[發明專利]解決風力發電機組塔架一階側向振動的控制方法與模塊

有效

• 申請號: 202110653409.3
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113309665B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 周玲;任永
• 申請（專利權）人: 明陽智慧能源集團股份公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D17/00;F03D13/20;F03D1/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種解決風力發電機組塔架一階側向振動的控制方法與模塊，基于塔架左右側向加速度，分析在不同方位角葉片的受力情況，采用P控制器，在常規變槳控制器輸出的變槳速率指令上，疊加一個動態的變槳速率，得到最終的變槳速率給定值，然后根據計算得出最終槳距角給定值。即根據葉片不同方位角來增加或減小槳距角，減小葉片受力不平衡，解決塔架側向一階模態為主的振動，最終達到減小機組側向振動的目的，保障風力發電機組安全穩定運行。

技術領域

本發明涉及風力發電機組的技術領域，尤其是指一種解決風力發電機組塔架一階側向振動的控制方法與模塊。

背景技術

隨著風力發電技術的發展以及市場降低度電成本需求，風力發電機組容量越來越大，葉片越來越長，塔架越來越高，并且由于海上資源豐富，風速穩定，東南沿海一帶經濟發達，電量需求量大，可自行解決消納問題，提高風電能利用率，因此海上風電將迎來快速發展。

但是無論是陸上機組還是海上機組，塔架振動問題都是一個棘手的問題。特別是海上風力發電機組的基礎立于海床上，塔架上端受到風速、尾流等的影響，下端經受洋流海浪等的影響，其塔架振動問題相較于陸上機組更嚴重，尤其是塔架左右側向振動更是嚴重。

對于塔架左右側向振動問題，現采用塔架側向加阻策略，即在常規轉矩控制器的基礎上，增加一個基于塔架側向加速度的轉矩給定值，通過增加傳動鏈的扭矩來增加塔架側向振動模態阻尼，從而減小塔架側向振動。此方案針對二階塔架側向振動有較好效果，但針對以塔架側向一階模態為主的振動，振動效果并不明顯。

發明內容

本發明的第一目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供了一種解決風力發電機組塔架一階側向振動的控制方法，通過減小氣動不平衡可有效地解決了風力發電機組塔架左右側向的振動問題，特別是塔架側向一階模態為主的振動，保障風力發電機組安全穩定運行。

本發明的第二目的在于提供一種解決風力發電機組塔架一階側向振動的控制模塊。

本發明的第一目的通過下述技術方案實現：一種解決風力發電機組塔架一階側向振動的控制方法，該方法是基于塔架左右側向加速度以及葉輪方位角的獨立變槳控制策略IPC(Individual Pitch Control)來解決塔架側向一階模態為主的振動，通過減小葉輪旋轉平面內三個葉片面內受力不均而造成的氣動不平衡，從根本上減小塔架左右側向的振動，即根據葉片不同方位角來增加或減小槳距角，從而減小三個葉片受力不平衡，進而減小機組塔架側向一階模態為主的振動，具體過程是：首先，通過傳感器實時測量塔架左右側向的加速度，并對其進行濾波；然后，再測量并計算三個葉片對應的方位角；根據塔架左右側加速度以及方位角，采用P控制器，得到各個葉片額外的變槳速率；最后，將其疊加到各個葉片常規變槳速率上，并計算出各個葉片最終的槳距角給定值輸送給機組的變槳系統執行，從而解決塔架側向一階模態為主的振動。

進一步，所述解決風力發電機組塔架一階側向振動的控制方法，包括以下步驟：

1)測量塔架左右側向的加速度a_nacelle，并進行濾波，濾波后的塔架左右側向的加速度為a_nacellef；

2)計算葉輪方位角；

測量葉片1方位角，根據三個葉片均勻分布在一個葉輪平面，計算出葉片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的方位角基礎上加葉片3的方位角是在葉片1的方位角基礎上加即：

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)計算各個葉片額外的變槳速率；