算，得出每一阶段对应时间T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7，从而取代变桨执行机构的实时速度，控制变桨执行机构进行变桨。...

【技术特征摘要】
1.一种兆瓦级风力发电机组变桨距系统运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤 1)初始化监测桨叶初始位置Sini(O)、初始加速度aini (O)和初始速度Vini (0)，根据机组所处的状态和风速情况确定变桨加速度变化率k (O)、所能达到的最大加速度a_ (0)和最大速度Vmax (0)，接收目标位置Sa指令，进行七段式变桨； 2)变桨过程中，进行周期性采样在每个采样周期开始时，监测变桨加速度、变桨速度和当前位置，并将监测值分别记为该采样周期的初始变桨加速度aini(n)、初始变桨速度Vini(n)和初始位置Sini (n);同时，根据机组所处的状态与风速情况，为机组设计适合该采样周期的加速度变化率k (n)、最大加速度amax (n)、最大速度Vmax (n)和目标位置Sa (n); (n>0) 3)调整变桨以步骤2)得到的加速度变化率k(n)、最大加速度amax (n)、最大速度Vmax (n)、目标位置Sa (n)、初始变桨加速度aini (n)、初始变桨速度Vini UWPSini (n)为参数，进行七段式变桨；(n>0) 所述七段式变桨是指从初始位置Sini (n)到目标位置Sa，从初始加速度aini (n)、初始速度Vini到加速度、速度均为零，将一个完整的变桨过程记为一个规划周期，该规划周期最多包括七个阶段正向加速度增加阶段，正向加速度恒定阶段，正向加速度减小阶段，零加速度阶段，加速度反向增加阶段，反向加速度恒定阶段，反向加速度减少阶段；每一阶段对应时间TI、T2、T3、T4、T5、T6、T7 ;正向、反向加速度增加/减少变化率相同，记为k (n);该加速度变化率k，以及变桨过程中所能达到的最大加速度Eimax (n)和最大速度Vmax (n)，根据机组所处的状态和风速情况确定；(n>0) 所述进行七段式变桨，是指以得到的加速度变化率k (n)、最大加速度a_ (n)、最大速度Vmax (n)、目标位置Sa (n)、初始变桨加速度aini (n)、初始变桨速度Vini UWPSini (n)为参数，进行判断与计算，得出每一阶段对应时间Tl、T2、T3、T4、T5、T6、17，从而取代变桨执行机构的实时速度，控制变桨执行机构进行变桨。2.根据权利要求I所述的一种兆瓦级风力发电机组变桨距系统运动控制方法，其特征在于，步骤2)所述的采样周期小于所述的规划周期；一个采样周期结束，桨叶按照设计规划所应达到的位置称为规划位置。3.根据权利要求I所述的一种兆瓦级风力发电机组变桨距系统运动控制方法，其特征在于，若上一个采样周期的加速度变化率k (n-1)、最大加速度amax (n-1)、最大速度Vmax(n-1)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大为，陶学军，李朝锋，李红刚，张举良，赵瑞杰，赵冉，胡剑生，王艳领，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许继电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：