[发明专利]解决风力发电机组塔架二阶前后振动的控制方法与模块

说明书

本发明公开了一种解决风力发电机组塔架二阶前后振动的控制方法与模块，基于塔架中间段的前后加速度以及叶轮方位角，分析二阶模态阵型，采用P控制器，在常规变桨控制器输出的变桨速率指令上，给三个叶片分别叠加一个不同的动态变桨速率，经过限幅得到各个叶片最终的变桨速率值，然后根据计算得出各个叶片最终桨距角给定值，即通过微调桨距角，根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，减小叶片受力不平衡，最终达到减小塔架在二阶频率点上的前后振动的目的，保障风力发电机组安全稳定运行。

技术领域

本发明涉及风力发电机组的技术领域，尤其是指一种解决风力发电机组塔架二阶前后振动的控制方法与模块。

背景技术

随着风力发电技术的发展以及市场降低度电成本需求，风力发电机组容量越来越大，叶片越来越长，塔架越来越高，并且由于海上资源丰富，风速稳定，东南沿海一带经济发达，电量需求量大，可自行解决消纳问题，提高风电能利用率，因此海上风电将迎来快速发展。

但是无论是陆上机组还是海上机组，塔架振动问题都是一个棘手的问题。特别是海上风力发电机组的基础立于海床上，塔架上端受到风速、尾流等的影响，下端经受洋流海浪等的影响，以及塔架固有频率的降低，其塔架振动问题相较于陆上机组更严重，尤其是塔架二阶前后振动更是严重。

对于塔架前后振动问题，现采用塔架前后加阻策略，即在常规变桨控制器的基础上，增加一个基于塔架前后加速度的变桨给定值，通过微调桨距角增加塔架前后振动模态阻尼，从而减小塔架前后振动。此方案针对一阶塔架前后振动有较好效果，但针对以塔架前后二阶模态为主的振动，振动效果并不明显。

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，提供了一种解决风力发电机组塔架二阶前后振动的控制方法，可减小塔架前后二阶模态为主的振动，从而解决塔架在二阶频率点上的前后振动，保障风力发电机组安全稳定运行。

本发明的第二目的在于提供一种解决风力发电机组塔架二阶前后振动的控制模块。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种解决风力发电机组塔架二阶前后振动的控制方法，该方法是基于塔架中间段的前后加速度以及叶轮方位角的独立变桨控制策略IPC(Individual Pitch Control)来解决塔架在二阶频率点的前后振动，通过减小叶轮旋转平面内三个叶片面内受力不均而造成的气动不平衡，从根本上减小塔架前后的振动，即根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，从而减小三个叶片受力不平衡，进而减小塔架前后二阶模态为主的振动，具体过程是：首先，通过传感器实时测量塔架中间段的前后加速度，并对其进行滤波；然后，再测量并计算三个叶片对应的方位角；根据塔架中间段的前后加速度以及方位角，采用P控制器，得到各个叶片额外的变桨速率，并将其叠加到各个叶片常规变桨速率上，即给三个叶片分别叠加一个不同的动态变桨速率，最后，经过限幅并计算出各个叶片最终的桨距角给定值输送给机组的变桨系统执行，从而解决塔架在二阶频率点的前后振动问题。

进一步，所述解决风力发电机组塔架二阶前后振动的控制方法，包括以下步骤：

1)测量塔架中间段的前后加速度a_nacelle，并进行滤波，经过传递函数F(s)滤波后的塔架中间段的前后加速度为a_nacellef，即：

a_nacellef＝a_nacelle*F(s)

式中，s为拉普拉斯算子，ξ为阻尼系数，ω为频率，T₁和T₂为时间常数；其中，定义a_nacellef的正方向为向前时为正；

2)计算叶轮方位角；