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CNCN104214044104214044A(43)申请公布日2014.12.17(21)申请号201310209456.4(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)发明人孔朝志付小林苗强(51)Int.Cl.F03D7/04(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书5页说明书5页附图3页附图3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)摘要本发明提供一种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：1.使用带通滤波器对载荷输入量进行滤波，将特定频率范围内的信号拿来变换，能同时实现去除低频漂移和抑制高频扰动的作用；2.相对于PI控制器，采用积分器能够有效降低控制器的设计难度，使得该技术更加具有实际应用价值；3.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。CN104214044ACN1042ACN104214044A权利要求书1/3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；步骤B：独立变桨控制部分，该步骤B进一步包括：步骤1：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2：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3：两个载荷分量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4：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5：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5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所述的双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法，其特征在于：步骤1中的载荷传感器采用光纤载荷传感器进行叶片根部y方向载荷(My1，My2，My3)的测量。3.根据权利要求1所述的双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法，其特征在于：在整个变桨控制过程中，为了避免信号漂移和高频干扰，叶片根部载荷(My1，My2，My3)在坐标变换之前，即在步骤2之前，先要经过一个带通滤波器进行滤波处理，其表达式为：式中，Knd是增益，ω1为带通滤波器的固有频率，通常取叶片通过频率的整数倍，ζ为带通滤波器的阻尼比。4.根据权利要求2或3所述的双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法，其特征在于：步骤2中Coleman变换的作用是把输入量从混合坐标系（包括旋转坐标系和非旋转坐标系）转换到非旋转坐标系中，实现桨叶叶轮旋转坐标系与轮毂固定坐标系之间的变量变换，其公式为：式中：My1、My2、My3为叶片根部上的测得的载荷力矩；Mtilt、Myaw为变换到二相垂直的d-q2CN104214044A权利要求书2/3页轴上的倾覆力矩和偏航力矩，再由倾覆力矩和偏航力矩转化成桨距角分量(θ2，θ3)，经过坐标变换后，系统从周期性系统被模拟为线性时不变系统，可以采用常用的线性时不变系统的分析方法进行特征值计算。5.根据权利要求4所述的双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法，其特征在于：步骤3中，积分器用于将载荷分量转化成桨距角分量(θ2，θ3)，其表达式为：式中，K是积分增益，TI是积分时间常数。6.根据权利要求1所述的双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法，其特征在于：Coleman反变换是为了把桨距角分量变换成期望输出的独立桨距角(β1，β2，β3)，Coleman反变换的表达式为：式中：β1、β2、β3为计算得到的三个叶片的微调变桨角，也即三个叶片的独立变桨距控制期望输出的独立桨距角；θ2、θ3为变换得到d-q轴下的倾斜方向和偏航方向的变桨角。7.根据权利要求1所述的双馈式变速变桨风力发电机组的独立变桨距控制方法，其特征在于：步骤4中进行Coleman反变换时增