[發(fā)明專利]解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架一階側(cè)向振動(dòng)的控制方法與模塊

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110653409.3
• 申請(qǐng)日: 2021-06-11
• 公開（公告）號(hào): CN113309665B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周玲;任永
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)股份公司
• 主分類號(hào): F03D7/02
• 分類號(hào): F03D7/02;F03D17/00;F03D13/20;F03D1/06
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.一種解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架一階側(cè)向振動(dòng)的控制方法，其特征在于，該方法是基于塔架左右側(cè)向加速度以及葉輪方位角的獨(dú)立變槳控制策略IPC來解決塔架側(cè)向一階模態(tài)為主的振動(dòng)，通過減小葉輪旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)三個(gè)葉片面內(nèi)受力不均而造成的氣動(dòng)不平衡，從根本上減小塔架左右側(cè)向的振動(dòng)，即根據(jù)葉片不同方位角來增加或減小槳距角，從而減小三個(gè)葉片受力不平衡，進(jìn)而減小機(jī)組塔架側(cè)向一階模態(tài)為主的振動(dòng)，具體過程是：首先，通過傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量塔架左右側(cè)向的加速度，并對(duì)其進(jìn)行濾波；然后，再測(cè)量并計(jì)算三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)的方位角；根據(jù)塔架左右側(cè)向加速度以及方位角，采用P控制器，得到各個(gè)葉片額外的變槳速率；最后，將其疊加到各個(gè)葉片常規(guī)變槳速率上，并計(jì)算出各個(gè)葉片最終的槳距角給定值輸送給機(jī)組的變槳系統(tǒng)執(zhí)行，從而解決塔架側(cè)向一階模態(tài)為主的振動(dòng)；其包括以下步驟：

1)測(cè)量塔架左右側(cè)向的加速度a_nacelle，并進(jìn)行濾波，濾波后的塔架左右側(cè)向的加速度為a_nacellef；

2)計(jì)算葉輪方位角；

測(cè)量葉片1方位角，根據(jù)三個(gè)葉片均勻分布在一個(gè)葉輪平面，計(jì)算出葉片2和葉片3的方位角，定義葉片垂直向上方位角為0°，通過傳感器測(cè)量得到葉片1方位角為則葉片2的方位角是在葉片1的方位角基礎(chǔ)上加葉片3的方位角是在葉片1的方位角基礎(chǔ)上加即：

式中，RotorAzimuth1為葉片1的方位角，RotorAzimuth2為葉片2的方位角，RotorAzimuth3為葉片3的方位角；

3)計(jì)算各個(gè)葉片額外的變槳速率；

根據(jù)塔架左右側(cè)向的加速度，基于葉片在不同方位角下的受力分析，分別計(jì)算三個(gè)葉片分別所需的額外變槳速率，具體如下：

式中，Δpitchrate1、Δpitchrate2、Δpitchrate3分別為葉片1、葉片2、葉片3所需的額外變槳速率，Kp為P控制器的比例增益系數(shù)，A為葉輪方位角超前角度；

4)計(jì)算三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)變槳速率；

根據(jù)方位角及機(jī)組的受力分析，分別計(jì)算三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)的變槳速率，具體如下：

葉片1的變槳速率pitchrate1：pitchrate1＝v+Δpitchrate1

葉片2的變槳速率pitchrate2：pitchrate2＝v+Δpitchrate2

葉片3的變槳速率pitchrate3：pitchrate3＝v+Δpitchrate3

式中，v為常規(guī)控制器計(jì)算得到的統(tǒng)一變槳速率；

5)計(jì)算三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)的槳距角給定值；

根據(jù)步驟4)計(jì)算得到的變槳速率，分別計(jì)算三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)的槳距角給定值，并將其輸送到變槳系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)葉片槳距角的單獨(dú)變槳控制，即IPC控制；

葉片1的槳距角：

θ₁(k)＝θ₁(k-1)+pitchratel*T

葉片2的槳距角：

θ₂(k)＝θ₂(k-1)+pitchrate2*T

葉片3的槳距角：

θ₃(k)＝θ₃(k-1)+pitchrate3*T

式中，θ₁(k-1)為前一時(shí)刻葉片1的槳距角，θ₁(k)為葉片1當(dāng)前時(shí)刻的槳距角，θ₂(k-1)為前一時(shí)刻葉片2的槳距角，θ₂(k)為葉片2當(dāng)前時(shí)刻的槳距角，θ₃(k-1)為前一時(shí)刻葉片3的槳距角，θ₃(k)為葉片3當(dāng)前時(shí)刻的槳距角，T為Controller Cycle time控制算法循環(huán)時(shí)間常數(shù)；

6)執(zhí)行槳距角變槳；

變槳系統(tǒng)根據(jù)三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)的槳距角給定值調(diào)節(jié)葉片槳距角，從而減小由于氣動(dòng)不平衡引起的塔架左右側(cè)向振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基于塔架左右側(cè)向加速度以及葉輪方位角的振動(dòng)優(yōu)化控制，解決塔架側(cè)向一階模態(tài)為主的振動(dòng)。

2.一種解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架一階側(cè)向振動(dòng)的控制模塊，其特征在于，該模塊是基于塔架左右側(cè)向加速度以及葉輪方位角的獨(dú)立變槳控制策略IPC來解決塔架側(cè)向一階模態(tài)為主的振動(dòng)，通過減小葉輪旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)三個(gè)葉片面內(nèi)受力不均而造成的氣動(dòng)不平衡，從根本上減小塔架左右側(cè)向的振動(dòng)，即根據(jù)葉片不同方位角來增加或減小槳距角，從而減小三個(gè)葉片受力不平衡，進(jìn)而減小機(jī)組塔架側(cè)向一階模態(tài)為主的振動(dòng)，具體過程是：首先，通過傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量塔架左右側(cè)向的加速度，并對(duì)其進(jìn)行濾波；然后，再測(cè)量并計(jì)算三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)的方位角；根據(jù)塔架左右側(cè)向加速度以及方位角，采用P控制器，得到各個(gè)葉片額外的變槳速率；最后，將其疊加到各個(gè)葉片常規(guī)變槳速率上，并計(jì)算出各個(gè)葉片最終的槳距角給定值輸送給機(jī)組的變槳系統(tǒng)執(zhí)行，從而解決塔架側(cè)向一階模態(tài)為主的振動(dòng)；其包括：

測(cè)量單元，用于測(cè)量塔架左右側(cè)向加速度，并進(jìn)行濾波；

葉輪方位角計(jì)算單元，用于測(cè)量計(jì)算各葉片方位角；

葉片額外變槳速率計(jì)算單元，用于計(jì)算各個(gè)葉片額外的變槳速率，根據(jù)塔架左右側(cè)向的加速度，基于葉片在不同方位角下的受力分析，分別計(jì)算三個(gè)葉片分別所需的額外變槳速率；

葉片對(duì)應(yīng)變槳速率計(jì)算單元，用于計(jì)算三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)的變槳速率，根據(jù)方位角及機(jī)組的受力分析，分別計(jì)算三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)的變槳速率；

葉片對(duì)應(yīng)槳距角給定值計(jì)算單元，用于計(jì)算三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)的槳距角給定值，根據(jù)葉片額外變槳速率計(jì)算單元計(jì)算得到的變槳速率，分別計(jì)算三個(gè)葉片對(duì)應(yīng)的槳距角給定值，并將其輸送給變槳系統(tǒng)執(zhí)行調(diào)節(jié)葉片槳距角，實(shí)現(xiàn)三個(gè)葉片槳距角的單獨(dú)變槳控制，即IPC控制；

在所述葉輪方位角計(jì)算單元中，測(cè)量葉片1方位角，根據(jù)三個(gè)葉片均勻分布在一個(gè)葉輪平面，計(jì)算出葉片2和葉片3的方位角，定義葉片垂直向上方位角為0°，通過傳感器測(cè)量得到葉片1方位角為則葉片2的方位角是在葉片1的方位角基礎(chǔ)上加葉片3的方位角是在葉片1的方位角基礎(chǔ)上加即：

式中，RotorAzimuth1為葉片1的方位角，RotorAzimuth2為葉片2的方位角，RotorAzimuth3為葉片3的方位角；

在所述葉片額外變槳速率計(jì)算單元中，采用以下公式：

式中，Δpitchrate1、Δpitchrate2、Δpitchrate3分別為葉片1、葉片2、葉片3所需的額外變槳速率，Kp為P控制器的比例增益系數(shù)，a_nacellef為濾波后的塔架左右側(cè)向加速度，A為葉輪方位角超前角度；

在所述葉片對(duì)應(yīng)變槳速率計(jì)算單元中，采用以下公式：

葉片1的變槳速率pitchrate1：pitchratel＝v+Δpitchratel

葉片2的變槳速率pitchrate2：pitchrate2＝v+Δpitchrate2

葉片3的變槳速率pitchrate3：pitchrate3＝v+Δpitchrate3

式中，v為常規(guī)控制器計(jì)算得到的統(tǒng)一變槳速率，Δpitchratel、Δpitchrate2、Δpitchrate3分別為三個(gè)葉片所需的額外變槳速率；

在所述葉片對(duì)應(yīng)槳距角給定值計(jì)算單元中，采用以下公式：

葉片1的槳距角：

θ₁(k)＝θ₁(k-1)+pitchrate1*T

葉片2的槳距角：

θ₂(k)＝θ₂(k-1)+pitchrate2*T

葉片3的槳距角：

θ₃(k)＝θ₃(k-1)+pitchrate3*T

式中，θ₁(k-1)為前一時(shí)刻葉片1的槳距角，θ₁(k)為葉片1當(dāng)前時(shí)刻的槳距角，θ₂(k-1)為前一時(shí)刻葉片2的槳距角，θ₂(k)為葉片2當(dāng)前時(shí)刻的槳距角，θ₃(k-1)為前一時(shí)刻葉片3的槳距角，θ₃(k)為葉片3當(dāng)前時(shí)刻的槳距角，T為Controller Cycle time控制算法循環(huán)時(shí)間常數(shù)，pitchrate1、pitchrate2、pitchrate3分別為葉片1、葉片2、葉片3對(duì)應(yīng)的變槳速率。