[发明专利]风电机组的载荷模型建立方法及载荷控制方法

摘要

本发明公开了一种风电机组的载荷模型建立方法及载荷控制方法，首先迭代获取每组叶尖速比和桨距角下对应的轴向诱导因子和周向诱导因子，然后计算挥舞系数和风能系数，通过若干组叶尖速比和桨距角对应的挥舞系数和风能系数，非线性拟合得到挥舞系数、风能系数关于叶尖速比和桨距角的计算公式，得到载荷模型；然后在载荷模型的基础上，求取每个风速下输出恒定时最小挥舞载荷对应的最优桨距角，非线性拟合得到最优桨距角关于风速的公式，在风电机组运行时根据风速计算得到最优桨距角，得到桨距角调整值，与基于PID的变桨控制方法得到的桨距角调整值叠加，进行桨距角控制。本发明综合考虑摆振载荷和挥舞载荷，实现更为准确的载荷模型和载荷控制方法。

主权项

1.一种风电机组的载荷模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据风电机组的实际情况设置其叶尖速比λ的取值范围[λmin,λmax]及桨距角β的取值范围[0,βmax]；对风力发电机组的桨叶进行叶素划分，记叶素数量为D；令数据组序号i＝1；S2：在叶尖速比λ的取值范围[λmin,λmax]和桨距角β的取值范围[0,βmax]内随机取得第i组叶尖速比λi和桨距角βi；S3：初始化每个叶素的轴向诱导因子aj和周向诱导因子bj，j＝1,2,…,D；S4：计算每个叶素的入流角φj：其中，v1表示为风轮前来流速度，v1＝ΩR/λi，Ω表示风轮的转动角速度，rj表示叶素的半径；S5：计算每个叶素的风攻角αj＝φj‑βi；S6：基于风攻角α和翼型空气动力学特性曲线计算每个叶素的升力系数Cl,j和阻力系数Cd,j，然后计算叶素的切向力系数Ct,j＝Cl,jsinφj‑Cd,jcosφj与叶素的法向力系数Cn,j＝Cl,j cosφj+Cd,j sinφj；S7：更新轴向诱导因子a′j：其中，B表示桨叶数目，c_j表示叶素的弦长；K＝K₁K₂，K₁表示叶尖修正系数，K₂表示轮毂修正系数，其计算公式分别为：其中，R表示桨叶半径，r0表示轮毂半径，exp表示指数函数；如果计算得到的轴向诱导因子a′j＞0.4，采用以下计算公式修正：其中，CF,j表示叶素的推力系数，其计算公式为：更新周向诱导因子b′j：S8：判断是否每个叶素的诱导因子均满足|a′j‑aj|≤Ta且|b′j‑bj|≤Tb，Ta、Tb分别表示预设的误差阈值，如果是，进入步骤S9，否则令aj＝a′j、bj＝b′j，返回步骤S4；S9：计算第i组叶尖速比λi和桨距角βi对应的挥舞系数CM,i和风能系数CP,i：其中，r0≤r≤R，a、b、φ、c、Cn、Ct为分段函数，当r属于第j个叶素时，a、b、φ、c、Cn、Ct取对应的值，即a＝aj、b＝bj、φ＝φj、c＝cj、Cn＝Cn,j、Ct＝Ct,j；S10：如果i＜N，N表示非线性拟合需要的数据组数，令i＝i+1，返回步骤S2，否则根据N组叶尖速比λi、桨距角βi和对应的挥舞系数CM,i、风能系数CP,i，采用非线性拟合得到挥舞系数CM和风能系数CP的计算公式CM＝f1(λ,β)、CP＝f2(λ,β)，得到载荷模型。