[發(fā)明專(zhuān)利]浮動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組塔架負(fù)阻尼抑制系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310531222.1
• 申請(qǐng)日: 2013-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103541861A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃國(guó)燕;李強(qiáng);李健;張建海
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 新疆金風(fēng)科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F03D7/00
• 分類(lèi)號(hào): F03D7/00
• 代理公司: 北京銘碩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 王兆賡;張川緒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略，更具體地講，涉及一種用于抑制浮動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組在滿(mǎn)發(fā)工況下由塔架運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)阻尼作用的浮動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組塔架負(fù)阻尼抑制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

隨著海上風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展以及近海風(fēng)資源的日益開(kāi)發(fā)，近海環(huán)境、漁業(yè)、海上交通等因素限制，逐步由近海風(fēng)電開(kāi)始擴(kuò)展深海區(qū)域。深海風(fēng)電技術(shù)需要采用浮動(dòng)式基礎(chǔ)平臺(tái)作為支撐，并采用錨鏈設(shè)備、動(dòng)力定位設(shè)備等對(duì)浮動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行定位、保持穩(wěn)定。

浮動(dòng)式機(jī)組承載平臺(tái)受到海洋環(huán)境波浪、海流等作用，影響機(jī)組整體性能，各部件載荷尤其是塔架底部載荷較陸地基礎(chǔ)大。載荷增大的原因主要是基礎(chǔ)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)所產(chǎn)生的慣性力作用。由此，需要對(duì)整體結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足浮動(dòng)式機(jī)組在海洋惡劣的環(huán)境能夠安全可靠地服役。目前，有兩種方案可以解決塔架底部載荷增大的問(wèn)題，一個(gè)是可以增加塔架剛度，但從經(jīng)濟(jì)上分析成本增加很多；另一個(gè)方法是改善平臺(tái)的響應(yīng)機(jī)制，降低基礎(chǔ)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅度。

改善平臺(tái)響應(yīng)機(jī)制比較可行且成本較低的方法是提高平臺(tái)的阻尼。變速變槳機(jī)組采用傳統(tǒng)的控制策略，在額定風(fēng)速以上即恒功率階段，機(jī)組承受的軸向推力隨著槳距角的增大而減小。由于基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)，以及機(jī)組的控制特性，容易在額定風(fēng)速以上運(yùn)行區(qū)域產(chǎn)生負(fù)阻尼，直接導(dǎo)致整機(jī)發(fā)生諧振。因此，需要改善平臺(tái)的阻尼值，其越大越好。

浮動(dòng)機(jī)組系統(tǒng)負(fù)阻尼的產(chǎn)生，會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)越來(lái)越不穩(wěn)定，影響機(jī)組的發(fā)電性能；同時(shí)容易造成發(fā)電機(jī)過(guò)速、機(jī)艙加速度超限、浮體平臺(tái)傾斜嚴(yán)重等問(wèn)題。浮動(dòng)式機(jī)組在強(qiáng)陣風(fēng)作用下，變槳?jiǎng)幼骺焖夙憫?yīng)更容易造成塔架一階固有頻率和浮體平臺(tái)縱傾頻率振動(dòng)加劇，從而使整機(jī)更不穩(wěn)定。

第200480040652.2號(hào)中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種風(fēng)力發(fā)電裝置及其主動(dòng)式減振方法以及風(fēng)車(chē)塔架。該專(zhuān)利的實(shí)現(xiàn)方法如下所述。利用安裝在機(jī)艙內(nèi)部檢測(cè)機(jī)艙振動(dòng)的加速度儀，根據(jù)加速度儀檢測(cè)的加速度信號(hào)，進(jìn)行積分求出速度，并對(duì)速度進(jìn)行相位補(bǔ)償調(diào)整；利用速度計(jì)算出用來(lái)使風(fēng)機(jī)葉片產(chǎn)生消除機(jī)艙振動(dòng)的推力的槳距角，并與主控制器計(jì)算的槳距角需求加法處理，得到變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需求指令。

然而，該專(zhuān)利雖然用于陸地機(jī)組能較好地體現(xiàn)效果，但是對(duì)于海上浮動(dòng)式機(jī)組則效果不明顯。該專(zhuān)利的變槳補(bǔ)償控制器的輸入為機(jī)艙瞬時(shí)速度，直接以瞬時(shí)速度乘以增益得到變槳補(bǔ)償指令，指令值會(huì)經(jīng)常過(guò)大以致最終輸出給變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需求指令過(guò)大，變槳?jiǎng)幼骺焖?，?duì)抑制負(fù)阻尼的產(chǎn)生起較小的作用，甚至加劇負(fù)阻尼擴(kuò)大；該專(zhuān)利對(duì)加速度信號(hào)采用相位補(bǔ)償調(diào)整和二階低通濾波，未采用帶通濾波器以截取塔架一階固有頻率對(duì)應(yīng)的加速度信號(hào)，這樣容易產(chǎn)生得到的變槳補(bǔ)償值并不是由于塔架固有頻率振動(dòng)造成的。

第201210333685.2號(hào)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)用于海上浮動(dòng)式機(jī)組，對(duì)塔架本征固有頻率振動(dòng)進(jìn)行衰減。利用機(jī)艙加速度儀采集的加速度信號(hào)，進(jìn)行高通、相位補(bǔ)償、低通濾波器的處理，獲得對(duì)應(yīng)塔架本征固有頻率的振動(dòng)信號(hào)；根據(jù)加速度值計(jì)算機(jī)艙的當(dāng)前速度，通過(guò)建立槳距角-機(jī)艙速度的環(huán)路，析出傳遞函數(shù)構(gòu)成穩(wěn)定器；通過(guò)獲得的速度值和穩(wěn)定器，計(jì)算得到的附加槳距角用于衰減由塔架本征頻率引起的振動(dòng)。

該專(zhuān)利是在如上所述的第200480040652.2號(hào)中國(guó)專(zhuān)利的基礎(chǔ)上擴(kuò)展深入，主要用于浮動(dòng)式機(jī)組的研究開(kāi)發(fā)，其引入了高通、相位補(bǔ)償、低通濾波器對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行處理，從而獲得對(duì)應(yīng)本征頻率的加速度信號(hào)。然而，該專(zhuān)利采用高通、相位補(bǔ)償、低通濾波器，較為繁瑣，且容易因參數(shù)調(diào)整的失誤而造成加速度信號(hào)的偏差；該專(zhuān)利同樣采用的是經(jīng)過(guò)加速度積分的速度信號(hào)作為輸入，獲得附加的槳距角，容易造成附加槳距角過(guò)大。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的一方面在于提供一種浮動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組塔架負(fù)阻尼抑制系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法能夠抑制浮動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組在滿(mǎn)發(fā)工況下由塔架運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)阻尼作用從而對(duì)塔架振動(dòng)和浮動(dòng)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行有效的衰減。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種浮動(dòng)式風(fēng)電機(jī)組塔架負(fù)阻尼抑制系統(tǒng)，包括：增益調(diào)度表，用于根據(jù)葉片槳距角選擇PI控制器的增益；PI控制器，接收機(jī)艙速度差信號(hào)作為輸入信號(hào)，并根據(jù)增益調(diào)度表選擇的增益對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行PI控制，以輸出變槳補(bǔ)償角度，其中，根據(jù)設(shè)置在風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙內(nèi)部的加速度傳感器或速度傳感器測(cè)量的機(jī)艙加速度或機(jī)艙速度獲得所述機(jī)艙速度差信號(hào)，并且風(fēng)電機(jī)組的變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)使用所述變槳補(bǔ)償角度來(lái)執(zhí)行變槳操作。

優(yōu)選地，變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)變槳位置需求與所述變槳補(bǔ)償角度之和來(lái)執(zhí)行變槳操作。

優(yōu)選地，風(fēng)電機(jī)組的主控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊測(cè)量的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算變槳位置需求。