变速恒频风力发电机在额定转速阶段的变桨控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102562453A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102562453A(43)申请公布日2012.07.11(21)申请号201210052182.8(22)申请日2012.03.01(71)申请人国电联合动力技术有限公司地址100000北京市海淀区中关村南大街乙56号方圆大厦16层(72)发明人代海涛葛铭纬秦明(74)专利代理机构北京方韬法业专利代理事务所11303代理人遆俊臣(51)Int.Cl.F03D7/00(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书55页页附图附图55页(54)发明名称变速恒频风力发电机在额定转速阶段的变桨控制方法(57)摘要本发明是有关于一种变速恒频风力发电机在额定转速阶段的变桨控制方法，包括以下步骤：A.求解风力发电机在不同桨距角下对应的Cp-λ曲线；B.找出Cp-λ曲线族最大的外包络线Cpmax-λ及不同叶尖速比所对应的叶片桨距角；C.在额定转速阶段，根据来流风速求解出风力发电机运行的叶尖速比；D.根据叶尖速比调整叶片桨距角，使得风力发电机运行在Cp-λ曲线族的外包络线上。本发明可保证变速恒频风力发电机在额定转速阶段保持最佳功率，从而可转化更多的风能：在低海拔下，可以在一定程度上提高发电量；在高海拔下，更可在大幅提高发电功率的同时，大幅减小风轮载荷，提高风力发电机运行的安全可靠性，具有重要的工程意义。CN1025643ACN102562453A权利要求书1/2页1.一种变速恒频风力发电机在额定转速阶段的变桨控制方法，其特征在于包括以下步骤：A.求解风力发电机在不同桨距角下对应的Cp-λ曲线；B.找出Cp-λ曲线族最大的外包络线Cpmax-λ及不同叶尖速比所对应的叶片桨距角；C.在额定转速阶段，根据来流风速求解出风力发电机运行的叶尖速比；D.根据叶尖速比调整叶片桨距角，使得风力发电机运行在Cp-λ曲线族的外包络线上。2.根据权利要求1所述的变速恒频风力发电机在额定转速阶段的变桨控制方法，其特征在于所述的步骤C中，叶尖速比λ＝ΩR/U，其中：Ω为风轮转速，R为风轮半径，U为来流风速。3.根据权利要求1所述的变速恒频风力发电机在额定转速阶段的变桨控制方法，其特征在于所述的步骤A的求解过程包括：A1.诱导因子的求解，(1)假设轴向诱导因子a和周向诱导因子b的初值，(2)根据计算入流角，其中λ为叶尖速比，r为叶素距轮毂中心的距离，R为风轮半径，(3)根据α＝φ-β-β0计算叶素攻角，其中β为叶素扭角，β0为叶片桨距角，(4)根据求得的叶素攻角结合翼型气动数据得到叶素的升力系数Cl和阻力系数Cd，(5)计算诱导因子a和b的新值a＝g1/(1+g1)，b＝g2/(1-g2)F＝FtFh其中rhub为轮毂半径，N表示风力机叶片数目，(6)比较新计算的a和b与上一次a和b的值，如果误差小于设定的误差值，则终止迭代，否则回到(2)，并继续迭代；A2.获得叶素升阻力系数，在求解出轴向诱导因子a和周向诱导因子b后，可根据以下两式求出叶素入流角及翼型对应攻角2CN102562453A权利要求书2/2页α＝φ-β-β0然后根据翼型攻角和对应气动数据得到叶素的升阻力系数Cl和Cd；A3.风轮功率系数的求解，根据下式求出风轮转矩风轮功率和功率系数为：P＝QΩ4.根据权利要求1所述的变速恒频风力发电机在额定转速阶段的变桨控制方法，其特征在于所述的步骤D：在额定转速阶段初期，逆向变桨，桨距角保持为负；随着风速的增加，叶片顺向变桨，桨距角由负值向正值过渡；在额定功率前，桨叶过渡至正的桨距角；当额定风速继续增加时，叶片顺桨幅度增大。3CN102562453A说明书1/5页变速恒频风力发电机在额定转速阶段的变桨控制方法技术领域[0001]本发明涉及一种风力发电设备的运行控制方法，特别是涉及一种变速恒频风力发电机在额定转速阶段的变桨控制方法。背景技术[0002]风电是重要的洁净能源，其开发利用日益受到重视。目前，变桨距技术在大型风力发电机组中已广泛使用，适当的变桨控制策略可以使风力发电机叶片处于更好的流动状态下以获得更多的风能，从而在发电功率上得到可观的变桨距效益；另外一方面，还可以有效地减小风轮推力及叶根弯矩等气动载荷，从而减小风力发电机设计对强度、疲劳的要求，增加风力发电机运行的可靠性。因此，变桨距控制技术也逐渐引起了本领域技术人员的极大地重视。[0003]变速恒频风力发电机组的运行状态根据风况不同可分为四种不同的阶段，请参阅图1所示，分别是恒速并网(切入)阶段、最大Cp阶段，额定转速阶段和额定功率阶段：当到达切入风速时，发电机以最小转速切入，此时风力发电机运行在很大的叶尖速比下，在该阶段，发电机保持最小转速；随着风速的提高，叶尖速比逐渐减小，当叶尖速比达到最佳叶