[实用新型]一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域的一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到人类的关注，风力发电机的发展使得人类更有效地利用了风力资源。随着风力发电机规模的扩展，为了能够更有效地获取风能，现代大型风力发电机组都采用了变桨控制技术，通过变桨控制，控制叶轮转速，以控制发电机输出功率，目前变桨风力机主要采用两种控制策略: 集中变桨距策略和独立变桨距策略。集中变桨距控制策略就是控制系统对三个桨叶采用相同的控制信号来控制叶片的桨距角来稳定输出功率。然而现代风电机组的单机容量越来越大，叶轮直径也越来越大，最新研制机型的叶轮直径已大于120米，在垂直面内的高度差造成了风速的差异，由此引发桨叶在旋转过程中受力的不平衡和振动，对整个风力机的稳定性和安全构成很大影响，采用集中变桨距控制策略只能稳定输出功率，却不能解决减小风力机对塔架的疲劳载荷问题。独立变桨距策略是变桨距技术的发展，它可以实现两个功能：一是控制叶轮转速，从而实现发电机输出功率控制，即实现传统协同变桨控制功能；二是减小叶轮的不均衡载荷，即减小轮毂上的倾翻力矩和偏航力矩。

传统的风力发电独立变桨控制装置通常选择叶片根部弯曲力矩、主轴的弯曲力矩、或者机舱的倾斜力矩等参数作为反馈变量，然而风力机对塔身的疲劳载荷的根源在于风轮机桨叶由于受到风力作用产生的振动位移差上，即桨叶在转动过程中的振动位移差越大，其对塔身造成的疲劳载荷也就越大，选择传统的参数作为反馈变量，不能从根源上直接减小风力机对塔架的疲劳载荷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置，既能有效稳定风力发电功率输出，又能有效地减小风力机对塔架的疲劳载荷，从而提高风力发电系统运行的可靠性、延长风力机使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于振动速度反馈的风机独立变桨控制装置，包括风轮机、发电机、电网、电压电流采集模块、PID控制器、桨叶角度分配系统、电机驱动系统、变桨机构，风轮机的输出端与发电机的输入端相连，风轮机的输入端与变桨机构的输出端相连，变桨机构的输入端与电机驱动系统的输出端相连，电机驱动系统的输入端与桨距角分配系统的输出端相连，发电机的输出端与电网相连，其特征在于：PID控制器为模糊PID控制器，且风轮机的输出端还连接一桨叶振动速度采集模块的输出端，桨叶振动速度采集模块的输出端与模糊PID控制器的输入端相连，模糊PID控制器的输入端还连接电压电流采集模块的输出端，模糊PID控制器的输出端与桨距角分配系统的输入端相连。

所述的桨叶振动速度采集模块内的压电振动速度传感器安装在桨叶叶片上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、 本独立变桨控制装置采用桨叶振动速度采集模块采集风轮机桨叶振动速度作为反馈变量，和传统独立变桨控制装置选择叶片根部弯曲力矩、主轴的弯曲力矩、或者机舱的倾斜力矩等参数作为反馈变量相比较，本实用新型装置对于独立变桨控制系统来说更精确、更直接，从而能有效地提高系统控制精度和控制速度。

2、传统的独立变桨控制装置通常采用PID控制器控制桨距改变，然而风轮机桨叶的振动变化在工程实际中是非线性不规则的，PID控制器在非线性时变、滞后较大的系统中鲁棒性不强，控制效果不理想。本独立变桨控制装置所设计的桨距角补偿量由更先进的模糊PID控制器来进行计算补偿，模糊PID控制器既具有模糊控制灵活且适应性强的优点，又具有常规PID控制精度高的特点，在桨距角补偿上具有较高的动态特性和稳态特性。

附图说明

图1 为一种基于振动速度反馈的模糊PID风机独立变桨控制装置总体结构功能框图；

图2 为桨叶振动速度采集模块电路图。

具体实施方式