CN111706463A - 双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法及装置、机组 - Google Patents

双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法及装置、机组 Download PDF

Info

Publication number
CN111706463A
CN111706463A CN202010435699.XA CN202010435699A CN111706463A CN 111706463 A CN111706463 A CN 111706463A CN 202010435699 A CN202010435699 A CN 202010435699A CN 111706463 A CN111706463 A CN 111706463A
Authority
CN
China
Prior art keywords
impeller
thrust
information
derivative controller
variable pitch
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.)
Granted
Application number
CN202010435699.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111706463B (zh
Inventor
欧柳利
陈思范
赵晓峻
孙晓旭
马冲
任永
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.)
MingYang Smart Energy Group Co Ltd
Original Assignee
MingYang Smart Energy Group Co Ltd
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 MingYang Smart Energy Group Co Ltd filed Critical MingYang Smart Energy Group Co Ltd
Priority to CN202010435699.XA priority Critical patent/CN111706463B/zh
Publication of CN111706463A publication Critical patent/CN111706463A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111706463B publication Critical patent/CN111706463B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • 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 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • 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
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • 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
    • F05B2270/321—Wind directions
    • 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
    • F05B2270/70—Type of control algorithm
    • F05B2270/706—Type of control algorithm proportional-integral-differential
    • 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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法及装置、机组，方法首先获取风向信息和两个叶轮的推力信息并进行滤波；由滤波后的风向信息算出偏航误差角度；将偏航误差角度作为第一比例积分微分控制器的输入，计算其输出；根据第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值及叶轮变桨角度，计算需分配到发电机组双叶轮中的第一、二叶轮的推力；将第一、二叶轮的推力分别对应输入第二、三比例积分微分控制器，计算第二、三比例积分微分控制器的输出；结合叶轮的变桨信息和对应比例积分微分控制器的输出来更新变桨信息并生成对应叶轮的变桨控制指令。本发明可以控制偏航运动，节约偏航电机和偏航轴承成本，提高响应速度。

Description

双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法及装置、机组
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法及装置、机组。
背景技术
风力发电机组通常是通过叶轮吸收气流中的能量，通过传动系统将叶轮叶片产生的机械能传递给发电机系统来转换成电能。叶轮由若干叶片组成，叶片绕叶片轴的旋转角度称为变桨角度，通过调整变桨角度可以改变叶轮吸收风能的系数。
风力发电机组的叶轮连接主轴，并经齿轮箱驱动发电机转子，主轴经轴承和基座连接机舱，塔架连接机舱和基础平台。风力发电机组的偏航运动指的是风力发电机组机舱绕着与基础平台垂直的方向的运动，通过对风力发电机组的偏航运动进行控制可以改变风力发电机组的叶轮相对风速的方向。通常情况下，风力发电机组的叶轮相对风速的角度越小，风力发电机组的发电量就越大。风力发电机组偏航控制的目标就是尽量减小叶轮相对风速的角度。常规的偏航控制是采用偏航电机驱动偏航的运动过程，根据风向传感器测量的风向信息设置偏航电机的启停，从而调整叶轮相对风速的角度。然而，这种采用偏航电机驱动偏航的方式由于增设了偏航电机和偏航轴承，使得风力发电机组成本增加，偏航电机在运行时也消耗了一定电量，并且，偏航电机的启停存在一定的缓冲时间，因此响应即时性也较差。
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，提供一种双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法，该方法可以控制偏航运动，节约偏航电机和偏航轴承成本，提高响应速度。
本发明的第二目的在于提供一种双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制装置。
本发明的第三目的在于提供一种双叶轮漂浮式风力发电机组。
本发明的第四目的在于提供一种存储介质。
本发明的第五目的在于提供一种计算设备。
本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法，步骤如下：
S1、获取风向信息和两个叶轮的推力信息，并对风向信息和推力信息进行滤波；
S2、由滤波后的风向信息折算出风向与机舱的夹角，即偏航误差角度；
S3、将偏航误差角度作为第一比例积分微分控制器PD(t)的输入，计算第一比例积分微分控制器PD(t)的输出；
第一比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000021
其中，KPy是比例系数，KIy是积分系数，KDy是微分系数，e(t)是偏航误差，可以根据实际情况省略KIy∫e(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000022
S4、若第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值小于0并且第二叶轮的变桨角度不大于维持额定转速的变桨角度，或者第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值大于0并且第一叶轮的变桨角度大于维持额定转速的变桨角度，则第一叶轮分配的推力值为F1c＝PD(t)-Fmeasure(t)，第二叶轮分配的推力值为F2c＝0，其中，Fmeasure(t)是滤波后的推力信息；其他情况下，第一叶轮分配的推力值为F1c＝0，第二叶轮分配的推力值为F2c＝PD(t)-Fmeasure(t)；
S5、将第一叶轮的推力F1c作为第一叶轮的第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输入，计算第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出；将第二叶轮的推力F2c作为第二叶轮的第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输入，计算第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出；
第二比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000031
第三比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000032
其中，KPθ是比例系数，KIθ是积分系数，KDθ是微分系数，第二比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F1c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000033
第三比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F2c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000034
S6、将第一叶轮的变桨信息和第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出进行结合，得到更新后的第一叶轮的变桨信息并生成第一叶轮的变桨控制指令；将第二叶轮的变桨信息和第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出进行结合，得到更新后的第二叶轮的变桨信息并生成第二叶轮的变桨控制指令，机组可以根据变桨控制指令调整第一叶轮和第二叶轮的变桨角度。
优选的，风向信息通过激光雷达式测风传感器或者超声波传感器直接检测得到，或者是根据风速折算而成；
推力信息通过推力传感器直接检测得到，或者是对传感器检测数据进一步计算得到。
优选的，结合的方式包括算术叠加、取较大值、取较小值。
优选的，采用低通滤波器或者低通滤波器与陷波器结合对风向信息和推力信息进行滤波。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制装置，包括：风向信息获取模块、推力信息获取模块、偏航误差角度计算模块、第一计算模块、推力分配计算模块、第二计算模块和变桨信息计算模块，其中，
风向信息获取模块用于获取风向信息，并对风向信息进行滤波；
推力信息获取模块用于获取两个叶轮的推力信息，并对推力信息进行滤波；
偏航误差角度计算模块用于由风向信息获取模块中滤波后的风向信息折算出风向与机舱的夹角，即偏航误差角度；
第一计算模块具有第一比例积分微分控制器，用于将偏航误差角度作为第一比例积分微分控制器PD(t)的输入，计算第一比例积分微分控制器PD(t)的输出；第一比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000041
其中，KPy是PD(t)的比例系数，KIy是PD(t)的积分系数，KDy是PD(t)的微分系数，e(t)是PD(t)的偏航误差，可以根据实际情况省略KIy∫e(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000042
推力分配计算模块用于在第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值小于0并且第二叶轮的变桨角度不大于维持额定转速的变桨角度，或者第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值大于0并且第一叶轮的变桨角度大于维持额定转速的变桨角度的情况下，分配第一叶轮推力值F1c＝PD(t)-Fmeasure(t)，分配第二叶轮推力值F2c＝0，其中，Fmeasure(t)是滤波后的推力信息；在其他情况下，分配第一叶轮推力值F1c＝0，分配第二叶轮推力值F2c＝PD(t)-Fmeasure(t)；
第二计算模块具有第二比例积分微分控制器和第三比例积分微分控制器，用于将推力分配计算模块计算出的第一叶轮的推力F1c作为第一叶轮的第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输入，计算第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出；以及用于将推力分配计算模块计算出的第二叶轮的推力F2c作为第二叶轮的第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输入，计算第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出；
第二比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000043
第三比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000051
其中，KPθ是比例系数，KIθ是积分系数，KDθ是微分系数，第二比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F1c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000052
第三比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F2c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000053
变桨信息计算模块用于将第一叶轮的变桨信息和第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出进行结合，得到更新后的第一叶轮的变桨信息并生成第一叶轮的变桨控制指令；以及用于将第二叶轮的变桨信息和第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出进行结合，得到更新后的第二叶轮的变桨信息并生成第二叶轮的变桨控制指令。
本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种双叶轮漂浮式风力发电机组，所述双叶轮漂浮式风力发电机组具有本发明第二目的所述的偏航控制装置。
本发明的第四目的通过下述技术方案实现：一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现本发明第一目的所述的双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法。
本发明的第五目的通过下述技术方案实现：一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现本发明第一目的所述的双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法，在不需要使用偏航电机和偏航轴承的情况下就能够控制发电机组的偏航运动，因此可以节约偏航电机和偏航轴承成本。并且，与传统的偏航电机启停控制方法相比，本发明方法不需要耗费偏航电机启停的缓冲时间，也不存在偏航电机运行消耗电量，因此具有更快的响应速度和生产效益。
(2)本发明双叶轮漂浮式风力发电机组通过偏航控制装置得到第一叶轮和第二叶轮的变桨控制指令，根据变桨控制指令来调整第一叶轮和第二叶轮的变桨角度，从而改变两个叶轮的推力，进而实现偏航误差的减小，即时有效地控制偏航运动。
附图说明
图1是本发明双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法的流程图。
图2是本发明双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例公开了一种双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法，如图1所示，步骤如下：
S1、获取风向信息和两个叶轮的推力信息，并采用低通滤波器或者低通滤波器与陷波器结合对风向信息和推力信息进行滤波，滤除风向信息和推力信息中的高频干扰信号。
风向信息可以通过激光雷达式测风传感器或者超声波传感器直接检测得到，也可以根据风速折算而成。推力信息可以通过推力传感器直接检测得到，也可以是对传感器检测数据进一步计算得到，比如采用塔架前后加速度、发电机转速和发电机电磁转矩的测量信号间接计算推力。
S2、由滤波后的风向信息折算出风向与机舱的夹角(风向相对机舱顺时针方向为角度的正方向)，即偏航误差角度，偏航误差角度可以是rad或者°。
S3、将偏航误差角度作为第一比例积分微分控制器PD(t)的输入，计算第一比例积分微分控制器PD(t)的输出。
第一比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000061
其中，KPy是PD(t)的比例系数，KIy是PD(t)的积分系数，KDy是PD(t)的微分系数，e(t)是PD(t)的偏航误差，可以根据实际情况省略KIy∫e(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000071
S4、若第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值小于0并且第二叶轮的变桨角度不大于维持额定转速的变桨角度，或者第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值大于0并且第一叶轮的变桨角度大于维持额定转速的变桨角度，则第一叶轮分配的推力值为F1c＝PD(t)-Fmeasure(t)，第二叶轮分配的推力值为F2c＝0，其中，Fmeasure(t)是滤波后的推力信息；其他情况下，第一叶轮分配的推力值为F1c＝0，第二叶轮分配的推力值为F2c＝PD(t)-Fmeasure(t)。分配推力的目的是让偏航误差最小，也就是叶轮相对风速的角度最小。
S5、将第一叶轮的推力F1c作为第一叶轮的第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输入，计算第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出；将第二叶轮的推力F2c作为第二叶轮的第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输入，计算第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出。
其中，第二比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000072
第三比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000073
其中，KPθ是比例系数，KIθ是积分系数，KDθ是微分系数(第二、三比例积分微分控制器的这些系数相同)，第二比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F1c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000074
第三比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F2c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000075
S6、将第一叶轮的变桨信息和第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出进行结合，得到更新后的第一叶轮的变桨信息并生成第一叶轮的变桨控制指令；将第二叶轮的变桨信息和第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出进行结合，得到更新后的第二叶轮的变桨信息并生成第二叶轮的变桨控制指令。机组可以根据变桨控制指令调整第一叶轮和第二叶轮的变桨角度。其中，结合的方式包括算术叠加、取较大值、取较小值，可根据实际情况采用合适的结合方式。
本实施例通过调整双叶轮漂浮式风力发电机组的变桨角度，从而改变两个叶轮的推力，最终控制风力发电机组的偏航运动。
实施例2
本实施例公开了一种双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制装置，如图2所示，包括风向信息获取模块、推力信息获取模块、偏航误差角度计算模块、第一计算模块、推力分配计算模块、第二计算模块和变桨信息计算模块。
其中，风向信息获取模块用于获取风向信息，并对风向信息进行滤波。
推力信息获取模块用于获取两个叶轮的推力信息，并对推力信息进行滤波。风向信息和推力信息均可从发电机组上的相关传感器获取。
偏航误差角度计算模块用于由风向信息获取模块中滤波后的风向信息折算出风向与机舱的夹角，即偏航误差角度。
第一计算模块具有第一比例积分微分控制器，用于将偏航误差角度作为第一比例积分微分控制器PD(t)的输入，计算第一比例积分微分控制器PD(t)的输出。
第一比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000081
其中，KPy是PD(t)的比例系数，KIy是PD(t)的积分系数，KDy是PD(t)的微分系数，e(t)是PD(t)的偏航误差，可以根据实际情况省略KIy∫e(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000082
推力分配计算模块用于在第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值小于0并且第二叶轮的变桨角度不大于维持额定转速的变桨角度，或者第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值大于0并且第一叶轮的变桨角度大于维持额定转速的变桨角度的情况下，分配第一叶轮推力值F1c＝PD(t)-Fmeasure(t)，分配第二叶轮推力值F2c＝0，其中，Fmeasure(t)是滤波后的推力信息；在其他情况下，分配第一叶轮推力值F1c＝0，分配第二叶轮推力值F2c＝PD(t)-Fmeasure(t)；
第二计算模块具有第二比例积分微分控制器和第三比例积分微分控制器，用于将推力分配计算模块计算出的第一叶轮的推力F1c作为第一叶轮的第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输入，计算第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出；以及用于将推力分配计算模块计算出的第二叶轮的推力F2c作为第二叶轮的第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输入，计算第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出。
其中，第二比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000091
第三比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000092
其中，KPθ是比例系数，KIθ是积分系数，KDθ是微分系数，第二比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F1c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000093
第三比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F2c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000094
变桨信息计算模块用于将第一叶轮的变桨信息和第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出进行结合，得到更新后的第一叶轮的变桨信息并生成第一叶轮的变桨控制指令；以及用于将第二叶轮的变桨信息和第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出进行结合，得到更新后的第二叶轮的变桨信息并生成第二叶轮的变桨控制指令。结合的方式包括算术叠加、取较大值、取较小值。
在此需要说明的是，本实施例的装置仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
此外，本实施例还公开了一种双叶轮漂浮式风力发电机组，所述双叶轮漂浮式风力发电机组具有上述偏航控制装置，发电机组可以通过变桨信息计算模块生成的第一叶轮和第二叶轮的变桨控制指令来调整第一叶轮和第二叶轮的变桨角度，从而改变两个叶轮的推力，实现偏航误差的减小，达到偏航控制的目的。
实施例3
本实施例公开了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现实施例1所述的双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法，具体如下：
S1、获取风向信息和两个叶轮的推力信息，并对风向信息和推力信息进行滤波；
S2、由滤波后的风向信息折算出风向与机舱的夹角，即偏航误差角度；
S3、将偏航误差角度作为第一比例积分微分控制器PD(t)的输入，计算第一比例积分微分控制器PD(t)的输出；
第一比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000101
其中，KPy是比例系数，KIy是积分系数，KDy是微分系数，e(t)是偏航误差，可以根据实际情况省略KIy∫e(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000102
S4、若第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值小于0并且第二叶轮的变桨角度不大于维持额定转速的变桨角度，或者第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值大于0并且第一叶轮的变桨角度大于维持额定转速的变桨角度，则第一叶轮分配的推力值为F1c＝PD(t)-Fmeasure(t)，第二叶轮分配的推力值为F2c＝0，其中，Fmeasure(t)是滤波后的推力信息；其他情况下，第一叶轮分配的推力值为F1c＝0，第二叶轮分配的推力值为F2c＝PD(t)-Fmeasure(t)；
S5、将第一叶轮的推力F1c作为第一叶轮的第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输入，计算第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出；将第二叶轮的推力F2c作为第二叶轮的第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输入，计算第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出；
第二比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000103
第三比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000104
其中，KPθ是比例系数，KIθ是积分系数，KDθ是微分系数，第二比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F1c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000111
第三比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F2c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000112
S6、将第一叶轮的变桨信息和第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出进行结合，得到更新后的第一叶轮的变桨信息并生成第一叶轮的变桨控制指令；将第二叶轮的变桨信息和第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出进行结合，得到更新后的第二叶轮的变桨信息并生成第二叶轮的变桨控制指令，机组可以根据变桨控制指令调整第一叶轮和第二叶轮的变桨角度。
本实施例中的存储介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、U盘、移动硬盘等介质。
实施例4
本实施例公开了一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1所述的双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法，具体如下：
S1、获取风向信息和两个叶轮的推力信息，并对风向信息和推力信息进行滤波；
S2、由滤波后的风向信息折算出风向与机舱的夹角，即偏航误差角度；
S3、将偏航误差角度作为第一比例积分微分控制器PD(t)的输入，计算第一比例积分微分控制器PD(t)的输出；
第一比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000113
其中，KPy是比例系数，KIy是积分系数，KDy是微分系数，e(t)是偏航误差，可以根据实际情况省略KIy∫e(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000114
S4、若第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值小于0并且第二叶轮的变桨角度不大于维持额定转速的变桨角度，或者第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值大于0并且第一叶轮的变桨角度大于维持额定转速的变桨角度，则第一叶轮分配的推力值为F1c＝PD(t)-Fmeasure(t)，第二叶轮分配的推力值为F2c＝0，其中，Fmeasure(t)是滤波后的推力信息；其他情况下，第一叶轮分配的推力值为F1c＝0，第二叶轮分配的推力值为F2c＝PD(t)-Fmeasure(t)；
S5、将第一叶轮的推力F1c作为第一叶轮的第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输入，计算第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出；将第二叶轮的推力F2c作为第二叶轮的第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输入，计算第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出；
第二比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000121
第三比例积分微分控制器的表达式为：
Figure BDA0002502174990000122
其中，KPθ是比例系数，KIθ是积分系数，KDθ是微分系数，第二比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F1c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000123
第三比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F2c(t)dt或者
Figure BDA0002502174990000124
S6、将第一叶轮的变桨信息和第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出进行结合，得到更新后的第一叶轮的变桨信息并生成第一叶轮的变桨控制指令；将第二叶轮的变桨信息和第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出进行结合，得到更新后的第二叶轮的变桨信息并生成第二叶轮的变桨控制指令，机组可以根据变桨控制指令调整第一叶轮和第二叶轮的变桨角度。
本实施例中所述的计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑、可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)、或其他具有处理器功能的终端设备。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法，其特征在于，步骤如下：
S1、获取风向信息和两个叶轮的推力信息，并对风向信息和推力信息进行滤波；
S2、由滤波后的风向信息折算出风向与机舱的夹角，即偏航误差角度；
S3、将偏航误差角度作为第一比例积分微分控制器PD(t)的输入，计算第一比例积分微分控制器PD(t)的输出；
第一比例积分微分控制器的表达式为：
Figure FDA0002502174980000011
其中，KPy是比例系数，KIy是积分系数，KDy是微分系数，e(t)是偏航误差，可以根据实际情况省略KIy∫e(t)dt或者
Figure FDA0002502174980000012
S4、若第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值小于0并且第二叶轮的变桨角度不大于维持额定转速的变桨角度，或者第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值大于0并且第一叶轮的变桨角度大于维持额定转速的变桨角度，则第一叶轮分配的推力值为F1c＝PD(t)-Fmeasure(t)，第二叶轮分配的推力值为F2c＝0，其中，Fmeasure(t)是滤波后的推力信息；其他情况下，第一叶轮分配的推力值为F1c＝0，第二叶轮分配的推力值为F2c＝PD(t)-Fmeasure(t)；
S5、将第一叶轮的推力F1c作为第一叶轮的第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输入，计算第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出；将第二叶轮的推力F2c作为第二叶轮的第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输入，计算第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出；
第二比例积分微分控制器的表达式为：
Figure FDA0002502174980000021
第三比例积分微分控制器的表达式为：
Figure FDA0002502174980000022
其中，KPθ是比例系数，KIθ是积分系数，KDθ是微分系数，第二比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F1c(t)dt或者
Figure FDA0002502174980000023
第三比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F2c(t)dt或者
Figure FDA0002502174980000024
S6、将第一叶轮的变桨信息和第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出进行结合，得到更新后的第一叶轮的变桨信息并生成第一叶轮的变桨控制指令；将第二叶轮的变桨信息和第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出进行结合，得到更新后的第二叶轮的变桨信息并生成第二叶轮的变桨控制指令，机组可以根据变桨控制指令调整第一叶轮和第二叶轮的变桨角度。
2.根据权利要求1所述的双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法，其特征在于，风向信息通过激光雷达式测风传感器或者超声波传感器直接检测得到，或者是根据风速折算而成；
推力信息通过推力传感器直接检测得到，或者是对传感器检测数据进一步计算得到。
3.根据权利要求1所述的双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法，其特征在于，结合的方式包括算术叠加、取较大值、取较小值。
4.根据权利要求1所述的双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法，其特征在于，采用低通滤波器或者低通滤波器与陷波器结合对风向信息和推力信息进行滤波。
5.一种双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制装置，其特征在于，包括：风向信息获取模块、推力信息获取模块、偏航误差角度计算模块、第一计算模块、推力分配计算模块、第二计算模块和变桨信息计算模块，其中，
风向信息获取模块用于获取风向信息，并对风向信息进行滤波；
推力信息获取模块用于获取两个叶轮的推力信息，并对推力信息进行滤波；
偏航误差角度计算模块用于由风向信息获取模块中滤波后的风向信息折算出风向与机舱的夹角，即偏航误差角度；
第一计算模块具有第一比例积分微分控制器，用于将偏航误差角度作为第一比例积分微分控制器PD(t)的输入，计算第一比例积分微分控制器PD(t)的输出；第一比例积分微分控制器的表达式为：
Figure FDA0002502174980000031
其中，KPy是PD(t)的比例系数，KIy是PD(t)的积分系数，KDy是PD(t)的微分系数，e(t)是PD(t)的偏航误差，可以根据实际情况省略KIy∫e(t)dt或者
Figure FDA0002502174980000032
推力分配计算模块用于在第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值小于0并且第二叶轮的变桨角度不大于维持额定转速的变桨角度，或者第一比例积分微分控制器的输出和滤波后的推力信息之间的差值大于0并且第一叶轮的变桨角度大于维持额定转速的变桨角度的情况下，分配第一叶轮推力值F1c＝PD(t)-Fmeasure(t)，分配第二叶轮推力值F2c＝0，其中，Fmeasure(t)是滤波后的推力信息；在其他情况下，分配第一叶轮推力值F1c＝0，分配第二叶轮推力值F2c＝PD(t)-Fmeasure(t)；
第二计算模块具有第二比例积分微分控制器和第三比例积分微分控制器，用于将推力分配计算模块计算出的第一叶轮的推力F1c作为第一叶轮的第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输入，计算第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出；以及用于将推力分配计算模块计算出的第二叶轮的推力F2c作为第二叶轮的第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输入，计算第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出；
第二比例积分微分控制器的表达式为：
Figure FDA0002502174980000033
第三比例积分微分控制器的表达式为：
Figure FDA0002502174980000034
其中，KPθ是比例系数，KIθ是积分系数，KDθ是微分系数，第二比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F1c(t)dt或者
Figure FDA0002502174980000041
第三比例积分微分控制器可以根据实际情况省略KIθ∫F2c(t)dt或者
Figure FDA0002502174980000042
变桨信息计算模块用于将第一叶轮的变桨信息和第二比例积分微分控制器θ1c(t)的输出进行结合，得到更新后的第一叶轮的变桨信息并生成第一叶轮的变桨控制指令；以及用于将第二叶轮的变桨信息和第三比例积分微分控制器θ2c(t)的输出进行结合，得到更新后的第二叶轮的变桨信息并生成第二叶轮的变桨控制指令。
6.一种双叶轮漂浮式风力发电机组，其特征在于，所述双叶轮漂浮式风力发电机组具有权利要求5所述的偏航控制装置。
7.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1至4中任一项所述的双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法。
8.一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1至4中任一项所述的双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法。
CN202010435699.XA 2020-05-21 2020-05-21 双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法及装置、机组 Active CN111706463B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010435699.XA CN111706463B (zh) 2020-05-21 2020-05-21 双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法及装置、机组

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010435699.XA CN111706463B (zh) 2020-05-21 2020-05-21 双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法及装置、机组

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111706463A true CN111706463A (zh) 2020-09-25
CN111706463B CN111706463B (zh) 2021-01-26

Family

ID=72538100

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010435699.XA Active CN111706463B (zh) 2020-05-21 2020-05-21 双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法及装置、机组

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111706463B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113719410A (zh) * 2021-09-06 2021-11-30 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 海上漂浮式双风轮风力发电机组的偏航控制方法及装置
CN113931808A (zh) * 2021-10-25 2022-01-14 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 风电机组偏航误差的诊断方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA201008526B (en) * 2008-05-02 2012-01-25 Hyun-Kang Heo Wind power generator
CN202338449U (zh) * 2011-12-14 2012-07-18 王玉臣 双向叶片风力发电机
KR20130058209A (ko) * 2011-11-25 2013-06-04 삼성중공업 주식회사 보조발전유닛이 구비된 풍력 발전기
CN108457798A (zh) * 2018-02-11 2018-08-28 内蒙古久和能源装备有限公司 一种风力发电机组偏航误差控制方法及系统
CN108691730A (zh) * 2018-05-09 2018-10-23 许继集团有限公司 风力发电机系统及风能数据误差修正方法和偏航控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA201008526B (en) * 2008-05-02 2012-01-25 Hyun-Kang Heo Wind power generator
KR20130058209A (ko) * 2011-11-25 2013-06-04 삼성중공업 주식회사 보조발전유닛이 구비된 풍력 발전기
CN202338449U (zh) * 2011-12-14 2012-07-18 王玉臣 双向叶片风力发电机
CN108457798A (zh) * 2018-02-11 2018-08-28 内蒙古久和能源装备有限公司 一种风力发电机组偏航误差控制方法及系统
CN108691730A (zh) * 2018-05-09 2018-10-23 许继集团有限公司 风力发电机系统及风能数据误差修正方法和偏航控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113719410A (zh) * 2021-09-06 2021-11-30 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 海上漂浮式双风轮风力发电机组的偏航控制方法及装置
CN113931808A (zh) * 2021-10-25 2022-01-14 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 风电机组偏航误差的诊断方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111706463B (zh) 2021-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2895386C (en) Methods and systems to operate a wind turbine system using a non-linear damping model
US9541065B2 (en) Wind turbine control method using an estimation of the incident wind speed
CN203939626U (zh) 用于在偏航误差过程中减小风力涡轮机上负载的控制系统
CN111706463B (zh) 双叶轮漂浮式风力发电机组的偏航控制方法及装置、机组
WO2016058115A1 (zh) 一种风力发电机组偏航控制方法及系统
CA2810157C (en) Method of rotor-stall prevention in wind turbines
EP2479426A1 (en) Method for determining a pitch angle offset signal and for controlling a rotor frequency of a wind turbine for speed avoidance control
CN104976056A (zh) 用于风力涡轮的推力速度控制的系统和方法
EP2570657B1 (en) Wind turbine sound management
CN102979674A (zh) 使用自适应参考变量操作风力涡轮机的系统和方法
CN105179168B (zh) 一种大型风电机组塔架虚拟阻尼控制方法
US11136961B2 (en) System and method for optimizing power output of a wind turbine during an operational constraint
CN111980869B (zh) 漂浮式双叶轮风电机组转速与浮台运动控制的解耦方法
CN111379665B (zh) 风力发电机组的变桨控制方法及系统
CN110067697A (zh) 在风轮机控制中使用的空气动力学性能图的扭转校正因子
EP2636895A2 (en) Methods and systems for alleviating loads in off-shore wind turbines
WO2023092783A1 (zh) 一种可抑制多扰动因素的风机模糊自适应变桨距控制方法
CN111188732A (zh) 一种风力发电变桨鲁棒容错控制方法
CN108343565B (zh) 风电机组永磁直驱变桨距系统动态负载模拟装置和方法
CN115450837A (zh) 双叶轮漂浮式风电机组偏航与转速协调控制方法与系统
CN111608857B (zh) 风力发电机组及其控制方法和系统、计算机可读存储介质
CN113833606B (zh) 阻尼控制方法、系统和可读存储介质
US11846270B2 (en) Control method and device of a wind park
JP2018109369A (ja) ウィンドファーム及びその運転方法
CN116971917B (zh) 偏航控制方法、装置、控制器及风力发电机组

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant