[發明專利]一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法

有效

• 申請號: 202110994891.7
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113738578B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 蘭杰;林淑;王其君;趙偉;岳偉;尹景勛
• 申請（專利權）人: 東方電氣風電股份有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 古波;孫杰

本發明公開了一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，屬于風電機組技術領域；該方法通過實時漿角、期望漿角以及計算出的最小允許的漿角來有效的控制風電機組塔筒的實時彎矩；本發明的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法通過對槳角的計算，以及結合設定的期望值和實時的值進行對比，從而實現更高精度的彎矩檢測，并實現實時降載的效果，相對于傳統的結構而言，雖然考慮到了彎矩的問題，但是依然存在受彎矩以及載荷的影響會造成風電機組的設計成本過高，尤其是在重量的設計上，不僅僅材料成本提升，人工以及運輸都會造成較大的提升，而本設計有效的解決了實時彎矩荷載的控制，實現成本的降低，同時工程應用前景好。

技術領域

本發明涉及一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，屬于風電機組技術領域。

背景技術

隨著風力發電技術的發展以及市場的需求，風力發電機組容量越來越大，葉片越來越長，塔筒越來越高，這就造成塔筒底部彎矩越來越大。加之國內風電開始平價上網，為降低機組成本，以應對風力發電平價上網挑戰，需要不斷設計新控制策略，降低機組載荷。

在傳統的控制方法當中，通常應用的場景的局限性相對較大，為了更好的實現這個風機塔筒底部彎矩的檢測，并通過控制來實現整個彎矩在需要保持一定的安全范圍內，為了更好的實現精準控制，那么采用檢測的方式很容易受到環境影響而導致其精確值有較大的誤差，而為了更好的實現控制，則需要更好精準的控制，尤其是在實時的情況，因此，需要一種更加有效的實時實現降載的控制方法。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，該方法能夠有效的通過計算提供實施彎矩降載的效果，實現降低機組塔筒底部極限載荷，減少塔筒重量，進而降低設計成本。

本發明采用的技術方案如下：

一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，包括以下步驟：

a、建立塔筒頂部傾角與塔筒底部彎矩之間的數學模型；

b、在塔筒頂部安裝動態傾角傳感器，實時監測塔筒頂部傾角α，并獲得塔筒底部實時彎矩M_y1；

c、依據風力發電機組氣動模型和機組運行狀態，建立塔筒底部彎矩數學模型，計算塔筒底部彎矩M_y2；

d、依據兩個不同方法得到的塔筒底部彎矩，建立風力發電機組塔筒底部彎矩和槳角之間的關系；

e、依據期望的塔筒底部彎矩得到期望的變槳角度，并與當前槳角對比。

進一步的，在步驟e中，取期望的變槳角度和當前槳角的最小值作為最終目標槳角給到風力發電機組控制系統，從而實現塔筒底部實時彎矩控制，降低機組載荷。

進一步的，在步驟a中，采用歐拉-伯努力梁模型作為塔筒頂部傾角和塔筒底部彎矩之間的關系，即：

M_y1＝αEIH

其中，M_y1是塔筒底部彎矩，α為塔筒頂部傾角，EI是抗彎剛度，H是塔筒高度。

進一步的，在步驟c中，依據氣動模型，風力發電機組實時運行的槳角、功率、轉速，推算出塔筒底部的彎矩，從而獲取風輪氣動載荷，即：

其中，F_y2是氣動推力，β是葉片槳角，ρ是空氣密度，A是風輪掃風面積，U是來流風速，C_t(λ，β)是風輪氣動推力系數，分別是葉尖速比λ和葉片槳角β的函數。

進一步的，定義葉尖速比，即為：

其中，Ω是風輪轉速，R是風輪半徑。