双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN104214045104214045A(43)申请公布日2014.12.17(21)申请号201310210185.4(22)申请日2013.05.30(71)申请人成都阜特科技股份有限公司地址611743四川省成都市高新西区西区大道199号模具工业园C1栋(72)发明人孔朝志苗强付小林(51)Int.Cl.F03D7/04(2006.01)权权利要求书4页利要求书4页说明书8页说明书8页附图5页附图5页(54)发明名称双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法(57)摘要本发明提供双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法，具有如下优点：通过对转速偏差采用前馈控制来补偿风速测量误差，无需测量多位置的风速变化，避免增加额外的成本；简化了前馈控制系统，降低了对前馈控制精度的要求，为工程上实现简单的前馈补偿创造了条件；比纯反馈控制具有控制精度高、响应速度快的特点；使用带通滤波器对叶片根部载荷输入量进行滤波处理，能同时将特定频率范围内的信号去除低频漂移和抑制高频扰动；可以产生一个反映风轮位置状态的方位角补偿信号，使风机在不同风速下保持期望输出桨距角的准确性；相对于PI控制器，采用积分器处理变换后的载荷量能够有效降低控制器的设计难度，使该技术更具实际应用价值。CN104214045ACN10425ACN104214045A权利要求书1/4页1.双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法，包括：步骤A：统一变桨控制部分，即由统一变桨距控制算法计算出统一桨距角给定β，该步骤A进一步包括:步骤A1：测量风力发电机组的发电机转速ωmea；步骤A2：将发电机转速ωmea与设定转速ωset进行差值运算得到转速偏差Δω；步骤A3：PI控制，即PI控制器利用步骤A2中得到的转速偏差Δω，并按照拉普拉斯关系式（其中KP为PI控制器的比例系数，TP为积分时间常数）得出变桨控制期望输出的桨距角β0；步骤A4：前馈控制，即检测出发电机转速扰动Δω，等同于步骤A2所述的转速偏差，再通过动态前馈控制器计算出期望的前馈扰动补偿桨距角Δβ0；步骤A5：根据步骤A3中PI控制期望输出的桨距角β0和步骤A4中前馈控制期望输出的前馈扰动补偿桨距角Δβ0进行加法运算，即β0+Δβ0；步骤A6：由桨距角限制器对(β0+Δβ0)作限制处理后输出相应的统一桨距角给定β；步骤B：独立变桨控制部分，该步骤B进一步包括：步骤B1：通过载荷传感器和绝对值编码器分别测量出三个叶片根部y方向载荷(My1，My2，My3)和风轮方位角ψ；步骤B2：利用主控制器将三桨叶叶片根部的y方向载荷(My1，My2，My3)及风轮方位角ψ进行Coleman变换，变换为倾覆载荷分量Mtilt和偏航载荷分量Myaw；步骤B3：两个载荷分量Mtilt、Myaw各由一个带增益的积分器转化成对应的桨距角分量，即得出d轴和q轴期望输出的桨距角(θ2，θ3)，θ2、θ3分别为变换得到d-q轴下的倾斜方向和偏航方向的变桨角；步骤B4：给出风轮方位补偿角Δψ并与风轮方位角ψ进行加法运算：ψ+Δψ，将运算后的结果连同期望桨距角(θ2，θ3)进行Coleman反变换，即可得出独立变桨距控制期望输出的独立桨距角给定(β1，β2，β3)；步骤B5：对输出的独立桨距角给定(β1，β2，β3)分别进行低通滤波和桨距角大小限制处理后输出；步骤C：将经步骤B5处理的独立桨距角给定(β1，β2，β3)分别与统一桨距角给定β进行加法运算后，输出叶片1的桨距角给定(β+β1)、叶片2的桨距角给定(β+β2)及叶片3的桨距角给定(β+β3)。2.根据权利要求1所述的双馈式风力发电机组变桨距控制方法，其特征在于：所述步骤A4中的动态前馈控制器可采用如下拉普拉斯关系式，其中Kd是前馈系数，T1和T2为时间常数。3.根据权利要求1所述的双馈式风力发电机组变桨距控制方法，其特征在于：所述步骤A4中的动态前馈控制器也可采用按如下拉普拉斯关系式得到期望的前馈扰动补偿桨距2CN104214045A权利要求书2/4页角Δβ0，关系式为，其中，Kd是前馈系数，T1、T1'、T2和T2'均为时间常数。4.根据权利要求2或3之一所述的双馈式风力发电机组变桨距控制方法，其特征在于：所述步骤A1中发电机转速ωmea是通过增量式编码器测量出。5.根据权利要求4所述的双馈式风力发电机组变桨距控制方法，其特征在于：所述步骤A2中转速偏差Δω是通过发电机转速设定值ωset减去转速测量值ωmea计算得到的。6.根据权利要求1所述的双馈式风力发电机组变桨距控制方法，其特征在于：本双馈式风力发电机组变桨距控制方法进一步包括塔筒振动控制步骤A110，该塔筒振动控制步骤A110进