[发明专利]风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法，包括步骤：1)在叶轮每一只叶片的根部贴装载荷传感器，直接测量叶片叶根挥舞方向弯矩和摆振方向弯矩，计算得到叶根面外弯矩和叶根面内弯矩；2)在塔筒顶端和底端贴装载荷传感器，测量塔顶弯矩，根据转换公式计算得到塔顶俯仰方向弯矩和塔顶左右方向弯矩，测量塔底弯矩，根据转换公式计算得到塔底俯仰方向弯矩和塔底左右方向弯矩；3)定义极限载荷、安全因子、载荷触发标志；4)通过Flag标志位能够判断机组是否触发载荷限制，当载荷触发时，将采取相应的控制。本发明可实现机组的降载控制，降低机组在极限工况下的载荷，保障机组的安全运行。

技术领域

本发明涉及风力发电机组降载控制的技术领域，尤其是指一种风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法。

背景技术

业内习知，随着风电技术的发展，风力发电机机组不断朝着大兆瓦机型、柔性高塔架、大叶轮、轻量化机组发展。风力发电机组的单机容量从之前的1MW、2MW，逐渐发展成3MW、5MW、7MW甚至达到10MW级。不仅如此，风力发电机组运行环境逐渐从平原到山地、从低湍流到高湍流高风切变、从陆地到海洋，风况越来越复杂，机组极限载荷和疲劳载荷也越来越大。对于大叶轮机组，叶轮直径显著增大，叶轮平面内任意一点风速变化都将被整个风轮平面感知，风湍流对叶片载荷的影响将越发显著。对于柔性高塔架机组来说，塔架载荷则是控制的主要载荷，塔架越高，极限载荷也越显著。

目前，在大兆瓦机组的桨叶叶根处、塔架顶端、塔架底端都有安装载荷传感器。通过叶根载荷传感器采集叶根载荷，通过塔顶和塔底载荷传感器采集的塔顶载荷与塔底载荷，主要用于机组安全运行状态的检测。当载荷超过安全保护值的时候，一般采取停机顺桨，保障机组的安全。然而，通过这些载荷信号，如何有效的降低机组的运行载荷，如何参与降载控制还没有更多探索。

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叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法，该方法采用叶根载荷、塔顶载荷及塔底载荷作为反馈输入控制量，实现机组的降载控制，降低机组在极限工况下的载荷，保障机组的安全运行。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：风力发电机组基于叶根载荷与塔架载荷的降载控制方法，包括以下步骤：

1)在风力发电机组叶轮每一只叶片的根部贴装载荷传感器，通过传感器直接测量叶片叶根挥舞方向弯矩M_Flap和摆振方向弯矩M_Edge，计算得到叶根面外弯矩M_OutPlane和叶根面内弯矩M_InPlane，叶根面外弯矩M_OutPlane体现叶片叶根在叶轮推力方向载荷，而叶根面内弯矩M_InPlane体现叶片叶根在叶轮旋转方向载荷；

叶根挥舞方向弯矩M_Flap和摆振方向弯矩M_Edge是定义在叶片弦线坐标系中，叶片弦线坐标系定义为：Y轴沿弦线方向指向后缘，Z轴沿叶片矩轴指向叶尖，X轴与Y、Z轴垂直；叶根挥舞方向弯矩M_Flap为叶片弦线坐标系中M_YS方向，摆振方向弯矩M_Edge为叶片弦线坐标系中M_XS方向；叶片弦线坐标系是固定在叶片上，随变桨角度而旋转；

叶根面外弯矩M_OutPlane和叶根面内弯矩M_InPlane是定义在叶片叶根坐标系中；叶片叶根坐标系定义为：X轴沿轮毂旋转轴指向机尾，Y轴在叶轮旋转平面与Z轴垂直，Z轴沿叶片指向叶尖；叶根面外弯矩M_OutPlane为叶根坐标系中M_YB方向，叶根面内弯矩M_InPlane为叶根坐标系中M_XB方向；叶根坐标系是固定在轮毂上的，随轮毂的旋转而旋转；