CN101498283A - 大型风力发电机组变桨距控制方法 - Google Patents

大型风力发电机组变桨距控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种大型风力发电机组变桨距控制方法，当前主轴承的转速期望值ω期望减去当前主轴承的实际转速ω实际得到转速误差Δω；模糊控制器综合转速差Δω及其变化趋势，计算出相应的桨距角参考值β参考；将桨距角参考值β参考传送给风力发电机组；风力发电机组对变桨距执行机构实现对桨距角的控制，变化了的桨距角叶片的气动外形改变，从而使叶片受力发生变化，使机组主轴转速跟踪期望值ω期望。本发明所述的方法，总体精度明显提高，有助于增加风力发电机组的年总发电量，对复杂、极端情况的适应性较强，动作有效性大大提高，最大程度延长执行机构的机械寿命，改装难度小，成本低。

Description

大型风力发电机组变桨距控制方法
技术领域
本发明涉及大型风力发电机组的变桨距控制方法，尤其涉及一种以基本目的为控制主轴转速大型风力发电机组的变桨距控制方法。
背景技术
失速型风力发电机组和变桨距风力发电机组是大型风力发电机组的两种主要类型。采用失速功率调节方式机组的叶片在发电时不能转动，转速调节通过失速型叶片自身的失速特性实现。这种方式有结构简单、故障概率低的优点，其缺点主要是风力发电机组的性能受到叶片失速性能的限制，在风速超过额定值时发电功率反而有所下降。另一个缺点是叶片形状和结构复杂、重量大，使风轮转动惯量大。
采用变桨距功率调节技术可以有效地克服上述缺点，发电机组的叶片相对于风向有不同的功角，当风速持续变化时，叶片的功角始终保持在最佳角度，从而使风力发电机组有可能在不同风速下始终保持其风轮的最佳转换效率，使输出功率最大。
变桨距风力发电机的额定风速较低，在风速超过其额定风速时发电机组的出力也不会下降，始终保持在一个接近理想化的水平，提高了发电效率。发电性能曲线相对定桨距风力发电机组有较大改进。同时，变桨距风力发电机的叶片较薄，结构简单、重量小，使得发电机转动惯量小，易于制造大型发电机组。因此，变桨距风力发电机组是今后大型风力发电机组的发展趋势，这也使它的控制方法成为当今研究的热门方向。
现今变桨距的控制方法普遍采用“比例积分”的控制，这种方法虽然简单实用，但存在控制精度提高困难、复杂情况效果明显下降和工作过于频繁不利于机械部件寿命等难以逾越的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种控制精度高，适用复杂情况的大型风力发电机组变桨距控制方法。
本发明所述的大型风力发电机组变桨距控制方法，包括以下步骤，
1.根据制造商预先设定好的“风速-功率-转速”模型得到当前主轴承的转速期望值(ω期望)；
2.通过风电机组电力变流器或机组主轴承上的转速计，得到当前主轴承的转速实际值(ω实际)；
3.当前期望主轴转速(ω期望)减去实际转速(ω实际)得到转速误差(Δω)；
4.模糊控制器综合转速差(Δω)及其变化趋势，计算出相应的桨距角参考值(β参考)；
5.通过模拟量接口或现场总线将桨距角参考值(β参考)传送给风力发电机组；
6.风力发电机组根据桨距角参考值(β参考)，对变桨距执行机构实现对桨距角的控制，变化了的桨距角叶片的气动外形改变，从而使叶片受力发生变化，使机组主轴转速跟踪期望值(ω期望)。
上述步骤4的具体方法是，模糊控制器首先使用Mamdani方法或Takagi-Sugeno方法，将转速差(Δω)及其变化趋势模糊化，然后根据从属度函数和模糊规则经由模糊推理机进行计算，最后将其清晰化，变为数字化的桨距角参考值(β参考)。
所述模糊化的方法为单点模糊集合法或几何形模糊集合法。
所述清晰化的方法为最大隶属度法、中位数法或重心法。
通过上述步骤1-6，本发明所述的大型风力发电机组变桨距控制方法完成一个循环。整个过程周而复始，循环运行以不低于5秒的速度运行，以使风电机组主轴实际转速(ω实际)与期望转速(ω期望)保持一致。
鉴于模糊控制的复杂性和风力发电机组使用环境的要求，本控制方法采用高性能可编程控制器作为载体，通过变流器或转速计来获得主轴实际转速(ω实际)，并通过模拟量接口或现场总线将桨距角参考值(β参考)传输至变桨距执行机构。
相对于现今变桨距系统普遍采用的“比例积分”的控制方法，本发明有以下优点
1.总体精度明显提高，有助于增加风力发电机组的年总发电量
2.对复杂、极端情况的适应性较强
3.动作有效性大大提高，最大程度延长执行机构的机械寿命
4.改装难度小，成本低
附图说明
图1大型风力发电机组的变桨距控制方法的流程图
具体实施方式
如图所示，本发明所述的大型风力发电机组变桨距控制方法，包括以下步骤，
1.根据制造商预先设定好的“风速-功率-转速”模型得到当前主轴承的转速期望值(ω期望)；
2.通过风电机组电力变流器或机组主轴承上的转速计，得到当前主轴承的转速实际值(ω实际)；
3.当前期望主轴转速(ω期望)减去实际转速(ω实际)得到转速误差(Δω)；4.模糊控制器综合转速差(Δω)及其变化趋势，计算出相应的桨距角参考值(β参考)；
具体方法是，模糊控制器首先使用Mamdani方法或Takagi-Sugeno方法，采用单点模糊集合法或几何形模糊集合法将转速差(Δω)及其变化趋势模糊化，然后根据从属度函数和模糊规则经由模糊推理机进行计算，最后采用最大隶属度法、中位数法或重心法将其清晰化，变为数字化的桨距角参考值(β参考)。
5.通过模拟量接口或现场总线将桨距角参考值(β参考)传送给风力发电机组；
6.风力发电机组根据桨距角参考值(β参考)，对变桨距执行机构实现对桨距角的控制，变化了的桨距角叶片的气动外形改变，从而使叶片受力发生变化，使机组主轴转速跟踪期望值(ω期望)。
通过上述步骤1-6，本发明所述的大型风力发电机组变桨距控制方法完成一个循环。整个过程周而复始，循环运行以不低于5秒的速度运行，以使风电机组主轴实际转速(ω实际)与期望转速(ω期望)保持一致。
本发明所述的大型风力发电机组变桨距控制方法，总体精度明显提高，有助于增加风力发电机组的年总发电量；对复杂、极端情况的适应性较强；动作有效性大大提高，最大程度延长执行机构的机械寿命；改装难度小，成本低。

Claims (4)

1.大型风力发电机组的变桨距控制方法，其特征是，包括以下步骤，
(1).根据制造商预先设定好的“风速-功率-转速”模型得到当前主轴承的转速期望值ω期望；
(2).通过风电机组电力变流器或机组主轴承上的转速计，得到当前主轴承的转速实际值ω实际；
(3).当前期望主轴转速ω期望减去实际转速ω实际得到转速误差Δω；
(4).模糊控制器综合转速差Δω及其变化趋势，计算出相应的桨距角参考值β参考；
(5).通过模拟量接口或现场总线将桨距角参考值β参考传送给风力发电机组；
(6).风力发电机组根据桨距角参考值β参考，对变桨距执行机构实现对桨距角的控制，变化了的桨距角叶片的气动外形改变，从而使叶片受力发生变化，使机组主轴转速跟踪期望值ω期望。
2、根据权利要求1所述的大型风力发电机组的变桨距控制方法，其特征在于，步骤4的具体方法是，模糊控制器首先使用Mamdani方法或Takagi-Sugeno方法，将转速差Δω及其变化趋势模糊化，然后根据从属度函数和模糊规则经由模糊推理机进行计算，最后将其清晰化，变为数字化的桨距角参考值β参考。
3、根据权利要求2所述的大型风力发电机组的变桨距控制方法，其特征在于，所述模糊化的方法为单点模糊集合法或几何形模糊集合法。
4、根据权利要求2所述的大型风力发电机组的变桨距控制方法，其特征在于，所述清晰化的方法为最大隶属度法、中位数法或重心法。
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