[发明专利]一种基于控制策略优化的风力发电机组塔架降载方法

说明书

本发明公开了一种基于控制策略优化的风力发电机组塔架降载方法，该方法是对现有塔架加阻策略进行优化，以测得的塔架前后加速度为输入，通过风力发电机组的塔架加阻控制器得到塔架加阻补偿量，然后根据机组运行状态确定输出塔架加阻补偿速率或角度到风力发电机组的变桨控制器，风力发电机组的变桨系统根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而改变塔架上的推力，实现塔架有效阻尼的增加，进而达到塔架减振降疲劳的目的，克服了现有塔架加阻策略仅在额定及以上工况起作用的局限和不足，进一步减小塔架振动，降低塔架疲劳载荷，提高机组安全性，降低整机成本。

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种基于控制策略优化的风力发电机组塔架降载方法。

背景技术

随着风力发电技术的发展以及市场的需求，单机容量大型化是全球风能技术的发展趋势。大型机组塔架占风力发电机组整机成本的很大比重，塔架制造的主要成本是材料成本，怎样更好地控制塔架以减小塔架的振动是进一步减小塔架材料的制造用量、增加机组寿命的关键。风力发电机组是一个刚柔耦合的多体系统，主要的弹性振动体是叶片和塔架。风力发电机组的塔架如产生振动，其最大危害是使塔架构件产生疲劳，这就意味着在交变载荷作用下，塔架使用寿命会缩短。

另外，塔架是支撑机舱的结构件，塔架的振动传导到机舱上会导致机舱和叶片的振动增加，所以塔架振动的控制对减缓机组整机振动具有十分重要的意义。

塔架前后振动的运动方程可以近似为二阶阻尼谐振运动：

其中：x为塔架位移，是x的一阶导数，是x的二阶导数，F_thrust为施加力，这里主要是风轮推力，ΔF为外部激励变化引起的附加推力，对控制器来说能够通过改变桨距角来改变风轮推力，从而改变塔架上的推力。塔架模态质量为M，模态刚度为K，则塔架频率为一般来说，D阻尼项很小，但如果ΔF正比于有效阻尼可大大增加。

基于以上理论，目前已有的塔架加阻策略，均是以测得的塔架前后加速度为输入，在现有风力发电机组变桨控制环中新增一个塔架主动阻尼控制环，通过塔架主动阻尼控制环，得到塔架加阻补偿速率叠加到变桨速率上，以实现增加塔架前后一阶模态的阻尼，进而能显著减轻机舱、塔架前后方向振动和塔架载荷。

但是，现有的塔架加阻控制策略都是在额定及以上工况，变桨有动作的时候才能发挥作用，在额定以下工况塔架加阻策略并不起作用，但是对于风资源不是特别丰富的地区，大多数风区的风速在一年中的大部分时间都处于较低的风速，这样的话，现有的塔架加阻策略能够起作用的时间就比较有限，因此对降低塔架疲劳载荷的效果就很微小了。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于控制策略优化的风力发电机组塔架降载方法，用于解决现有塔架加阻策略仅在额定及以上工况起作用的局限和不足，进一步减小塔架振动，降低塔架疲劳载荷，提高机组安全性，降低整机成本。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于控制策略优化的风力发电机组塔架降载方法，该方法是对现有塔架加阻策略进行优化，以测得的塔架前后加速度为输入，通过风力发电机组的塔架加阻控制器得到塔架加阻补偿量，然后根据机组运行状态确定输出塔架加阻补偿速率或角度到风力发电机组的变桨控制器，风力发电机组的变桨系统根据变桨控制器发出的变桨指令调节叶片桨距角，从而改变塔架上的推力，实现塔架有效阻尼的增加，进而达到塔架减振降疲劳的目的。

上述的基于控制策略优化的风机塔架降载方法，包括以下步骤：

1)测量塔架前后加速度

在风力发电机组的机舱机座上安装加速度传感器，所述加速度传感器用于将机械振动量转化为电量，然后再对电量进行测量和转换，使其成为加速度信号输出给塔架加阻控制器；

2)计算塔架加阻补偿量