[发明专利]一种大型风电机组独立变桨控制方法

说明书

技术领域

本发明属于大型风电机组的控制方法，尤其是变桨控制方法。

背景技术

风剪切、风湍流、塔影效应、偏航偏差等因素会对大型风力机的叶轮产生不均衡载荷。且风电机组的单机容量越大，风轮直径也越大，则整个风轮面受力的不均衡度就越强，叶轮上不均衡载荷也就越明显。叶轮上的不均衡载荷会给变桨轴承、轮毂、主轴、偏航轴承、塔架等重要部件造成很大的疲劳载荷。

目前大型变速变桨风力发电机组几乎都采用叶片独立驱动的协同变桨技术，也就是三套独立的变桨执行机构得到的是同样的位置指令，但这样机组在运行中是不能消除不均衡载荷的影响。

理论上分析，根据叶片具体情况对每个叶片进行独立变桨控制有可能减小叶轮上的不均衡载荷。

减小上述不均衡载荷的简单方法是测量叶轮方位角。尽管在实际风况中，叶轮之间的风速变化并不特别依靠叶轮位置角，但是对于一些特定影响因素(风剪切、塔影效应、风轮倾斜)会造成桨叶上的某一点在空气动力条件下对叶轮方位角独立变化。理论上说，只要这些变化恒定的，则每个叶片的节距角可以按照叶轮方位角的函数关系进行调整，从而减小上述效应造成的载荷变化。尽管风剪切效应随环境变化而变化，但是可以根据风向对此进行校正。如果机舱的风向信号也被使用，那么也可以通过偏航误差进行校正。

但实际风场中，湍流导致的随机变化占主导地位，所以通过这种途径难以实现理想效果，特别是对于大型叶片来说，适当的节距角随叶片位置的变化会有所不同，所以最优的效果永远都达不到。

如果能对不对称载荷进行连续的测量，通过独立变桨控制减小这种不对称，就可以明显减小叶片、轮毂、主轴、偏航轴承、塔架的疲劳载荷。但是这种独立变桨控制是多变量输入多变量输出，系统参数又是非线性、时变性、滞后性，因此，一般很难直接应用经典控制理论来实现。可以利用现代控制理论设计出复杂的控制策略实现独立变桨控制，但这会大大增加主控器运算任务，且很难具体应用。

发明内容

为了克服现有风力发电机组的变桨控制方法不能有效减小叶轮上的不均衡载荷、容易出现较大的疲劳载荷的不足，本发明提供了一种通过测量不均衡载荷、避免出现较大的疲劳载荷的大型风电机组独立变桨控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大型风电机组独立变桨控制方法，包括协同变桨控制过程，所述协同变桨控制过程为：检测出发电机转速ω_g，与参考转速ω_ref相减得出转速偏差Δω，按以下拉普拉斯关系式得出协同变桨期望输出的协同节距角β_c：βc(s)Δω(s)=KcsTc(1+sTc),]]>其中K_c为PI控制器的比例系数，T_c为PI控制器的积分时间常数。

所述独立变桨控制方法还包括偏差变桨控制过程，所述偏差变桨控制过程包括：

1)、检测出三只叶片根部的载荷(M_y1，M_y2，M_y3)和叶轮方位角信号ψ，并一起传给主控制器，主控制器将三叶片根部载荷(M_y1，M_y2，M_y3)经Park变换，变换为倾翻载荷分量M_tilt和偏航载荷分量M_yaw；