[发明专利]基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统及控制方法。

背景技术

近年来，伴随着全球对环境问题日益重视、高油价和风电技术日益成熟，全球风电获得了超常发展，我国风电的发展尤为迅速。大型风力机和大型风电场并网发电正成为风能有效利用的主要形式。

风力机叶片在旋转过程中，受到来自各种不同来源气流的快速波动荷载作用，包括湍流的风塔影、风剪切和偏航等所造成的。空气流在柔性叶片上产生不规则弹性振动，叶片在旋转平面内的弯曲振动即摆振，是造成风力机疲劳载荷的重要因素之一。近年来，为了实现风能的规模利用，风力机叶片的结构尺寸在持续增大，但也增加了风力机叶片上的载荷。由于叶片载荷影响了其他组件如机械传动系统和杆塔的载荷，导致风电总成本急剧攀升。单纯降低传统的固定翼形叶片成本，对降低总成本作用有限。

发明内容

针对背景技术中提到的现有大型风力机叶片，在降低疲劳负荷方面的缺点和不足，本发明提出一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统及控制方法。

一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统，其特征在于，所述系统包括风力机叶尖、振动控制卡和上位机；所述风力机叶尖包括第一光纤应变传感器、第二光纤应变传感器、第三光纤应变传感器、第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器；所述振动控制卡包括信号调理器、第一低通滤波器、模数转换器、数字信号处理器DSP、USB接口、数模转换器、第二低通滤波器和压控恒流源；

其中，所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器分别与所述信号调理器连接；所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器用于采集信号；所述信号调理器用于将采集到的信号转换成电压信号；

所述信号调理器、第一低通滤波器、模数转换器和数字信号处理器DSP顺次连接；所述第一低通滤波器用于滤掉高频干扰信号；所述模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号；所述数字信号处理器DSP用于对接收到的信号进行处理；

所述数字信号处理器DSP、数模转换器、第二低通滤波器和压控恒流源顺次连接；所述数模转换器用于将数字信号转换成模拟信号；所述第二低通滤波器用于平滑模拟电压量；所述压控恒流源用于将模拟电压信号转换成电流信号；

所述压控恒流源分别与所述第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器连接；所述第一超磁致伸缩作动器和第二超磁致伸缩作动器用于在电流信号的控制下伸长或收缩；

所述第三光纤应变传感器与所述模数转换器连接；所述第三光纤应变传感器用于提供参考应变信号；

所述USB接口分别与所述数字信号处理器DSP和上位机连接。

所述第一光纤应变传感器和第二光纤应变传感器安装在风力机叶尖内侧。

所述第三光纤应变传感器安装在风力机叶尖的上部外侧。

所述风力机叶尖包括连接件、腹板、第一位移放大结构和第二位移放大结构；所述连接件安装在风力机叶尖的内部。所述第一超磁致伸缩智能作动器和第二超磁致伸缩智能作动器通过柔性铰链与连接件连接；所述连接件安装在风力机叶尖的腹板上；所述第一位移放大结构通过柔性铰链连与第一超磁致伸缩智能作动器连接，并与叶尖内部一侧连接；所述第二位移放大结构通过柔性铰链连与第二超磁致伸缩智能作动器连接，并与叶尖内部另一侧连接；所述第一光纤应变传感器安装在第一位移放大结构的上部；所述第二光纤应变传感器安装在第二位移放大结构的上部。

一种基于智能结构的大型风力机叶片摆振抑制系统的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：变量初始化：确定4路通过滤波器信号的阶数，阶数设为N；使用模糊推理算法得到权向量初值V＝[v₀,v₁，...，v_N]^T和W＝[w₀,w₁，...，w_N]^T；初始化输入向量X(k)和输出向量F₁(k)和F₃(k)及G₁(k)和G₂(k)；

步骤2：更新滤波器权系数，并输出控制量；

步骤21：设k＝1；

步骤22：读入当前误差信号e₁(k)和e₂(k)，更新输入向量X(k)：X(k)中原值各右移一位；读入当前输入x(k)且X(k)[0]=x(k)；