[发明专利]一种带有尾缘襟翼的大型变桨风力机控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种带有尾缘襟翼的大型变桨风力机控制系统及控制方法，带有尾缘襟翼的大型变桨风力机控制系统包括：带有尾缘襟翼的风力机叶片、传感器模块、转矩观测器和控制系统；带有尾缘襟翼的大型变桨风力机控制系统的控制方法包括以下步骤：步骤一：进行带有尾缘襟翼的大型变桨风力机实验测试及系统模型辨识，其步长为μ；步骤二：控制带有尾缘襟翼结构的风力机叶片的桨距；步骤三：控制带有尾缘襟翼结构的风力机叶片的襟翼；步骤四：根据步骤三可得针对叶轮转矩及叶根疲劳载荷的即时控制量，分别为襟翼角输入量u₁(k),u₂₁(k),u₂₂(k),u₂₃(k)，其被控量分别为转矩观测器得到的估计转矩与对应叶片1、叶片2、叶片3的应变传感器信号值。根据襟翼角输入量u₁(k),u₂₁(k),u₂₂(k),u₂₃(k)及相应优化指标可得叶片1、叶片2、叶片3的三襟翼角控制量

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及大型变桨风力机控制系统及控制方法。

背景技术

随着化石能源的逐渐短缺与科学技术的不断进步，风能资源作为一种有巨大发展潜力的可再生能源，越来越受到人们的重视。随着风能利用技术的不断进步，全球风电行业不断发展，而这其中又以我国的风电发展速度最为迅速。如今，风力机的大型化已经成为了风能行业未来发展的主要趋势。

在风力机运行过程中风力机叶片会遇到许多负载影响因素，其来源主要有湍流风、塔影效应、风剪切及偏航偏差等。而且，风力机叶轮转矩也会因为这些负载影响因素产生波动，从而导致功率波动。在这些负载因素影响下，风力机叶片还会因其柔性产生大幅度的随机振动，导致风力机产生较大的疲劳载荷。这些随机振动严重影响风力机叶片的使用寿命，而且其对于风力机塔架、轮毂等结构也产生了载荷作用，同时减少了其他组件的使用寿命，使得风力机度电成本急剧提升。而且，传统变桨控制系统对于风力机功率快速波动及风力机载荷快速变化均难以起到很好的控制效果。

因此希望有一种大型变桨风力机控制系统及控制方法可以克服或至少减轻现有技术中风力机的疲劳载荷并控制风力机功率的波动问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有尾缘襟翼的大型变桨风力机控制系统的控制方法能够抑制风力机的疲劳载荷并控制风力机功率波动。

本发明提供一种带有尾缘襟翼的大型变桨风力机控制系统的控制方法，所述带有尾缘襟翼的大型变桨风力机控制系统包括：带有尾缘襟翼的风力机叶片、传感器模块、转矩观测器和控制系统；

带有尾缘襟翼的风力机叶片包括：腹板、3个变襟翼电机、3个主动轴、3个从动轴、3个传动带、3个尾缘襟翼和3个变桨距电机；

传感器模块包括：3个分别安装在所述大型变桨风力机三个叶片根部的迎风侧的应变传感器和6个安装在所述大型变桨风力机三个叶片的中部及叶尖处的热风式风速传感器；应变传感器与第一低通滤波器、A/D模数转换器和嵌入式系统按顺序依次连接，用于检测带有尾缘襟翼的风力机叶片根部的应变信号；热风式风速传感器与第二低通滤波器、A/D模数转换器和嵌入式系统按顺序依次连接，用于估算风轮平面的风速；

控制系统包括：电磁屏蔽机柜、A/D模数转换器、D/A数模转换器、嵌入式系统、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、RS485接口和上位机；嵌入式系统通过RS485接口与上位机相连，用于监控控制系统的运行情况、接受上位机命令并且控制系统内组件之间的信号传输；电磁屏蔽机柜安装于控制系统外部，用于屏蔽控制系统外部的电磁干扰；

带有尾缘襟翼的大型变桨风力机控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：进行带有尾缘襟翼的大型变桨风力机实验测试及系统模型辨识，其步长为μ；