[发明专利]一种风力发电机组多激光束多测速截面雷达前馈控制方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机组多激光束多测速截面雷达前馈控制方法，该方法采用脉冲式激光雷达提供多个激光束，在风力发电机组的叶轮轴向方向上激光雷达安装位置与测速截面距离区间介于50米至200米范围内，最多任意设置10个风速测量距离，确定好测速距离数量以及相应测速位置，便构成了多激光束多测速截面雷达前馈控制风速测量架构，而后再针对该多激光束多测速截面雷达前馈控制风速测量架构进行控制，实现多激光束多测速截面雷达前馈控制。本发明可有效减少变桨执行机构动作，提高机组运行可靠性，大幅度降低发电机转速波动幅度，以及降低塔筒底部My弯矩载荷。

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种风力发电机组多激光束多测速截面雷达前馈控制方法。

背景技术

业内习知，对于运行在额定风速以上的风力发电机组，其外部作用力--风速中包含能量比较高的低频信号。在低频风速作用下，运行在并网发电模式的风力发电机组，包括发电机转速信号、塔筒前后方向弯矩信号、轮毂弯矩信号、齿轮箱低速端扭矩信号、叶片挥舞方向弯矩信号、叶片变桨角度信号等，呈现出与风速类似的较大低频能量。如果利用激光雷达将叶轮前方叶轮轴向方向低频前置风速信号测量值，引入到发电机转速VS变桨位置比例积分PI控制回路中，则可以大幅度衰减上述信号中因低频风速所产生的能量。

目前激光雷达前馈控制技术方案中，激光雷达测量的叶轮前方叶轮轴向方向前置风速信号测量值，在经过数据缓存、平移、滤波等处理后得到作为激光雷达前馈控制有效风速。由Bladed软件计算的静态风速与变桨角度关系曲线，通过微分运算得到变桨角度对风速的微分增益表。再乘以激光雷达前馈控制有效风速，得到激光雷达前馈控制产生的附加变桨位置给定值。

由Bladed软件计算的静态风速与变桨角度关系曲线，得到额定风速以上不同风速下变桨角度对风速的微分增益表，该方式得到增益计算值通常偏大。通过风速VS塔筒前后方向弯矩信号开环伯德图分析，此时风速VS塔筒前后方向弯矩信号幅频特性衰减幅度较小，进而影响到前馈控制产生的效果。原因则是较大的微分增益值，会导致前馈控制产生的变桨动作增多，从仿真结果可以发现一致的影响。

另外，激光雷达测量的前置风速信号，在不同风速下会经过自适应低通滤波器进行滤波，以获取激光雷达前馈控制有效风速。自适应低通滤波器截止频率参数，是在设计阶段通过分析激光雷达测量有效风速，与由叶轮旋转平面内风速分布计算的有效风速之间相关性而获取到的。该方法获取的自适应低通滤波器截止频率参数取值偏小，导致用以前馈控制的激光雷达有效风速频率范围变小，同样也影响到前馈控制产生的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种风力发电机组多激光束多测速截面雷达前馈控制方法，可有效减少变桨执行机构动作，提高机组运行可靠性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机组多激光束多测速截面雷达前馈控制方法，首先，采用脉冲式激光雷达提供多个激光束，在风力发电机组的叶轮轴向方向上激光雷达安装位置与测速截面距离区间介于50米至200米范围内，最多任意设置10个风速测量距离，确定好风速测量距离数量以及相应测速位置，便构成了多激光束多测速截面雷达前馈控制风速测量架构；而针对该多激光束多测速截面雷达前馈控制风速测量架构的控制方法，具体如下：

当采用多个测速截面来测量叶轮前方叶轮轴向方向前置风速信号时，激光雷达会提供每个测速截面叶轮轴向方向的叶轮平均风速，为同一测速截面多个激光束测速位置，相应视向风速测量值在叶轮轴向投影分量之和的算术平均；不同测速截面在叶轮轴向方向相隔设定距离，在同一时刻采集的叶轮平均风速，需要各自进行数据缓存；前馈控制的风速信号是由实际用于前馈控制每个测速截面的叶轮平均风速，折算到距离叶轮旋转平面最近测速截面风速数值的算术平均值，其中，折算原则是每个测速截面，在当前时刻之前，由其与距离叶轮旋转平面最近测速截面在叶轮轴向方向距离差值，除以平均风速得到时间值所对应的缓存数值，而平均风速则由某一测速截面叶轮平均风速进行低通滤波获得；