[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

说明书

本发明公开了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，该方法是：首先，在机舱弯头处贴装传感器，通过传感器直接采集弯头弯矩My、Mz，再通过采集的机舱弯头载荷推算出D轴载荷和Q轴载荷，即D‑Q轴载荷；其次，D轴载荷和Q轴载荷分别通过滤波器、PI控制器、限幅输出为D‑Q轴的变桨指令；最后，D‑Q轴的变桨指令经过D‑Q轴逆变换，得到每个桨叶上的变桨指令，叠加到统一变桨指令上。本发明方法采用机舱弯头载荷作为独立变桨控制的反馈量，载荷传感器的数量由三组降为一组，在显著降低成本的同时，也提高了可靠性。

技术领域

本发明涉及风力发电机组变桨控制的技术领域，尤其是指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。

背景技术

业内习知，随着风电技术的发展，风力发电机逐渐趋向于大兆瓦、高塔架、大叶轮、轻量化设计。对于大叶轮机组，叶根疲劳载荷My、轮毂不平衡载荷和偏航的不平衡载荷会显著增大。为实现叶轮和塔架的轻量化设计，机组需要采用独立变桨控制策略，以降低疲劳载荷。

传统的独立变桨控制主要是借助在风机叶片根部贴装载荷传感器，通过测量叶片根部挥舞方向和摆振方向的载荷，转换成风机叶轮平面面外载荷，得到叶轮平面上的不平衡载荷。

其中，叶轮平面上的一阶、非对称风力场能够被线性化，并通过两个相互垂直的分量描述，叶片载荷与风速紧密相关。因此，叶轮平面的不平衡载荷可以表述为“载荷作用场”，叶片任意瞬时的载荷被视为其在载荷场对应位置的采样值。此外，用于补偿不对称载荷的附加变桨动作也能够表述为覆盖叶轮扫略平面的“桨距作用场”，而桨叶所需的附加变桨动作能够通过其对桨距作用场对应位置采样获得。每一个场能够描述为两个垂直的分量，从载荷作用场生成桨距作用场只需一个双输入双输出的控制器，而且这与叶片的数目及叶轮旋转速度无关。对于三叶片风轮来说，三个测得的叶根载荷能够用来计算瞬时载荷作用场的两个分量，从载荷作用场的双分量又生成桨距作用场，从桨距作用场的双分量能够变换成三个独立的桨距增量，这一过程称为称为经典的独立变桨控制。

这种独立变桨控制主要以叶根载荷作为输入量，通过在每个叶片上施加一个附加的变桨角度，来消除叶轮平面的不平衡载荷，达到降载目的。然而如何保证独立变桨控制的可靠性、降低独立变桨控制的成本，这些问题一直困扰技术人员。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了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，该方法采用机舱弯头载荷作为独立变桨控制的反馈量，载荷传感器的数量由三个降为一个，在显著降低成本的同时，也提高了可靠性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：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，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；