[发明专利]一种风力发电机组基于机舱弯头载荷的独立变桨控制方法

权利要求书

1.一种风力发电机组基于机舱弯头载荷的独立变桨控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先，在机舱弯头贴装传感器，通过传感器直接采集机舱弯头弯矩My、Mz，然后再通过采集的弯头载荷推算出D轴载荷和Q轴载荷，即D-Q轴载荷，其具体情况如下：

D轴载荷是反映风轮平面俯仰方向受载的不平衡性，Q轴载荷是反映叶轮平面偏航方向受载的不平衡性，在风机轮毂坐标系中，D轴载荷指轮毂My，而Q轴载荷指轮毂Mz，轮毂坐标系为GL坐标系，X坐标轴沿轮毂中心线从机头指向机尾，Y坐标轴水平且与X轴垂直，Z坐标轴垂直指向上；独立变桨控制目的是为消除叶轮平面的不平衡载荷，因而需要得知反映叶轮平面不平衡性的载荷，即D轴载荷和Q轴载荷，为此，如何通过机舱弯头载荷得到D-Q轴载荷尤为关键；

机舱弯头采集的载荷有：机舱弯矩My、Mz，机舱坐标系是固定在机舱上，为GL坐标系，X轴由机头指向机尾，Y轴为水平且与X轴垂直，Z轴垂直向上，坐标原点在偏航轴承中轴线上，塔架坐标系与轮毂坐标系类似，轮毂坐标系也是固定在机舱上，随机舱偏航而旋转，而坐标原点在轮毂中心而不是再偏航轴承中心；

D-Q轴的Q轴载荷与机舱弯头载荷Mz直接相关，Q轴载荷等于Mz；以传感器采集的机舱弯头载荷作为独立变桨控制的输入信号，根据机舱坐标系和轮毂坐标系的关系，对机舱弯头载荷My、Mz作变换，计算得到D-Q轴的D轴载荷和Q轴载荷；在变换的过程中，考虑机舱重力对机舱坐标原点的附加弯矩，因此，在计算D轴载荷过程中，还需减去机舱重力对机舱弯头施加的附加弯矩；其中，从机舱弯头载荷变换得到D-Q轴载荷需要进行坐标变换，所作的变换如下式：

M D = M y - F G L M Q = M z ]]>

式中，MD代表D轴载荷，MQ代表Q轴载荷；My、Mz分别代表机舱弯头俯仰方向和偏航方向的载荷；FG代表机舱重力，L代表机舱重心到偏航轴承中轴线的距离；在此变换式中考虑了机舱重力导致的附加弯矩；

2)将D-Q轴的载荷通过低通滤波器、陷频滤波器、PI控制器产生D-Q轴变桨指令并限幅输出，其具体情况如下：

知道D-Q轴载荷，即知道叶轮平面的不平衡载荷，要消除叶轮平面的不平衡载荷，需要设计从D-Q轴载荷到D-Q轴变桨指令的控制器，在此采用PI控制器来控制D-Q轴的变桨指令来消除D-Q轴的不平衡载荷，由于载荷信号中包含有高频噪声，这些高频成分对降载没有用处，只会扰乱控制系统，因此控制器中需加入低通滤波器、陷频滤波器，为安全缘故，PI控制器输出的变桨指令还需进行限幅处理，得到限幅后的D-Q轴变桨指令；其中，由于D-Q轴是相互独立、完全解耦的，因此，D轴载荷和Q轴载荷是分开控制的，即D轴载荷经过PI控制器后输出D轴变桨指令θD，Q轴载荷经过PI控制器生成Q轴变桨指令θQ；

3)将D-Q轴的变桨指令逆变换得到每个桨叶上的变桨指令，再叠加到统一变桨指令上，其具体情况如下：

从D-Q轴桨距作用场到三个旋转叶片的桨距增量的变换称为D-Q轴旋转逆变换，公式如下：

式中，{θ1θ2θ3}为每个桨叶的桨距角增量，为叶轮方位角；考虑时间延迟，D-Q轴旋转逆变换公式的叶轮方位角处还需引入一个方位角偏移量δ，通过在叶轮方位角处增加一个方位角偏移量δ来抵消控制器在控制环路中的各项时间延迟，因此，逆变换公式重写为：