CN111980870B - 一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法，该方法是通过采集机舱的横滚角作为控制的输入量，经处理后分别在两台风机的机舱上施加一个与浮台横摇运动周期相一致的电磁转矩扰动量，并叠加在转矩指令上再下发到各自变频器去执行，以确保在整个机组运行的有效风速段内能够抑制浮台的横摇运动，使浮台运动更加平稳，有效衰减由浮台侧摇引起的塔架低频载荷和系泊系统的疲劳载荷。

Description

一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法

技术领域

本发明涉及漂浮式双叶轮风电机组浮台的技术领域，尤其是指一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法。

背景技术

目前，风电机组逐步向深远海发展，海上漂浮式风电机组是其重点研发方向。出于安装运输成本考虑，海上漂浮式风电机组一般都是大兆瓦机型，大容量和大叶轮。但容量越高叶轮直径越大就造成了设计难度成倍增加，解决方案之一就是两个叶轮共用一个浮台，两个叶轮及塔架的支撑结构类似于“Y”字型。此类型的机组同样面临浮台负阻尼运动的难题，与单叶轮漂浮式风电机组不同的是浮台运动是由双叶轮运动耦合的结果，其控制难度要远远高于单叶轮漂浮式风电机组。当前对于漂浮式双叶轮风电机组浮台运动控制的技术方案基本空白，本发明主要解决漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇(roll rotation)运动问题，通过采集两台风机机舱的横滚角作为控制输入量，输出是统一的电磁转矩扰动量同时叠加到各自的转矩指令上去，达到抑制浮台横摇的目的，进而衰减塔架侧向低频疲劳载荷和系泊系统疲劳载荷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法，可在整个机组运行的有效风速段内实现对浮台横摇的有效控制，浮台运动更加平稳，衰减由于浮台横摇运动造成的塔架侧向与系泊系统的低频载荷。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法，所述漂浮式双叶轮风电机组为两台风机通过Y形塔架共用一个浮台，两台风机通过各自偏航驱动系统分别装于Y形塔架的两个端部上，Y形塔架的底部固定于浮台上，两台风机的叶轮旋转方向相反，以抵消两台风机的离心力；其特征在于：该方法是通过采集机舱的横滚角作为控制的输入量，经处理后分别在两台风机的机舱上施加一个与浮台横摇运动周期相一致的电磁转矩扰动量，并叠加在转矩指令上再下发到各自变频器去执行，以确保在整个机组运行的有效风速段内能够抑制浮台的横摇运动，使浮台运动更加平稳，其具体情况如下：

首先，要在两台风机的机舱上分别安装倾角传感器，用于测量机舱的横滚角度；然后将两台风机的机舱测量得到的横滚角传送到机组的主控系统做加权平均处理，得到横滚角均值并送入浮台横摇运动控制器，所述浮台横摇运动控制器由伪微分器、一阶低通滤波器、带阻滤波器和比例环节即P控制器组成，横滚角均值在浮台横摇运动控制器中的处理过程是：横滚角均值经过伪微分器得到横滚角速度，横滚角速度依次经过一阶低通滤波器和带阻滤波器滤波后，再经过P控制器得到与浮台横摇运动周期相一致的电磁转矩扰动量，即所述浮台横摇运动控制器会输出与浮台横摇运动周期相一致的电磁转矩扰动量，而后再由机组的主控系统同时下发到两台风机的转矩控制器中，并叠加到各自的转矩指令上，最终由各自的变频器来执行。

进一步，所述伪微分器的传递函数为：

式中，G为缩放系数，T为时间常数，s为拉普拉斯算子。

进一步，所述一阶低通滤波器的传递函数为：

式中，T为时间常数，s为拉普拉斯算子。

进一步，所述带阻滤波器的传递函数为：

式中，ξ₁和ξ₂为带阻滤波器阻尼比，ω₁和ω₂为带阻滤波器中心频率，s为拉普拉斯算子。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、在漂浮式双叶轮风电机组上应用此控制技术，整个机组运行的有效风速段内能够有效抑制浮台的横摇运动，特别是额定风速以上工况。

2、有效衰减由浮台横摇引起的塔架低频载荷和系泊系统的疲劳载荷。

附图说明

图1为漂浮式双叶轮风电机组示意图。

图2为浮台横摇运动整体控制逻辑框图。

图3为浮台横摇运动控制器逻辑框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

漂浮式风电机组在额定风速以上运行时，特别是在额定风速附近，其叶轮推力达到峰值，推力对风速的偏导数为负数，即气动阻尼为负；此外，在高风速下由风->浪->流的联合作用下，漂浮式双叶轮风电机组各自机舱的侧向力增大且它们的侧向运动无法协调一致造成浮台横摇运动明显(roll rotation)，塔架的低频疲劳载荷和系泊系统的疲劳载荷明显增加。如图1所示，漂浮式双叶轮风电机组具体是两台风机通过Y形塔架共用一个浮台，两台风机通过各自偏航驱动系统分别装于Y形塔架的两个端部上，Y形塔架的底部固定于浮台上，两台风机的叶轮旋转方向相反，以抵消两台风机的离心力。

为了抑制浮台的横摇运动，本实施例所提供的抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法考虑在两台风机的机舱上施加一个与浮台横摇运动周期相一致的电磁转矩扰动量，并叠加在转矩指令上再下发到各自变频器去执行，以确保在整个机组运行的有效风速段内能够抑制浮台的横摇运动，使浮台运动更加平稳。图2为浮台横摇运动整体控制逻辑图，转矩控制的逻辑为测量转速与转速设定值的差值经过一系列滤波之后送到转矩控制器(Generator Torque Controller)并输出转矩令值(Torque Demand)。

上述抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法的具体实施如下：

首先，要在两台风机的机舱上分别安装倾角传感器，即在机舱1和机舱2上安装倾角传感器，用于测量机舱的横滚角度；然后将机舱1测量得到的横滚角1和机舱2测量得到的横滚角2传送到机组的主控系统做加权平均处理，得到横滚角均值并送入浮台横摇运动控制器，图3为浮台横摇运动控制器逻辑框图(Platform roll controller)，所述浮台横摇运动控制器由伪微分器、一阶低通滤波器、带阻滤波器和比例环节(即P控制器)组成，横滚角均值在浮台横摇运动控制器中的处理过程是：横滚角均值经过伪微分器得到横滚角速度，横滚角速度依次经过一阶低通滤波器和带阻滤波器滤波后，再经过P控制器得到与浮台横摇运动周期相一致的电磁转矩扰动量δT，即所述浮台横摇运动控制器会输出与浮台横摇运动周期相一致的电磁转矩扰动量δT，而后再由机组的主控系统同时下发到两台风机的转矩控制器中，并叠加到各自的转矩指令上，最终由各自的变频器来执行。

其中，所述伪微分器的传递函数为：

式中，G为缩放系数，T为时间常数，s为拉普拉斯算子。

所述一阶低通滤波器的传递函数为：

式中，T为时间常数，s为拉普拉斯算子。

所述带阻滤波器的传递函数为：

式中，ξ₁和ξ₂为带阻滤波器阻尼比，ω₁和ω₂为带阻滤波器中心频率，s为拉普拉斯算子。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法，所述漂浮式双叶轮风电机组为两台风机通过Y形塔架共用一个浮台，两台风机通过各自偏航驱动系统分别装于Y形塔架的两个端部上，Y形塔架的底部固定于浮台上，两台风机的叶轮旋转方向相反，以抵消两台风机的离心力；其特征在于：该方法是通过采集机舱的横滚角作为控制的输入量，经处理后分别在两台风机的机舱上施加一个与浮台横摇运动周期相一致的电磁转矩扰动量，并叠加在转矩指令上再下发到各自变频器去执行，以确保在整个机组运行的有效风速段内能够抑制浮台的横摇运动，使浮台运动更加平稳。

2.根据权利要求1所述的一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法，其特征在于：首先，要在两台风机的机舱上分别安装倾角传感器，用于测量机舱的横滚角度；然后将两台风机的机舱测量得到的横滚角传送到机组的主控系统做加权平均处理，得到横滚角均值并送入浮台横摇运动控制器，所述浮台横摇运动控制器由伪微分器、一阶低通滤波器、带阻滤波器和比例环节即P控制器组成，横滚角均值在浮台横摇运动控制器中的处理过程是：横滚角均值经过伪微分器得到横滚角速度，横滚角速度依次经过一阶低通滤波器和带阻滤波器滤波后，再经过P控制器得到与浮台横摇运动周期相一致的电磁转矩扰动量，即所述浮台横摇运动控制器会输出与浮台横摇运动周期相一致的电磁转矩扰动量，而后再由机组的主控系统同时下发到两台风机的转矩控制器中，并叠加到各自的转矩指令上，最终由各自的变频器来执行。

3.根据权利要求2所述的一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法，其特征在于，所述伪微分器的传递函数为：

式中，G为缩放系数，T为时间常数，s为拉普拉斯算子。

4.根据权利要求2所述的一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法，其特征在于，所述一阶低通滤波器的传递函数为：

式中，T为时间常数，s为拉普拉斯算子。

5.根据权利要求2所述的一种抑制漂浮式双叶轮风电机组浮台横摇运动的控制方法，其特征在于，所述带阻滤波器的传递函数为：

式中，ξ₁和ξ₂为带阻滤波器阻尼比，ω₁和ω₂为带阻滤波器中心频率，s为拉普拉斯算子。

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