[发明专利]风力发电交流变桨伺服驱动器输出力矩平滑控制方法

说明书

本发明公开了风力发电交流变桨伺服驱动器输出力矩平滑控制方法，包括以下步骤：步骤1)计算变桨电机当前的加速度a＝dω_r/dt；步骤2)判断变桨电机当前控制模式，如果是速度控制模式，进入步骤3)，如果是位置控制模式，进入步骤5)；步骤3)判断变桨电机当前运行状态是否需要输出力矩的平滑控制。步骤4)转矩平滑控制逻辑，输出最终目标转矩，进入步骤6)；步骤5)判断桨叶角度变化速率，当dλ_r/dt>λ_s时，令T_tmp1＝T*_em，进入步骤4)；步骤6)重复步骤1)。本发明通过对变桨电机速度和桨叶位置状态的甄别，给出了变桨电机转矩平滑控制方法，避免了风速波动对变桨电机、叶片、齿轮和轴承的冲击，提高了各部件使用寿命和运行性能，提高了企业经济效益。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及风力发电交流变桨伺服驱动器输出力矩平滑控制方法。

背景技术

风力发电机组的关键承力部件的设计，如叶片、齿轮和轴承等，需要保证其20年运行寿命中具有较高的抗疲劳性能。承力部件如果长期承受过大的力矩和风速变化所带来的瞬间大冲量冲击，必然导致承力部件寿命减少甚至损坏。一旦关键承力部件受到损坏，其所带来的经济破坏是巨大的，不仅会给风电设备制造企业带来不可估量的损失，还会影响整个风电行业和国民经济的健康发展。

变速恒频风力发电机组在输出频率恒定的情况下，其风轮转速可随风速在较宽的范围内变化，使其能够最大效率地利用风能。但是风速波动时，会使风力发电机及变桨电机承受很大的冲击，长期瞬间过大的力矩作用于风机系统，会增加系统的机械损伤风险，影响风力发电机及变桨电机的寿命，甚至导致风力发电机组的安全事故。

变桨控制系统的运行状态直接决定了这些关键部件的承力大小和风速变化所带来的冲击。近年来，随着交流变桨系统的大量使用，风机关键承力部件的质量问题频出。由于交流变桨驱动电机输出扭矩大，叶片、齿轮和轴承等频繁地承受过大的瞬时扭矩，容易出现开裂等结构性的损伤，最终导致风机损坏。因此优化变桨控制系统以降低风力发电机组关键部件的疲劳应力和冲量，对提高风力发电机组运行的可靠性和寿命具有重大的意义。而现有的变桨控制系统运行时基本上都是简单地满足功率最优的控制原则，而未考虑在不同工况和风速下其控制对风机承力部件疲劳寿命的影响。

风机交流变桨伺服控制系统一般存在三个控制环路：最外层的位置环、中间层的速度环和最内层的转矩环。风力发电机一般是根据最大功率跟踪原则随着风速来调整桨叶迎风角度，即通过变桨控制器的最外层位置环来进行调节。但是，上述风机功率调节的过程中，为了维持风机的输出功率，变桨驱动器必须将桨叶调整到一定的角度，而突然快速波动的风速会导致变桨驱动器输出转矩急剧增大，造成突加的能量对叶片、轴承和齿轮瞬间大转矩冲击，导致关键承力部件的应力疲劳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种有效减低和减小风速波动和交流变桨驱动电机大扭矩输出时，对叶片、齿轮和轴承等瞬时扭矩冲击的风力发电交流变桨伺服驱动器输出力矩平滑控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

风力发电交流变桨伺服驱动器输出力矩平滑控制方法，包括以下顺序步骤：

步骤1)计算变桨电机当前的加速度a＝dω_r/dt；

步骤2)判断变桨电机当前的控制模式：如果变桨电机处于速度控制模式，进入步骤3)，如果变桨电机处于位置控制模式，则进入步骤5)；

步骤3)判断变桨电机当前的运行状态：

①如果变桨电机处于匀速状态，当a–0<-δ时，令T_tmp1＝T*_em，进入步骤4)；