抑制風電機組載荷的獨立變槳控制方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抑制風電機組載荷的獨立變槳控制方法及裝置，所述方法包括：根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一槳距角；根據(jù)經(jīng)過相位補償后的葉根載荷測量值生成用于抑制葉片平衡載荷的第一偏差槳距角；根據(jù)所述葉根載荷測量值生成用于抑制輪轂不平衡載荷的第二偏差槳距角；根據(jù)統(tǒng)一槳距角、第一偏差槳距角和第二偏差槳距角和計算出最終槳距角。本發(fā)明的技術(shù)方案根據(jù)統(tǒng)一槳距角、第一偏差槳距角和第二偏差槳距角，計算出最終槳距角，同時抑制了風電機組平衡載荷和不平衡載荷，從而提高風電機組的可靠性和使用壽命。
【專利說明】
抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種抑制風電機組載荷的獨立變獎控制 方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 風力發(fā)電是當前發(fā)展最快、最具潛力、可大規(guī)模應用的可再生能源發(fā)電方式之一。 風力發(fā)電系統(tǒng)中最核屯、的部件就是風電機組。在實際應用中，風電機組受隨機風、風切變和 塔影效應等因素影響，加之其大型化發(fā)展必然導致的葉片、塔筒、傳動軸等部件柔性大、阻 尼小的特點，導致風電機組所承受的動態(tài)載荷不斷增加且異常復雜，W致于降低了風電機 組的使用壽命。
[0003] 針對運一問題，現(xiàn)有技術(shù)采用獨立變獎控制方法來降低作為風電機組動態(tài)載荷源 頭的葉片載荷，同時又不會引起其他部件載荷的增加，因此，運種獨立變獎方法近年來得到 了越來越多的關(guān)注。現(xiàn)有技術(shù)的獨立變獎控制方法為減小風電機組的葉片載荷，主要采用 基于科爾曼坐標變換（Coleman Transform)的獨立變獎控制方法。該控制方法主要通過科 爾曼變換方法將葉根彎矩的周期載荷轉(zhuǎn)化為靜態(tài)輪穀傾覆和偏航力矩載荷，然后利用比例 積分(PI)控制器來減小該輪穀的靜態(tài)載荷及葉片的19、29、39、49周期載荷。從控制的角度 來看，雖然科爾曼坐標變換能夠?qū)⒅芷跁r變的風力發(fā)電系統(tǒng)變換為時不變系統(tǒng)，方便利用 經(jīng)典單輸入單輸出（SISO)理論進行控制器參數(shù)設(shè)計，但是，其給傾覆和偏航變量帶來較為 嚴重的禪合，因此，利用經(jīng)典SISO理論設(shè)計出的控制器參數(shù)難W保護該獨立變獎控制系統(tǒng) 的控制性能。另外，隨著葉片長度和柔性的不斷增加，葉片的動態(tài)特性變的不可忽略，力日之 變獎驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)，致使獎距角參考給定值和葉片輸出載荷之間產(chǎn)生大的相位偏移，從 而導致現(xiàn)有獨立變獎控制策略的載荷抑制效果較差。再次，葉片初始安裝角偏差及葉片本 身質(zhì)量分布不均等因素造成的葉輪不平衡問題，在當前的大型風電機組制造和安裝工藝水 平下不可避免。當風電機組葉輪不平衡時，傾覆和偏航力矩上會產(chǎn)生Ip周期的不平衡載荷 分量。然而，當前國內(nèi)外提出的獨立變獎控制方法中大多并未考慮運一問題，因此，其也難 W有效抑制由葉輪不平衡給風電機組帶來的額外Ip不平衡載荷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠同時抑制風電機組平衡和不平衡載荷， W提高風電機組的可靠性和使用壽命的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法及裝置。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法， 包括:根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一獎距角；
[0006] 根據(jù)經(jīng)過相位補償后的葉根載荷測量值生成用于抑制葉片平衡載荷的第一偏差 獎距角；
[0007] 根據(jù)所述葉根載荷測量值生成用于抑制輪穀不平衡載荷的第二偏差獎距角；
[000引根據(jù)統(tǒng)一獎距角、第一偏差獎距角和第二偏差獎距角和計算出最終獎距角。
[0009]優(yōu)選地，根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一獎距角， 包括：
[0010] S21，現(xiàn)慢所述風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速，W得出所述葉輪轉(zhuǎn)速現(xiàn)慢值；
[0011] S22,根據(jù)風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速測量值與葉輪轉(zhuǎn)速參考值的偏差，計算出用于限制 高風速下風電機組輸出功率的所述統(tǒng)一獎距角，其中計算出所述統(tǒng)一獎距角的公式如下：
[0012]
[0013] 其中，A CO
為葉輪轉(zhuǎn)速偏差值，淀為統(tǒng)一變獎獎距角給定信號，kp為比例系數(shù)，ki為 積分系數(shù)，F(xiàn)k為增益系數(shù)，S為拉普拉斯算子。
[0014] 優(yōu)選地，所述方法還包括：
[001引 S31，現(xiàn)慢葉片的所述葉根載荷，W獲得所述葉根載荷現(xiàn)慢值；
[0016] S32,根據(jù)所述葉根載荷測量值生成葉根拍打彎矩。
[0017] 優(yōu)選地，根據(jù)葉片的葉根載荷測量值生成用于抑制輪穀不平衡載荷的第一偏差獎 距角，包括：
[0018] S41，對所述葉根拍打彎矩進行相位補償，其中，相位補償公式為：
[0019]
[0020] 其中，Gc(S)為……a〉l為分度系數(shù)，T為時間常數(shù)，S為拉普拉斯算子；
[0021] S42,根據(jù)相位補償后的所述葉根拍打彎矩生成抑制平衡載荷的第一偏差獎距角； 其中，生成第一偏差獎距角的公式為：
[0022]
[00剖其中，Kp功比例增益系數(shù)，Kri為諧振增益系數(shù)，W。1為截止頻率，h CO。1化=1，2，4) 為葉根拍打彎矩的lp、2p和4p周期載荷分量的頻率，Gpri為第一偏差獎距角，S為拉普拉斯算 子。
[0024] 優(yōu)選地，，根據(jù)所述葉根載荷測量值生成用于抑制輪穀不平衡載荷的第二偏差獎 距角，包括：
[0025] S51，對所述葉根拍打彎矩進行科爾曼變換，W獲得傾覆力矩分量和偏航力矩分 量，其中，所述科爾曼變換公式為：
[0026]
[0027] 其中，Md為傾覆力矩分量，Mq為偏航力矩分量，Mi、M2、M3分別為第一葉片、第二葉片 和第=葉片的葉根拍打彎矩；
[0028] S52,根據(jù)所述傾覆力矩分量和偏航力矩分量計算出第二偏差獎距角參考值，所述 計算公式為：
[0029]
[0030] 其中，Kp2為比例增益系數(shù)，Kr2為諧振增益系數(shù)，Wc2為截止頻率，《。2為輪穀Ip周期 不平衡載荷的頻率；
[0031] S53,根據(jù)所述第二偏差獎距角參考值，計算出無禪合獎距角給定值；
[0032] S54,根據(jù)所述無禪合獎距角給定值計算出用于抑制葉片平衡載荷的第二偏差獎 距角。
[0033] 本發(fā)明還提供一種抑制風電機組載荷的獨立變獎控制裝置，包括：
[0034] 第一生成模塊，用于根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng) 一獎距角；
[0035] 第二生成模塊，用于根據(jù)經(jīng)過相位補償后的葉根載荷測量值生成用于抑制葉片平 衡載荷的第一偏差獎距角；
[0036] 第=生成模塊，用于根據(jù)所述葉根載荷測量值生成用于抑制輪穀不平衡載荷的第 二偏差獎距角；
[0037] 計算模塊，用于根據(jù)統(tǒng)一獎距角、第一偏差獎距角和第二偏差獎距角計算出最終 獎距角。
[0038] 優(yōu)選地，第一生成模塊，具體包括：
[0039] 測量子模塊，用于測量所述風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速，W得出所述葉輪轉(zhuǎn)速測量值；
[0040] 第一計算子模塊，用于根據(jù)風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速測量值與葉輪轉(zhuǎn)速參考值的偏 差，計算出用于限制高風速下風電機組輸出功率的所述統(tǒng)一獎距角，其中計算出所述統(tǒng)一
獎距;^的A井加!下.
[0041；
[0042] 其中，Ao為葉輪轉(zhuǎn)速偏差值，處為統(tǒng)一變獎獎距角給定信號，kp為比例系數(shù)，ki為 積分系數(shù)，F(xiàn)k為增益系數(shù)，S為拉普拉斯算子。
[0043] 優(yōu)選地，還包括：
[0044] 測量模塊，用于測量所述葉根載荷，W獲得所述葉根載荷測量值；
[0045] 第四生成模塊，用于根據(jù)所述葉根載荷測量值生成葉根拍打彎矩。
[0046] 優(yōu)選地，第二生成模塊，包括：
[0047] 補償子模塊，用于對所述葉根拍打彎矩進行相位補償，其中，相位補償公式為： [0048；
[0049J其中，Gc(S)為……a〉l為分度系數(shù)，T為時間常數(shù)，S為拉普拉斯算子；
[0050]生成子模塊，用于根據(jù)相位補償后的所述葉根拍打彎矩生成抑制平衡載荷的第一 偏差獎距角;其中，生成第一偏差獎距角的公式為：
[0化1 ]
[0052]其中，Kp功比例增益系數(shù)，Kri為諧振增益系數(shù)，Wci為截止頻率，h?Di化=1，2,4) 為葉根拍打彎矩的lp、2p和4p周期載荷分量的頻率，Gpri為第一偏差獎距角，S為拉普拉斯算 子。
[0053] 優(yōu)選地，第=生成模塊，包括：
[0054] 第二計算子模塊，對所述葉根拍打彎矩進行科爾曼變換，W獲得傾覆力矩分量和 偏航力矩分量，其中，所述科爾曼變換公式為：
[0化5]
[0056] 其中，Md為傾覆力矩分量，Mq為偏航力矩分量，Mi、M2、M3分別為第一葉片、第二葉片 和第=葉片的葉根拍打彎矩；
[0057] 第=計算子模塊，用于根據(jù)所述傾覆力矩分量和偏航力矩分量計算出第二偏差獎 距角參考值，所述計算公式為：
[0化引
[0059] 其中，Kp2為比例增益系數(shù)，Kr2為諧振增益系數(shù)，Wc2為截止頻率，《。2為輪穀Ip周期 不平衡載荷的頻率；
[0060] 第四計算子模塊，用于根據(jù)所述第二偏差獎距角參考值，計算出無禪合獎距角給 定值；
[0061] 第五計算子模塊，用于根據(jù)所述無禪合獎距角給定值計算出用于抑制葉片平衡載 荷的第二偏差獎距角。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果:本發(fā)明的技術(shù)方案根據(jù) 葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一獎距角，再根據(jù)經(jīng)過相位補償后 的葉根載荷測量值生成用于抑制葉片平衡載荷的第一偏差獎距角，再根據(jù)所述葉根載荷測 量值生成用于抑制輪穀不平衡載荷的第二偏差獎距角，最后根據(jù)統(tǒng)一獎距角、第一偏差獎 距角和第二偏差獎距角和計算出最終獎距角，同時抑制了風電機組平衡載荷和不平衡載 荷，從而提高風電機組的可靠性和使用壽命。
【附圖說明】
[0062] 圖1為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法的原理圖；
[0063] 圖2為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法的其中一個實施例的流程 圖；
[0064] 圖3為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法的其中一個實施例的生成 用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一獎距角的流程圖；
[0065] 圖4為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法的其中一個實施例的生成 用于抑制葉片平衡載荷的第一偏差獎距角的流程圖；
[0066] 圖5為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法的其中一個實施例的生成 用于抑制輪穀不平衡載荷的第二偏差獎距角的流程圖；
[0067] 圖6為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法與現(xiàn)有技術(shù)的統(tǒng)一變獎控 制方法的葉輪不平衡風電機組的葉片葉根彎矩頻譜的比較圖；
[0068] 圖7為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法與現(xiàn)有技術(shù)的統(tǒng)一變獎控 制方法的葉輪不平衡風電機組輪穀上的傾覆和偏航力矩頻譜的比較圖；
[0069] 圖8為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制裝置的其中一個實施例的示意 圖；
[0070] 圖9為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制裝置的其中一個實施例的示意 圖。
【具體實施方式】
[0071] 下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。W下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0072] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中的風電機組難W有效抑制由葉輪不平衡給風電機組帶來的額 外Ip不平衡載荷的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法。目 前所采用的風電機組的風力機一般具有=片葉片，分別為葉片1、葉片2和葉片3。具有本發(fā) 明的獨立變獎控制方法所設(shè)及的風電機組包括統(tǒng)一變獎控制回路、平衡載荷獨立變獎控制 回路和不平衡載荷獨立變獎控制回路，其原理圖如圖1所示。統(tǒng)一變獎控制回路將葉輪轉(zhuǎn)速 測量值《和參考值的偏差A CO作為比例積分(PI)控制器的輸入，產(chǎn)生用于限制高風速 下風電機組輸出功率的統(tǒng)一獎距角應;平衡載荷獨立變獎控制回路，載荷測量傳感器裝置 巧慢出立葉片的葉根拍打彎矩祀、12、13，將經(jīng)過相位補償后的立個葉片的葉根載荷測量值 分別作為=個高諧波比例諧振(PR)控制器的輸入，產(chǎn)生對應于=個葉片的用于抑制葉片平 衡載荷的第一偏差獎距角AA、A度、A毯；不平衡載荷獨立變獎控制回路將=個葉片的 葉根載荷測量值依此經(jīng)過科爾曼變換、控制、解禪控制和科爾曼逆變換幾個步驟，產(chǎn)生對 應于S個葉片的用于抑制輪穀不平衡載荷的第二偏差獎距角A居"6,、A屬;,W、A度,,M。最 后，根據(jù)上述S個控制回路得出的統(tǒng)一獎距角保、第一偏差獎距角A犀、A店、A錢和第 二偏差獎距角A店:W、A保,W、A度""形成最終獎距角參考信號保、戍、貨，分別送至對應 的變獎驅(qū)動系統(tǒng)，W實現(xiàn)葉片的變獎動作，葉片最終的獎距角為&、&、抗。
[0073] 應當理解，本文中的"高風速"符合風電機組技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域中對于風速的一般性定 義。針對本發(fā)明，高風速可W是一預設(shè)風速值，也可W是本領(lǐng)域通常規(guī)范下的一高風速值。 高風速值的具體限定方式，不會對本發(fā)明技術(shù)方案造成不清楚的影響。
[0074] 圖2為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法的其中一個實施例的流程 圖，如圖2所示，本實施例的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法，具體可W包括如下步 驟：
[0075] SI,根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一獎距角；
[0076] S2,根據(jù)經(jīng)過相位補償后的葉根載荷測量值生成用于抑制葉片平衡載荷的第一偏 差獎距角；
[0077] S3,根據(jù)葉根載荷測量值生成用于抑制輪穀不平衡載荷的第二偏差獎距角；
[0078] S4,根據(jù)統(tǒng)一獎距角、第一偏差獎距角和第二偏差獎距角和計算出最終獎距角。
[0079] 本實施例的技術(shù)方案根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的 統(tǒng)一獎距角，再根據(jù)經(jīng)過相位補償后的葉根載荷測量值生成用于抑制葉片平衡載荷的第一 偏差獎距角，再根據(jù)葉根載荷測量值生成用于抑制輪穀不平衡載荷的第二偏差獎距角，最 后根據(jù)統(tǒng)一獎距角、第一偏差獎距角和第二偏差獎距角和計算出最終獎距角，同時抑制了 風電機組平衡載荷和不平衡載荷，從而提高風電機組的可靠性和使用壽命。
[0080]如圖3所示，為本實施例中生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一獎距 角的流程圖，在如圖1所示的實施例的基礎(chǔ)上，Sl進一步包括：
[0081 ] S101，測量風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速，W得出葉輪轉(zhuǎn)速測量值；
[0082] S102,根據(jù)風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速測量值與葉輪轉(zhuǎn)速參考值的偏差，計算出用于限 制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一獎距角，其中計算出統(tǒng)一獎距角的公式如下：
[0083]
[0084] 其中，A ?為葉輪轉(zhuǎn)速偏差值，《為統(tǒng)一變獎獎距角給定信號，kp為比例系數(shù)，ki為 積分系數(shù)，F(xiàn)k為增益系數(shù)，S為拉普拉斯算子。
[0085] 如圖4所示，為生成用于抑制葉片平衡載荷的第一偏差獎距角的流程圖。W下實施 例同時請參見圖1，本實施例在如圖2所示的實施例的步驟S2基礎(chǔ)上，采用平衡載荷獨立變 獎控制回路來生成用于抑制葉片平衡載荷的第一偏差獎距角的過程為：
[0086] S201，測量葉片的葉根載荷，W獲得葉根載荷測量值.
[0087] 具體地，在風力機上設(shè)置有載荷測量傳感器裝置，該載荷測量傳感器裝置測量出 葉根載荷測量值，并將該葉根載荷測量值發(fā)送給平衡載荷獨立變獎控制回路。由于葉片的 數(shù)量為=個，相應地，載荷測量傳感器裝置所測量的葉根載荷測量值也為=個。
[0088] S202,根據(jù)葉根載荷測量值生成葉根拍打彎矩。
[0089] 具體地，平衡載荷獨立變獎控制回路根據(jù)=葉片的葉根載荷測量值分別生成=葉 片對應的葉根拍打彎矩化、M2、M3。
[0090] S203，對葉根拍打彎矩進行相位補償，其中，相位補償公式為：
[0091]
[0092] 其中，a〉l為分度系數(shù)，T為時間常數(shù)，S為拉普拉斯算子。
[0093] 具體地，由于受葉片和變獎驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)的影響，獎距角給定值與葉根拍打彎矩 之間存在較大的相位滯后，為取得更好的控制性能，將葉根拍打彎矩化、M2、M3發(fā)送至高諧波 PR控制器之前，最好利用超前補償器對其進行相位補償。
[0094] S204,根據(jù)相位補償后的葉根拍打彎矩生成抑制平衡載荷的第一偏差獎距角；其 中，生成第一偏差獎距角的公式為：
[0095]
[0096] 其中，Kp功比例增益系數(shù)，Kri為諧振增益系數(shù)，W。1為截止頻率，h O。1化=1，2，4) 為葉根拍打彎矩的lp、2p和4p周期載荷分量的頻率，Gpri為第一偏差獎距角，S為拉普拉斯算 子。
[0097] 具體地，經(jīng)過相角補償后的葉根拍打彎矩Mi、M2、M3作為高諧波PR控制器的輸入信 號(其給定值分別為0)，產(chǎn)生抑制平衡載荷的偏差獎距角A襪、A終、A《。為抑制葉根拍 打彎矩Mi、M2、M3的lp、2p和4p有害疲勞周期載荷分量，高諧波PR控制器在S域的傳遞函數(shù)如 下式所示：
[009引
[0099] 其中，Kp功比例增益系數(shù)，Kr功諧振增益系數(shù)，W。功截止頻率，h?Di化=1，2,4)， 為葉根拍打彎矩的lp、2p和4p周期載荷分量的頻率。
[0100] 本實施例中，平衡載荷獨立變獎控制回路在不經(jīng)過科爾曼變換的前提下，直接利 用高諧波PR控制回器對葉根彎矩進行控制，避免了科爾曼變換帶來的系統(tǒng)禪合及隨之而來 的控制系統(tǒng)的控制效果不佳的問題，并且利用相位補償器減小了葉片柔性和變獎驅(qū)動系統(tǒng) 動態(tài)引起的控制系統(tǒng)相位偏移問題。
[0101] 如圖5所示，為生成最終獎距角的流程圖。W下實施例同時請參見圖1，本實施例在 如圖2所示的實施例的步驟S3基礎(chǔ)上，采用不平衡載荷獨立變獎控制回路來生成用于抑制 輪穀不平衡載荷的第二偏差獎距角的過程為：
[0102] S301，測量葉片的葉根載荷，W獲得葉根載荷測量值。
[0103] S302,根據(jù)葉根載荷測量值生成葉根拍打彎矩。
[0104] 具體地，在風力機上設(shè)置有載荷測量傳感器裝置，該載荷測量傳感器裝置測量出 葉根載荷測量值，并將該葉根載荷測量值發(fā)送給平衡載荷獨立變獎控制回路。由于葉片的 數(shù)量為=個，相應地，載荷測量傳感器裝置所測量的葉根載荷測量值也為=個。不平衡載 荷獨立變獎控制回路根據(jù)=葉片的葉根載荷測量值分別生成=葉片對應的葉根拍打彎矩 Mi、M2、M3d
[0105] S303,對葉根拍打彎矩進行科爾曼變換，W獲得傾覆力矩分量和偏航力矩分量，其 中，科爾曼變換公式為：
[0106]
[0107] 其中，Md為傾覆力矩分量，Mq為偏航力矩分量，Mi、M2、M3分別為第一葉片、第二葉片 和第=葉片的葉根拍打彎矩；
[0108] 具體地，對=葉片對應的葉根拍打彎矩化、M2、M3進行科爾曼變換，轉(zhuǎn)換為靜止坐標 系下對應于d、q軸的傾覆力矩分量Md和偏航力矩分量Mq。
[0109] S304,根據(jù)傾覆力矩分量和偏航力矩分量計算出第二偏差獎距角參考值，計算公 式為：
[0110]
[0111] 其中，Kp2為比例增益系數(shù)，Kr2為諧振增益系數(shù)，《c2為截止頻率，《。2為輪穀Ip周期 不平衡載荷的頻率。
[0112] 具體地，不平衡載荷獨立變獎控制回路中的PR控制器根據(jù)靜止坐標系下對應于d、 q軸的傾覆力矩分量Md和偏航力矩分量Mq，計算出靜止坐標系下對應于d、q軸的獎距角參考 值A(chǔ)錢、A/?,。
[0113] SJ05,根據(jù)第二偏差獎距角參考值，計算出無禪合獎距角給定值。
[0114] 具體地，不平衡載荷獨立變獎控制回路中的解禪控制器根據(jù)靜止坐標系下對應于 d、q軸的獎距角參考值A(chǔ)A、A/?，輸出靜止坐標系下對應于d、q軸的無禪合獎距角給定值 A《，-、A保,。需要說明的是，本實施例的解禪控制器可W基于葉片和變獎驅(qū)動系統(tǒng)的簡單 傳遞函數(shù)模型通過前饋補償方法獲取。
[0115] S306,根據(jù)無禪合獎距角給定值計算出用于抑制葉片平衡載荷的第二偏差獎距 角。
[0116] 具體地，對靜止坐標系下對應于d、q軸的無禪合獎距角給定值進行科 爾曼逆變換，得到抑制不平衡載荷的偏差獎距角給定信號A屬;,W、A屬;,W。所述 科爾曼逆變換的表達式如下：
[0117]
[011引 其中，
[0119] 根據(jù)統(tǒng)一變獎回路輸出的統(tǒng)一變獎獎距角給定值《.、平衡載荷獨立變獎控制回路 輸出的偏差獎距角給定信號A巧、A度、A爲及不平衡載荷獨立變獎控制回路輸出的偏差 獎距角給定信號么麻，6,、A錢,W、ACw，得出S個葉片上最終的獎距角：
[0120]
[0121]
[0122]
[0123] 將S個葉片上最終的獎距角參考信號稱、度、《分別送至對應的變獎驅(qū)動系 統(tǒng)，獲得實際的獎距角:&、&、抗，從而實現(xiàn)了葉片的變獎動作。
[0124] 本實施例中的不平衡載荷獨立變獎控制回路中的傳統(tǒng)科爾曼坐標變換能夠?qū)⑷~ 根拍打彎矩的不平衡直流信號轉(zhuǎn)化為靜止坐標系下的交流周期信號，解決了葉輪不平衡信 號難W提取的問題，且采用前饋補償?shù)姆椒▽鹘y(tǒng)的科爾曼變換系統(tǒng)進行改進，解決了傾 覆和偏航變量存在的變量禪合的問題。
[0125] 如圖6所示，將本實施例的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法與現(xiàn)有技術(shù)的 統(tǒng)一變獎控制方法的葉輪不平衡風電機組的葉片葉根彎矩頻譜進行比較?？蒞看出，在傳 統(tǒng)統(tǒng)一變獎控制方法下，葉片載荷中含有大量的19、29、39、49平衡載荷分量。由圖6還可^ 進一步看出，通過采用本實施例的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法后，葉根彎矩的 Ip、化和4p平衡載荷分量得W大幅度減小，但是，由于葉片化平衡載荷分量不會反映在輪 穀載荷上，且為了減少變獎驅(qū)動系統(tǒng)的頻繁動作，本實施例的抑制風電機組載荷的獨立變 獎控制方法并沒有抑制該載荷分量。
[0126] 如圖7所示，將本實施例的獨立變獎控制兩種控制方法與現(xiàn)有技術(shù)的統(tǒng)一變獎控 制方法的葉輪不平衡風電機組輪穀上的傾覆和偏航力矩頻譜進行比較?？蒞看出，在現(xiàn)有 技術(shù)的統(tǒng)一變獎控制方法下，傾覆和偏航力矩中含有大量由lp、2p和4p葉片平衡載荷分量 引起的化平衡載荷分量，且含有由葉輪不平衡引起的Ip不平衡載荷分量。由圖7還可W進一 步看出，通過采用本實施例的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制方法，傾覆和偏航力矩的 Ip不平衡載荷分量和化平衡載荷分量得W大幅度減小。
[0127] 圖6和圖7充分表明，本實施例的獨立變獎控制方法能夠同時有效的抑制風電機組 平衡和不平衡載荷，對機組的可靠性和使用壽命的提高具有重要實際應用價值。
[0128] 圖8為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制裝置的實施例一的示意圖，如 圖8所示，本實施例的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制裝置，具體可W包括第一生成模塊 81、第二生成模塊82、第=生成模塊83和計算模塊84。
[0129] 第一生成模塊81，用于根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的 統(tǒng)一獎距角；
[0130] 第二生成模塊82,用于根據(jù)經(jīng)過相位補償后的葉根載荷測量值生成用于抑制葉片 平衡載荷的第一偏差獎距角；
[0131] 第=生成模塊83,用于根據(jù)葉根載荷測量值生成用于抑制輪穀不平衡載荷的第二 偏差獎距角；
[0132] 計算模塊84,用于根據(jù)統(tǒng)一獎距角、第一偏差獎距角和第二偏差獎距角計算出最 終獎距角。
[0133] 本實施例的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制裝置，通過采用上述模塊抑制葉片 平衡載荷和輪穀不平衡載荷的實現(xiàn)機制與上述圖2所示實施例的抑制風電機組載荷的獨 立變獎控制方法的實現(xiàn)機制相同，詳細可W參考上述圖2所示實施例的記載，在此不再寶 述。
[0134] 圖9為本發(fā)明的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制裝置的實施例二的示意圖，本 實施例的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制裝置在如圖8所示的實施例一的基礎(chǔ)上，進一 步更加詳細地介紹本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖9所示，本實施例的抑制風電機組載荷的獨立變 獎控制裝置，進一步可W包括：
[01巧]第一生成模塊81，具體包括：
[0136] 測量子模塊811，用于測量風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速，W得出葉輪轉(zhuǎn)速測量值；
[0137] 第一計算子模塊812,用于根據(jù)風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速測量值與葉輪轉(zhuǎn)速參考值的 偏差，計算出用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一獎距角，其中計算出統(tǒng)一獎距角 的公式如下：
[013 引
[0139] 其中，A CO為葉輪轉(zhuǎn)速偏差值，《為統(tǒng)一變獎獎距角給定信號，kp為比例系數(shù)，ki 為積分系數(shù)，F(xiàn)k為增益系數(shù)，S為拉普拉斯算子。
[0140] 進一步地，抑制風電機組載荷的獨立變獎控制裝置還包括：
[0141 ]測量模塊91，用于測量葉根載荷，W獲得葉根載荷測量值；
[0142]第四生成模塊92,用于根據(jù)葉根載荷測量值生成葉根拍打彎矩。
[0143] 進一步地，第二生成模塊82，具體包括：
[0144] 補償子模塊821，用于對葉根拍打彎矩進行相位補償，其中，相位補償公式為：
[0145]
[0146] 其中，Gc(S)為……a〉l為分度系數(shù)，T為時間常數(shù)，S為拉普拉斯算子；
[0147] 生成子模塊822,用于根據(jù)相位補償后的葉根拍打彎矩生成抑制平衡載荷的第一 偏差獎距角;其中，生成第一偏差獎距角的公式為：
[014 引
[0149] 其中，Kpi為比例增益系數(shù)，Kri為諧振增益系數(shù)，《。1為截止頻率，h?〇i化=1，2,4) 為葉根拍打彎矩的lp、2p和4p周期載荷分量的頻率，Gpri為第一偏差獎距角，S為拉普拉斯算 子。
[0150] 進一步地，第=生成模塊83，包括：
[0151 ]第二計算子模塊831，對葉根拍打彎矩進行科爾曼變換，W獲得傾覆力矩分量和偏 航力矩分量，其中，科爾曼巧換公式為：
[0152]
[0153] 其中，Md為傾覆力矩分量，Mq為偏航力矩分量，Mi、M2、M3分別為第一葉片、第二葉片 和第=葉片的葉根拍打彎矩；
[0154] 第=計算子模塊832,用于根據(jù)傾覆力矩分量和偏航力矩分量計算出第二偏差獎 距角參考值，計算公式為：
[0155]
[0156] 其中，Kp2為比例增益系數(shù)，Kr2為諧振增益系數(shù)，Wc2為截止頻率，"。2為輪穀Ip周期 不平衡載荷的頻率；
[0157] 第四計算子模塊833,用于根據(jù)第二偏差獎距角參考值，計算出無禪合獎距角給定 值；
[0158] 第五計算子模塊834,用于根據(jù)無禪合獎距角給定值計算出用于抑制葉片平衡載 荷的第二偏差獎距角。
[0159] 本實施例的抑制風電機組載荷的獨立變獎控制裝置，通過采用上述模塊抑制葉片 平衡載荷和輪穀不平衡載荷的實現(xiàn)機制與上述圖3至8所示實施例的抑制風電機組載荷的 獨立變獎控制方法的實現(xiàn)機制相同，詳細可W參考上述圖3至7所示實施例的記載，在此不 再寶述。
[0160] W上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍 由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可W在本發(fā)明的實質(zhì)和保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各 種修改或等同替換，運種修改或等同替換也應視為落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種抑制風電機組載荷的獨立變槳控制方法，其特征在于，包括： 根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一槳距角； 根據(jù)經(jīng)過相位補償后的葉根載荷測量值生成用于抑制葉片平衡載荷的第一偏差槳距 角； 根據(jù)所述葉根載荷測量值生成用于抑制輪轂不平衡載荷的第二偏差槳距角； 根據(jù)統(tǒng)一槳距角、第一偏差槳距角和第二偏差槳距角和計算出最終槳距角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電 機組輸出功率的統(tǒng)一槳距角，包括： S21，測量所述風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速，以得出所述葉輪轉(zhuǎn)速測量值； S22,根據(jù)風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速測量值與葉輪轉(zhuǎn)速參考值的偏差，計算出用于限制高風 速下風電機組輸出功率的所述統(tǒng)一槳距角，其中計算出所述統(tǒng)一槳距角的公式如下：其中，Λ ω為葉輪轉(zhuǎn)速偏差值，爲:為統(tǒng)一變槳槳距角給定信號，kP為比例系數(shù)，ki為積分 系數(shù)，F(xiàn)k為增益系數(shù)，s為拉普拉斯算子。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： S31，測量葉片的所述葉根載荷，以獲得所述葉根載荷測量值； S32，根據(jù)所述葉根載荷測量值生成葉根拍打彎矩。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)葉片的葉根載荷測量值生成用于抑制 輪轂不平衡載荷的第一偏差槳距角，包括： S41，對所述葉根拍打彎矩進行相位補償，其中，相位補償公式為：其中，Gc(S)為……α>1為分度系數(shù)，T為時間常數(shù)，s為拉普拉斯算子； S42,根據(jù)相位補償后的所述葉根拍打彎矩生成抑制平衡載荷的第一偏差槳距角；其 中，生成第一偏差槳距角的公式為：其中，Kpl為比例增益系數(shù)，Krl為諧振增益系數(shù)，COcl為截止頻率，hco C^h = I，2,4)為葉 根拍打彎矩的lp、2p和4p周期載荷分量的頻率，Gpr1為第一偏差槳距角，s為拉普拉斯算子。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述葉根載荷測量值生成用于抑制輪 轂不平衡載荷的第二偏差槳距角，包括： S51，對所述葉根拍打彎矩進行科爾曼變換，以獲得傾覆力矩分量和偏航力矩分量，其 中，所述科爾曼變換公式為：其中，Md為傾覆力矩分量，Mq為偏航力矩分量，Ml、M2、M3分別為第一葉片、第二葉片和第 三葉片的葉根拍打彎矩； S52,根據(jù)所述傾覆力矩分量和偏航力矩分量計算出第二偏差槳距角參考值，所述計算 公式I.其中，Kp2為比例增益系數(shù)，Kr2為諧振增益系數(shù)，《。2為截止頻率，《。 2為輪轂Ip周期不平 衡載荷的頻率； S53，根據(jù)所述第二偏差槳距角參考值，計算出無耦合槳距角給定值； S54,根據(jù)所述無耦合槳距角給定值計算出用于抑制葉片平衡載荷的第二偏差槳距角。6. -種抑制風電機組載荷的獨立變槳控制裝置，其特征在于，包括： 第一生成模塊，用于根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速生成用于限制高風速下風電機組輸出功率的統(tǒng)一槳 距角； 第二生成模塊，用于根據(jù)經(jīng)過相位補償后的葉根載荷測量值生成用于抑制葉片平衡載 荷的第一偏差槳距角； 第三生成模塊，用于根據(jù)所述葉根載荷測量值生成用于抑制輪轂不平衡載荷的第二偏 差獎距角； 計算模塊，用于根據(jù)統(tǒng)一槳距角、第一偏差槳距角和第二偏差槳距角計算出最終槳距 角。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，第一生成模塊，具體包括： 測量子模塊，用于測量所述風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速，以得出所述葉輪轉(zhuǎn)速測量值； 第一計算子模塊，用于根據(jù)風電機組的葉輪轉(zhuǎn)速測量值與葉輪轉(zhuǎn)速參考值的偏差，計 算出用于限制高風速下風電機組輸出功率的所述統(tǒng)一槳距角，其中計算出所述統(tǒng)一槳距角 的公式如下：其中，Λ ω為葉輪轉(zhuǎn)速偏差值，處為統(tǒng)一變槳槳距角給定信號，kP為比例系數(shù)，h為積分 系數(shù)，F(xiàn)k為增益系數(shù)，s為拉普拉斯算子。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括： 測量模塊，用于測量所述葉根載荷，以獲得所述葉根載荷測量值； 第四生成模塊，用于根據(jù)所述葉根載荷測量值生成葉根拍打彎矩。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，第二生成模塊，包括： 補償子模塊，用于對所述葉根拍打彎矩進行相位補償，其中，相位補償公式為：其中，Gc(S)為……α>1為分度系數(shù)，T為時間常數(shù)，s為拉普拉斯算子； 生成子模塊，用于根據(jù)相位補償后的所述葉根拍打彎矩生成抑制平衡載荷的第一偏差 槳距角;其中，生成第一偏差槳距角的公式為：其中，Kpl為比例增益系數(shù)，Krl為諧振增益系數(shù)，COcl為截止頻率，= 1，2,4)為葉 根拍打彎矩的lp、2p和4p周期載荷分量的頻率，Gpr1為第一偏差槳距角，s為拉普拉斯算子。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，第三生成模塊，包括： 第二計算子模塊，對所述葉根拍打彎矩進行科爾曼變換，以獲得傾覆力矩分量和偏航 力矩分量，其中，所述科爾曼變換公式為：其中，Md為傾覆力矩分量，Mq為偏航力矩分量，Ml、M2、M3分別為第一葉片、第二葉片和第 三葉片的葉根拍打彎矩； 第三計算子模塊，用于根據(jù)所述傾覆力矩分量和偏航力矩分量計算出第二偏差槳距角 參考值，所述計算公式為：其中，Kp2為比例增益系數(shù)，Kr2為諧振增益系數(shù)，《。2為截止頻率，CO tl2為輪轂Ip周期不平 衡載荷的頻率； 第四計算子模塊，用于根據(jù)所述第二偏差槳距角參考值，計算出無耦合槳距角給定值； 第五計算子模塊，用于根據(jù)所述無耦合槳距角給定值計算出用于抑制葉片平衡載荷的 第二偏差槳距角。
【文檔編號】F03D7/00GK106014857SQ201610321017
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】楊超, 李輝, 許競, 楊長青, 李文琦, 幺乃鵬, 王震學, 張志強, 徐國慶, 劉暢, 張凱, 榮景玉, 谷文卓, 蘇永祥, 陳自強, 高樹濱, 白昀, 劉長春, 范群力, 王小江
【申請人】國網(wǎng)冀北電力有限公司秦皇島供電公司, 國家電網(wǎng)公司