CN107387316B - 一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统 - Google Patents

一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107387316B
CN107387316B CN201710769144.7A CN201710769144A CN107387316B CN 107387316 B CN107387316 B CN 107387316B CN 201710769144 A CN201710769144 A CN 201710769144A CN 107387316 B CN107387316 B CN 107387316B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pitch
wind
pitch angle
blade
pressure transmitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710769144.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107387316A (zh
Inventor
余莉
刘德
刘锐
唐正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Information Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Information Science and Technology filed Critical Nanjing University of Information Science and Technology
Priority to CN201710769144.7A priority Critical patent/CN107387316B/zh
Publication of CN107387316A publication Critical patent/CN107387316A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107387316B publication Critical patent/CN107387316B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/301—Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/328—Blade pitch angle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/60—Control system actuates through
    • F05B2270/602—Control system actuates through electrical actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/81—Microphones
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及基于压力变送器的风机独立变桨控制系统，包括：压力变送器，测量风轮叶片所受到的风的作用力，并输出风力数据；位置传感器，测量风轮叶片的桨距角,并输出桨距角数据；变桨控制器，接收所述风力数据与桨距角数据，并根据风力数据与桨距角数据计算变桨角度，结合所述变桨角度设定变桨控制信号；变桨驱动模块，根据变桨控制信号驱动伺服电机，伺服电机，驱动叶片完成变桨动作。有益效果：对每个叶片采取独立的变桨控制，有效缓解了风机所受到的不平衡气动载荷，提高风力发电机运行的稳定性，通过压力变送器直接测量风轮叶片所受到的压力，防止风机运行时对风速测量所造成的干扰，有效提高了测量精度。

Description

一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统
技术领域
本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统。
背景技术
能源是国民经济发展的重要基础，随着化石能源的枯竭，寻找一种新型能源已经变得十分迫切。风能作为一种可再生的清洁能源，受到了人们的广泛关注。近年来，为了提高风能利用率，提高风力发电质量，风力发电技术成为研究的焦点。风机变桨控制技术风机控制系统的重要环节，采用变桨控制技术，可以通过调整风轮叶片角度以实现最佳的风能转换效率，稳定发电机的输出功率。
风机的变桨控制技术经过多年的发展已经取得了长足的进步，但仍然存在如下问题亟待解决：
(1)随着风力发电技术日趋成熟，风力发电机的单机容量越来越大，体积和重量也随之增大。但是由于风速的随机性和间歇性，风机不同部位所受到的风的压力不同，导致风机运行不稳定，严重影响了风机的使用寿命，并且风机越大，叶片所受到的不平衡气动载荷越大。
(2)风机运行会对风速造成较大干扰，采用传统的风速测量方法所获得的风速测量值与风机所受到的风力存在较大误差，并且随着体积增大，风机在不同位置所受到的风力大小也存在偏差。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统，对每个叶片所受到的压力分别进行测量，根据每个叶片所受到的风的压力情况的不同，进行相应的变桨动作，具体由以下技术方案实现：
所述基于压力变送器的风机独立变桨控制系统，包括：
压力变送器，测量风轮叶片所受到的风的作用力，并输出风力数据；
位置传感器，测量风轮叶片的桨距角,并输出桨距角数据；
变桨控制器，接收所述风力数据与桨距角数据，并根据风力数据与桨距角数据计算变桨角度如式(1)，结合所述变桨角度设定变桨控制信号；
其中，P是风力机吸收的功率；ρ是空气密度；R是风轮叶片半径；v是当前风速；Cp是风能利用系数；λ是叶尖速比；β是叶片桨距角；
变桨驱动模块，根据变桨控制信号驱动伺服电机；
伺服电机，驱动风轮叶片完成变桨动作。
所述基于压力变送器的风机独立变桨控制系统的进一步设计在于，变桨控制器在当风速发生改变时，通过调整桨距角β来改变风能利用系数Cp，使风力机吸收的功率P稳定在发电机的额定功率；设定桨距角增大方向为正，根据位置传感器测量风轮叶片当前角度β0可得变桨角度Δβ＝β-β0，若Δβ为正，控制伺服电机正向转动控制风轮叶片当前角度小于给定桨距角，否则给出相反的控制信号，直到叶片到达指定位置。
所述基于压力变送器的风机独立变桨控制系统的进一步设计在于，所述压力变送器包括测量元件和信号转换元件，测量元件安装于每个风轮叶片中部，在不同的风压下测量元件上的膜片产生相应的微位移，使电路信号发生改变，并由信号转换元件将所述电路信号转换为标准信号，信号转换元件通过信号线与变桨控制器相连。
所述基于压力变送器的风机独立变桨控制系统的进一步设计在于，所述的位置传感器内置于轮毂上，并与变桨控制器相连，用于测量风轮叶片的桨距角，并将测量结果反馈到控制器中。
所述基于压力变送器的风机独立变桨控制系统的进一步设计在于，所述位置传感器型号为E6CP-AG5C欧姆龙绝对值编码器。
所述基于压力变送器的风机独立变桨控制系统的进一步设计在于，所述的变桨控制器采用DSP，型号为TMS320F2812，其内部包括信号采集模块，桨距角计算模块，电机控制模块,信号采集模块接收压力变送器反馈的压力信息，并将所述压力信息传输至所述桨距角计算模块，桨距角计算模块将压力信息转换为风速信息，并根据所述风速信息得出桨距角参考值。
所述基于压力变送器的风机独立变桨控制系统的进一步设计在于，所述的变桨控制器采用DSP，型号为TMS320F2812，其内部包括信号采集模块，桨距角计算模块，电机控制模块。
所述基于压力变送器的风机独立变桨控制系统的进一步设计在于，叶尖速比λ根据求得，ωm为风力发电机额定转速。
本发明的优点如下：
(1)对每个叶片采取独立的变桨控制，有效缓解了风机所受到的不平衡气动载荷，提高风力发电机运行的稳定性。
(2)通过压力变送器直接测量叶片所受到的压力，防止风机运行时对风速测量所造成的干扰，有效提高了测量精度。
附图说明
图1是本发明基于压力变送器的风机独立变桨控制系统原理图。
图2是本发明基于压力变送器的风机独立变桨控制系统工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的技术方案进一步说明。
如图1，本实施例的基于压力变送器的风机独立变桨控制系统，主要由：压力变送器、位置传感器、变桨控制器以及伺服电机组成。
进一步的，压力变送器，测量叶片所受到的风的作用力，并输出风力数据。位置传感器，测量叶片的桨距角,并输出桨距角数据。变桨控制器，接收所述风力数据与桨距角数据，并根据风力数据与桨距角数据计算变桨角度，结合所述变桨角度设定变桨控制信号，通过位置传感器反馈的叶片当前角度与计算给出的桨距角参考值进行比较，得到变桨角度及方向，设桨距角增大为正方向，若叶片角度小于桨距角参考值，则电机驱动叶片正向转动，若叶片角度大于桨距角参考值，则电机驱动叶片反向转动。变桨驱动模块，根据变桨控制信号驱动伺服电机，完成变桨动作。伺服电机，驱动叶片完成变桨动作。变桨驱动模块型号为AQMD3605BLS。
本实施例中的风压变送器安装于每个叶片上，并通过信号线与变桨控制器相连。
进一步的，压力变送器由测量元件和信号转换元件组成。测量元件安装于每个风轮叶片中部，在不同的风压下，测量元件上的膜片产生相应的微位移，使电路信号发生改变，并由信号转换元件将之转换为易于测量的标准信号，通过信号线与变桨控制器相连。
位置传感器内置于轮毂上，并与变桨控制器通信连接，用于测量叶片的桨距角，并将测量结果反馈到控制器中。所用的位置传感器型号为E6CP-AG5C欧姆龙绝对值编码器。
伺服电机与叶片的数目相对应，每个伺服电机安装于每个叶片根部，用于控制各个叶片，实现各叶片的独立变桨。
本实施例的变桨控制器采用DSP，型号为TMS320F2812，其内部包括信号采集模块，桨距角计算模块，电机控制模块。信号采集模块采集压力变送器反馈的压力信息，并将之传递给桨距角计算模块，桨距角计算模块将压力信息转换为风速信息，并根据当前风速信息得出桨距角参考值，计算公式如下：
其中，P是风力机吸收的功率；ρ是空气密度；R是风轮叶片半径；v是当前风速；Cp是风能利用系数；λ是叶尖速比,ωm为风力发电机额定转速；β是叶片桨距角。
电机控制模块根据给出的桨距角参考值与位置传感器反馈的叶片当前角度给出控制信号，驱动叶片达到指定位置。
如图2，本发明实施例的风机独立变桨控制系统工作流程图，开始运行后，工作过程如下：
(1)随着风速变化，叶片所受压力发生变化，压力变送器的输出信号改变，变桨控制器通过内置的信号采集模块采集各叶片的受力情况，同时，根据位置传感器测得此时各叶片的桨距角；
(2)桨距角计算模块根据采集到的各叶片所受的压力情况计算叶片桨距角，并分别给出各叶片的桨距角参考值，根据给出的桨距角参考值及测量所得到的各叶片当前位置信息，可以得到各叶片的变桨角度；
(3)变桨控制器的电机控制模块根据变桨角度给出控制信号，将驱动模块控制伺服电机，实施变桨；
(4)通过位置传感器测得的桨距角信息判断叶片是否到达给定位置处，若已到达，则变桨完成，否则继续执行变桨动作，直到完成变桨。
本实施例的基于压力变送器的风机独立变桨控制系统对每个叶片采取独立的变桨控制，有效缓解了风机所受到的不平衡气动载荷，提高风力发电机运行的稳定性。并且通过压力变送器直接测量叶片所受到的压力，防止风机运行时对风速测量所造成的干扰，有效提高了测量精度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统，其特征在于包括：
压力变送器，测量风轮叶片所受到的风的作用力，并输出风力数据；
位置传感器，测量风轮叶片的桨距角,并输出桨距角数据；
变桨控制器，接收所述风力数据与桨距角数据，并根据风力数据与桨距角数据计算变桨角度如式(1)，结合所述变桨角度设定变桨控制信号；
其中，P是风力机吸收的功率；ρ是空气密度；R是风轮叶片半径；v是当前风速；Cp是风能利用系数；λ是叶尖速比；β是叶片桨距角；
变桨驱动模块，根据变桨控制信号驱动伺服电机；
伺服电机，驱动风轮叶片完成变桨动作；
变桨控制器在当风速发生改变时，通过调整桨距角β来改变风能利用系数Cp，使风力机吸收的功率P稳定在发电机的额定功率；设定桨距角增大方向为正，根据位置传感器测量风轮叶片当前角度β0可得变桨角度Δβ＝β-β0，若Δβ为正，控制伺服电机正向转动控制风轮叶片当前角度小于给定桨距角，否则给出相反的控制信号，直到叶片到达指定位置；
所述压力变送器包括测量元件和信号转换元件，测量元件安装于每个风轮叶片中部，在不同的风压下测量元件上的膜片产生相应的微位移，使电路信号发生改变，并由信号转换元件将所述电路信号转换为标准信号，信号转换元件通过信号线与变桨控制器相连；
所述的变桨控制器采用DSP，型号为TMS320F2812，其内部包括信号采集模块，桨距角计算模块，电机控制模块,信号采集模块接收压力变送器反馈的压力信息，并将所述压力信息传输至所述桨距角计算模块，桨距角计算模块将压力信息转换为风速信息，并根据所述风速信息得出桨距角参考值，电机控制模块根据给出的桨距角参考值与位置传感器反馈的叶片当前角度给出控制信号，控制电机驱动风轮叶片达到指定位置；叶尖速比λ根据求得，ωm为风力发电机额定转速。
2.根据权利要求1所述的基于压力变送器的风机独立变桨控制系统，其特征在于所述的位置传感器内置于轮毂上，并与变桨控制器相连，用于测量风轮叶片的桨距角，并将测量结果反馈到控制器中。
3.根据权利要求1所述的基于压力变送器的风机独立变桨控制系统，其特征在于所述位置传感器型号为E6CP-AG5C欧姆龙绝对值编码器。
4.根据权利要求1所述的基于压力变送器的风机独立变桨控制系统，其特征在于所述伺服电机与风轮叶片的数目相对应，每个伺服电机安装于每个风轮叶片根部，用于控制各个风轮叶片，实现各风轮叶片的独立变桨。
CN201710769144.7A 2017-08-30 2017-08-30 一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统 Active CN107387316B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710769144.7A CN107387316B (zh) 2017-08-30 2017-08-30 一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710769144.7A CN107387316B (zh) 2017-08-30 2017-08-30 一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107387316A CN107387316A (zh) 2017-11-24
CN107387316B true CN107387316B (zh) 2024-01-02

Family

ID=60348586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710769144.7A Active CN107387316B (zh) 2017-08-30 2017-08-30 一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107387316B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110513247A (zh) * 2018-05-21 2019-11-29 远景能源（江苏）有限公司 用于风力发电机组变桨系统的自主控制系统及方法
CN115342027B (zh) * 2022-08-26 2023-06-16 中国长江三峡集团有限公司 一种风力发电设备的变桨距控制系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102619682A (zh) * 2011-01-30 2012-08-01 华锐风电科技(集团)股份有限公司 用于风力发电机组的变桨控制系统
CN202599975U (zh) * 2012-04-20 2012-12-12 北京斯迪曼科技有限公司 便携式含粉气流风速监测装置
CN104005909A (zh) * 2014-04-22 2014-08-27 重庆邮电大学 非线性前馈与模糊pid结合的风力发电机组变桨距控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102619682A (zh) * 2011-01-30 2012-08-01 华锐风电科技(集团)股份有限公司 用于风力发电机组的变桨控制系统
CN202599975U (zh) * 2012-04-20 2012-12-12 北京斯迪曼科技有限公司 便携式含粉气流风速监测装置
CN104005909A (zh) * 2014-04-22 2014-08-27 重庆邮电大学 非线性前馈与模糊pid结合的风力发电机组变桨距控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107387316A (zh) 2017-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8410622B1 (en) Vertical axis wind turbine with computer controlled wings
CN102168650A (zh) 基于主控的兆瓦级风力机统一和独立变桨混合控制方法
CN107100795B (zh) 一种低风速下风力发电机组mppt自适应控制方法
EP2481916A1 (en) Wind turbine power production system with hydraulic transmission
CN102102630A (zh) 变速变桨风力发电机组独立变桨控制方法
CN107387316B (zh) 一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统
CN105909470A (zh) 风力发电机组的自适应最大功率跟踪控制方法
CN201497751U (zh) 一种风电机组运行时的风速测量装置
CN206636699U (zh) 教学用小型风力发电机变速率变桨控制系统
CN105351144A (zh) 一种减小风机疲劳载荷的桨叶振动反馈方法
CN207197776U (zh) 共轴倾转式旋翼气动性能测试平台
CN103573557A (zh) 潮汐风力一体发电机
CN103670941B (zh) 一种变桨距垂直轴风力发电机
CN106194580A (zh) 一种风力发电机组的推力消减控制算法
CN106351799A (zh) 一种水平轴风力发电机
CN105138845B (zh) 获得风力发电机风速值的方法
CN104005911A (zh) 一种中低速用h型垂直轴风力发电机叶片可控变攻角系统
CN207093286U (zh) 一种基于压力变送器的风机独立变桨控制系统
CN205689362U (zh) 一种可调桨垂直轴风力机风轮
CN103362736A (zh) 变速变桨风力发电机组基于内模控制的最大功率追踪控制方法
CN101252334B (zh) 变速恒频风力发电机动态最优能量捕获方法
CN203230535U (zh) 高效风力发电机
CN113323804B (zh) 解决风力发电机组塔架二阶前后振动的控制方法与模块
CN111622893B (zh) 非对称翼型垂直轴风力机的变桨控制方法及系统
CN212106124U (zh) 一种大功率可调节的垂直轴风力发电机组

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 210044 No. 219 Ning six road, Jiangbei new district, Nanjing, Jiangsu

Applicant after: Nanjing University of Information Science and Technology

Address before: No. 69, Jianye District, Jianye District, Nanjing, Jiangsu

Applicant before: Nanjing University of Information Science and Technology

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant