[发明专利]用于风力发电机组变桨系统的自主控制系统及方法

权利要求书

1.一种用于风力发电机组变桨系统的自主控制系统，包括变桨控制系统，所述变桨控制系统包括至少第一变桨控制器和第二变桨控制器，其特征在于，所述第一变桨控制器和第二变桨控制器中的至少一个被设置成现场总线通信主站。

2.如权利要求1所述的用于风力发电机组变桨系统的自主控制系统，其特征在于，还包括主控制器，所述主控制器被设置成现场总线通信从站。

3.如权利要求1所述的用于风力发电机组变桨系统的自主控制系统，其特征在于，所述变桨控制系统还包括第三变桨控制器，所述第三变桨控制器被设置成现场总线通信从站。

4.如权利要求1或2所述的用于风力发电机组变桨系统的自主控制系统，其特征在于，所述现场总线为Profibus总线和/或CANbus总线。

5.一种用于风力发电机组变桨系统的自主控制方法，所述自主控制方法利用如权利要求1-4中任一项所述的用于风力发电机组变桨系统的自主控制系统，所述方法包括下述步骤：

S1：通过变桨控制系统自主采集风轮转速信号、风轮加速度信号和/或风况信号；

S2：在不依赖主控制器的情况下，所述现场总线通信主站对采集到的信号进行运算处理，给出目标桨叶角度指令，并将目标桨叶角度指令传送到相应的变桨控制器；

S3：收到目标桨叶角度指令的变桨控制器向变桨执行机构发出驱动指令，驱动叶片达到目标桨叶角度。

6.如权利要求5所述的用于风力发电机组变桨系统的自主控制方法，其特征在于，在步骤S1中，通过设置在风力发电机组轮毂内部的任意变桨控制器来采集风轮转速信号、风轮加速度信号或风况信号。

7.如权利要求5所述的用于风力发电机组变桨系统的自主控制方法，其特征在于，在步骤S1中，通过设置在桨叶上的加速度传感器来提供风轮加速度信号。

8.如权利要求7所述的用于风力发电机组变桨系统的自主控制方法，其特征在于，所述加速度传感器为MPU9250传感器。

9.如权利要求7所述的用于风力发电机组变桨系统的自主控制方法，其特征在于，所述风轮转速通过风轮加速度信号解算得到，具体解算过程如下：

由于X,Y和Z轴三个方向的加速度矢量和恒等于重力加速度，则得到下述式(1)：

因为a_z＝0，得到下述式(2)：

利用三角函数关系，分别得到下述式(3)-(6)：

对风轮所在位置取实时微分得出角速度，得到下述式(7)：

把式(6)代入式(7)，得到下述式(8)：

其中ω表示风轮转速，a_x，a_y和a_z分别表示风轮在X,Y和Z轴方向上的加速度分量，且Z轴垂直于风轮旋转平面；g表示重力加速度；θ表示风轮加速度与永远垂直向下的重力加速度g之间的夹角。

10.如权利要求5所述的用于风力发电机组变桨系统的自主控制方法，其特征在于，在步骤S1中，通过设置在风力发电机组轮毂内部的风速风向传感器来提供风况信号。

11.如权利要求5所述的用于风力发电机组变桨系统的自主控制方法，其特征在于，在步骤S3中，收到目标桨叶角度指令的变桨控制器向变桨执行机构发出驱动指令，驱动叶片达到目标桨叶角度包括：

(1)变桨控制器检测到风轮实际转速之后，与目标风轮转速相比较，得出转速差异；

(2)通过风机气动模型的换算得出风机叶片桨叶角度需要调整的值，从而驱动变桨执行机构将桨叶调整到目标角度。