[发明专利]漂浮式双叶轮风电机组波浪扰动的前馈控制方法与系统

说明书

本发明公开了一种抑制漂浮式双叶轮风电机组波浪扰动的前馈控制方法与系统，该方法是针对受波浪扰动的漂浮式双叶轮风电机组的任意大部件系统，并采用前馈控制技术进行补偿，具体操作为提前预知即将到达浮台的波浪信息，包括波浪的有效波高和周期信息，根据波浪的有效波高和周期信息，及时对由波浪引起的大部件系统运动进行补偿，即可有效抑制由此造成的机组转速、功率波动和大部件系统疲劳；其中，大部件系统有浮台、机舱、塔架、叶轮、传动链和系泊系统。本发明能有效地抑制由波浪引起的大部件系统运动，从而降低大部件系统的疲劳载荷，并抑制由此造成的机组转速、功率波动。

技术领域

本发明涉及风电机组的技术领域，尤其是指一种抑制漂浮式双叶轮风电机组波浪扰动的前馈控制方法与系统。

背景技术

漂浮式风电机组的出现使得开发深远海的风力资源成为可能，考虑到经济性和更大的风能捕获而设计的双叶轮漂浮式机组(如图1)与传统固定式机组和单叶轮漂浮式风电机组相比结构有较大区别且控制系统更复杂；特别是与风-浪联合作用下造成的浮台运动而产生的附加波浪力相关的低频模态能够引起塔架、系泊系统等大部件系统疲劳载荷的增加和功率波动。当前绝大部分漂浮式风电机组还是使用变速变桨控制策略，通过调节变桨控制器参数使其变桨响应不与浮台运动相耦合，而抑制浮台纵荡的控制策略也只是对由波浪引起的浮台固有频率的振动进行加阻，对于不同周期和不同波高的波浪对浮体的冲击，传统的控制策略还不能有效应对，急需解决。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种抑制漂浮式双叶轮风电机组波浪扰动的前馈控制方法，能有效地抑制由波浪(不同波频)引起的大部件系统运动，从而降低大部件系统的疲劳载荷，并抑制由此造成的机组转速、功率波动。

本发明的第二目的在于提供一种抑制漂浮式双叶轮风电机组波浪扰动的前馈控制系统。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种抑制漂浮式双叶轮风电机组波浪扰动的前馈控制方法，所述漂浮式双叶轮风电机组为两台风机通过Y形塔架共用一个浮台，Y形塔架的底部固定于浮台上，两台风机的叶轮旋转方向相反，以抵消两台风机的离心力；该方法是针对受波浪扰动的漂浮式双叶轮风电机组的任意大部件系统，并采用前馈控制技术进行补偿，具体操作为提前预知即将到达浮台的波浪信息，包括波浪的有效波高和周期信息，根据波浪的有效波高和周期信息，及时对由波浪引起的大部件系统运动进行补偿，即可有效抑制由此造成的机组转速、功率波动和大部件系统疲劳；其中，所述大部件系统有浮台、机舱、塔架、叶轮、传动链和系泊系统。

进一步，该方法是采用测波设备测得波浪的有效波高η和周期信息，而测波设备的最短探测距离L由以下公式确定：

式中，g为重力加速度，为波浪的最大周期，t_p为波浪冲击浮台时导致浮台产生最大波浪力的最短时间，π为圆周率；以上参数均能够通过模型计算得到静态参数；

该方法是根据以上公式计算得到的最短探测距离L来选择能够实现该探测距离的测波设备；确定好测波设备后，记录下测波设备每个测量周期测得的有效波高η和时间t，由于风机的变桨执行机构、变频器响应和滤波器均会造成时间延迟t_delay，则用于前馈控制的有效波高η还有t-t_delay时间才到达浮台，然后选择某一时刻的有效波高η作为前馈控制的输入，再采用前馈控制技术进行补偿。

进一步，采用前馈控制技术进行补偿，分为两部分：一部分是在额定风速以下风机尚未满载运行，其补偿量τ_ff叠加在扭矩控制器输出的扭矩给定值上；另一部分是额定风速以上风机满载运行，其补偿量θ’_ff经过积分得到θ_ff再叠加到变桨控制器输出的桨叶角度给定值上；而后再由机组的主控系统同时下发到两台风机的变频系统和变桨系统来执行动作。