專利名稱：一種大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法及
裝置
背景技術(shù)：
目前，大型風(fēng)電機(jī)組一般都采用獨立驅(qū)動的協(xié)同變槳控制技術(shù)。獨立驅(qū)動的協(xié)同變槳控制技術(shù)是通過協(xié)同變槳控制，當(dāng)風(fēng)機(jī)停機(jī)時，提供氣動剎車。當(dāng)?shù)陀陬~定風(fēng)速時，控制各個槳葉時鐘處于最佳節(jié)距角附近，以實現(xiàn)最大能量捕獲。當(dāng)高于額定風(fēng)速時，通過對槳距角調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)輸出功率保持穩(wěn)定。采用這種協(xié)同控制變槳技術(shù)，三葉片的變槳驅(qū)動系統(tǒng)得到的是相同位置信號，因此，三葉片的節(jié)距角變化也是相同的。但是，在風(fēng)機(jī)實際運行中，因為風(fēng)剪切、風(fēng)湍流、塔影效應(yīng)、偏航偏差等因素的存在，會造成風(fēng)輪掃風(fēng)面內(nèi)的風(fēng)速分布不均勻，以至于引起葉輪所受載荷不均衡，且風(fēng)輪直徑越大，整個風(fēng)輪掃風(fēng)面受力的不均衡度就越強(qiáng)，葉輪上不均衡載荷也就越明顯。葉輪上的不均衡載荷會給變槳軸承、輪轂、主軸、偏航軸承、塔架等風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件造成很大疲勞載荷。而采用的協(xié)同變槳控制技術(shù)不能減小葉輪上的不均衡載荷。根據(jù)理論分析，如果能根據(jù)風(fēng)機(jī)受載情況，對每個槳葉進(jìn)行獨立變槳控制，則可以減小葉輪上的不均衡載荷。目前，實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制常見的有下面兩種方法(1)第一種方法是僅通過測量風(fēng)輪方位角，各槳葉的槳距角根據(jù)風(fēng)輪方位角函數(shù)關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)各槳葉獨立變槳控制。該方法對于減小一些特定影響因素(如風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)、風(fēng)輪傾斜)所造成葉輪上的不均衡載荷是有效的，但實際風(fēng)場中，湍流導(dǎo)致的隨機(jī)變化占主導(dǎo)地位，所以通過這種途徑難以實現(xiàn)理想效果，特別是對于大型葉片來說，適當(dāng)?shù)墓?jié)距角隨葉片位置的變化會有所不同，所以較優(yōu)控制效果很難達(dá)到。(2)第二種方法是通過測量三個槳葉根部載荷和風(fēng)輪方位角，實現(xiàn)獨立變槳控制。 該方法可以有效的減小風(fēng)輪不均衡載荷。但存在以下幾方面缺點a)為了保證載荷測量的可靠性，測量槳葉根部載荷一般都采用價格昂貴的光纖應(yīng)變傳感器，而三片槳葉根部一共需要安裝二十四個光纖應(yīng)變傳感器(其中十二個是作為溫度補(bǔ)償片)，因此需要增加較多硬件成本；b)光纖信號采集裝置一般安裝在輪轂內(nèi)，而槳葉在機(jī)組運行時，需要進(jìn)行變槳動作，這就給光纜布線(從傳感器到光纖信號采集裝置的信號傳輸光纜)造成很大難度，同時也會降低載荷測量的可靠性；c) 由于光纖應(yīng)變傳感器信號采用串行方式進(jìn)行傳輸，因此，二十四個光纖應(yīng)變傳感器的信號采集與傳輸需要較長的時間，這會導(dǎo)致采集到的載荷信號有較大滯后性，而獨立變槳控制對實時性要求很高，載荷信號滯后是很不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法及裝置，能夠有效減小風(fēng)輪的不均衡載荷，同時成本低、可靠性高t 本發(fā)明提供一種大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法，包括以下步驟 獲得表示主軸載荷的輪轂旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的主軸彎矩My、Mz ； 測量風(fēng)輪方位角爐； 由所述My、Mz和口獲得輪轂固定坐標(biāo)系上的水平軸彎矩M' y和垂直軸彎矩M' z； 由M'z獲得d軸的期望槳距角^和(1軸上的期望槳距角 由β <!和β ,經(jīng)過Park逆變換得到三個槳葉的槳距角補(bǔ)償值β ‘ ρ β ‘ 2、β ‘ 3； 由風(fēng)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速獲得期望槳距角； 由所述β1 ‘ β 2‘ β3 ‘ 補(bǔ)償所述期望槳距角獲得三個槳葉補(bǔ)償后的期望槳距角； 由所述補(bǔ)償后的期望槳距角分別獨立控制各個槳葉的變槳動作。 優(yōu)選地，由所述My、Mz和P獲得輪轂固定坐標(biāo)系上的水平軸彎矩M' ；具體可以通過如下公式實現(xiàn)和垂直軸彎矩M'具體可以通過如下公式實現(xiàn)
權(quán)利要求
1.一種大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法，其特征在于，包括以下步驟 獲得表示主軸載荷的輪轂旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的主軸彎矩&、Mz ；測量風(fēng)輪方位角φ·, 由所述My、Mz和爐獲得輪轂固定坐標(biāo)系上的水平軸彎矩M' y和垂直軸彎矩M' z； 由M'z獲得d軸的期望槳距角^和(1軸上的期望槳距角由β d和β ,經(jīng)過Park逆變換得到三個槳葉的槳距角補(bǔ)償值β' β ‘ 2> β ‘ 3； 由風(fēng)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速獲得期望槳距角；由所述β'2>β ‘ 3補(bǔ)償所述期望槳距角獲得三個槳葉補(bǔ)償后的期望槳距角；由所述補(bǔ)償后的期望槳距角分別獨立控制各個槳葉的變槳動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法，其特征在于，由所述My、Mz 和爐獲得輪轂固定坐標(biāo)系上的水平軸彎矩M' y和垂直軸彎矩M' z;具體可以通過如下公式實現(xiàn)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法，其特征在于，由β, 經(jīng)過Park逆變換得到三個槳葉的槳距角補(bǔ)償值β ‘ ρβ' 2、β' 3，具體可以通過如下公式實現(xiàn)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法，其特征在于，通過安裝于主軸前端的八個光纖應(yīng)變傳感器來獲得My和Mz ；四個光纖應(yīng)變傳感器作為溫度補(bǔ)償片；另外四個光纖應(yīng)變傳感器用來測量主軸載荷的主軸彎矩My、Mz ；兩個分別安裝于主軸前端截面水平方向的兩端處的光纖應(yīng)變傳感器測量 My彎矩，兩個分別安裝于主軸前端豎直方向的兩端處的光纖應(yīng)變傳感器測量Mz彎矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法，其特征在于，由M',和 M' z獲得d軸和q軸上的期望槳距角，之前還包括將所述M'z分別進(jìn)行低通濾波和帶阻濾波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法，其特征在于，由M',和 M' z獲得d軸的期望槳距角Pt^Pq軸上的期望槳距角β ,，具體可以采用PID控制、LQG 控制、模糊控制、最優(yōu)控制或自適應(yīng)控制。
7.一種大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制裝置，其特征在于，包括安裝于主軸前端的光纖應(yīng)變傳感器，用于測量表示主軸載荷的輪轂旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的主軸彎矩My、Mz ；安裝于風(fēng)電機(jī)組低速軸上的絕對值編碼器，用于測量風(fēng)輪方位角φ.,坐標(biāo)變換器，用于由所述My、Mz* P獲得輪轂固定坐標(biāo)系上的水平軸彎矩M' y和垂直軸彎矩M' z ；獨立變槳控制器，用于由M',和『z獲得d軸的期望槳距角軸上的期望槳距角β ,；由β <!和β ,經(jīng)過Park逆變換得到三個槳葉的槳距角補(bǔ)償值β ‘2、β' 3；安裝于發(fā)電機(jī)上的增量式編碼器，用于測量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速； 轉(zhuǎn)速變槳控制環(huán)，用于由所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速獲得期望槳距角； 槳距角耦合器，用于由所述β ‘2>β ‘ 3補(bǔ)償所述期望槳距角獲得三個槳葉補(bǔ)償后的期望槳距角；變槳控制系統(tǒng)，用于由所述補(bǔ)償后的期望槳距角分別獨立控制各個槳葉的變槳動作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制裝置，其特征在于，所述坐標(biāo)變換器用于由所述化2和爐獲得輪轂固定坐標(biāo)系上的水平軸彎矩M' y和垂直軸彎矩M' z； 具體可以通過如下公式實現(xiàn)
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制裝置，其特征在于，獨立變槳控制器，用于由β <!和β ,經(jīng)過Park逆變換得到三個槳葉的槳距角補(bǔ)償值β ‘ ρβ' 2、β' 3；具體可以通過如下公式實現(xiàn)
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制裝置，其特征在于，所述安裝于主軸前端的光纖應(yīng)變傳感器為八個，四個光纖應(yīng)變傳感器作為溫度補(bǔ)償片；另外四個光纖應(yīng)變傳感器用來測量主軸載荷的主軸彎矩My、Mz ；測量M/彎矩的兩個光纖應(yīng)變傳感器分別安裝于主軸前端截面水平方向的兩端處，測量Mz彎矩的兩個光纖應(yīng)變傳感器分別安裝于主軸前端豎直方向的兩端處。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制裝置，其特征在于，還包括連接于所述坐標(biāo)變換器和獨立變槳控制器之間的低通濾波器和帶阻濾波器；所述低通濾波器和帶阻濾波器將M',和『2分別進(jìn)行低通濾波和帶阻濾波后發(fā)送給獨立變槳控制器。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制裝置，其特征在于，還包括光纖信號采集裝置和滑環(huán)；安裝于輪轂內(nèi)的光纖信號采集裝置采集光纖應(yīng)變傳感器測量的主軸彎矩My、Mz，并通過滑環(huán)將所述Mv、Mz傳遞給坐標(biāo)變換器。
全文摘要
本發(fā)明提供的大型風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制方法及裝置，是通過測量風(fēng)機(jī)主軸載荷和風(fēng)輪方位角來獲得輪轂固定坐標(biāo)系上的水平軸彎矩和垂直軸彎矩，實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組獨立變槳控制。本發(fā)明測量主軸載荷只需要在主軸上安裝光纖應(yīng)變傳感器即可，可以減少光纖應(yīng)變傳感器的數(shù)量。而且主軸相對于輪轂沒有運動，因此測量和信號傳輸均相對比較簡單，也有利于提高載荷信號的可靠性。因此，本發(fā)明提供的方法和裝置應(yīng)用的傳感器少可以降低成本，并且主軸固定需要的測量方案簡單容易實現(xiàn)，由于沒有長時間的延遲，因此測量結(jié)果比較準(zhǔn)確，可靠性高，控制效果更理想。
文檔編號F03D7/02GK102182633SQ201110150949
公開日2011年9月14日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者應(yīng)有, 許國東 申請人:浙江運達(dá)風(fēng)電股份有限公司