CN113027702B - 基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法 - Google Patents

基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法，包括步骤：1)叶尖变形量和叶根载荷的测量输入；2)叶尖变形计算得到附加变桨指令、叶根载荷计算得到附加变桨指令、考虑塔架净空附加的变桨指令；3)计算得到最终的附加变桨指令，并需要与变桨转速控制输出的变桨指令叠加后传输给风电机组的变桨执行机构。本发明可以有效增加叶片与塔架净空，同时降低叶片疲劳载荷，从而解决柔性叶片变形大导致的疲劳载荷增加及净空不足的问题。

Description

基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法
技术领域
本发明涉及风电机组的技术领域，尤其是指一种基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法。
背景技术
最近十年，风力发电技术已经有了显著的发展，并且还在向着高效率、低成本快速发展。在这场降低能源成本的战役中，风电机组的叶轮不得不设计的更大、更轻和更柔。风电机组的大型化、轻量化和柔性设计带来了新的技术难点，即部件的疲劳载荷和叶片塔架的净空问题，这极大地限制了风电机组的大型化发展。由于湍流、风剪切、塔影效应、偏航误差的原因，叶片扫过整个叶轮平面所经历的载荷不断变化，这导致了叶片及整机部件的疲劳载荷。另外，更长更柔的叶片也产生更大的变形，由此产生了叶片与塔架的净空减小，增加了叶片与塔架相撞的危险。目前，现在风电机组叶尖变形量可以通过叶尖传感器得到，并且具有足够的采样频率和采样精度。叶尖挥舞方向上的变形量在一定程度上反映了叶片的载荷变化，通过一定的控制方法，可以降低叶片载荷，同时增加叶片与塔架的净空。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法，可以有效增加叶片与塔架净空，同时降低叶片疲劳载荷，从而解决柔性叶片变形大导致的疲劳载荷增加及净空不足的问题。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法，首先，需要在叶片上加装传感器用于测量叶尖变形，该传感器定义为叶尖变形传感器，并要求能准确测量叶片受载变形后相对于静止不受载时叶尖的变形量，叶尖变形量分解为两个相垂直的方向，分别为挥舞方向变形和摆振方向变形；此外，除了需要测量叶尖变形量，还需要测量每只叶片的叶根载荷，所以需要在叶片的根部加装传感器，该传感器定义为叶根载荷传感器，叶根载荷分解为两个相垂直的方向，分别为挥舞方向弯矩和摆振方向弯矩；所述方法包括以下步骤：
1)叶尖变形量和叶根载荷的测量输入；
2)叶尖变形计算得到附加变桨指令、叶根载荷计算得到附加变桨指令和考虑塔架净空附加的变桨指令；
3)计算得到最终的附加变桨指令，由步骤2)计算得到的叶尖变形附加变桨指令、叶根载荷附加变桨指令和塔架净空附加变桨指令这三部分组成，最后，将计算得到的最终的附加变桨指令与变桨转速控制输出的变桨指令叠加后传输给风电机组的变桨执行机构。
进一步，在步骤2)中，叶尖变形计算得到附加变桨指令的具体情况如下：
由于叶片在叶轮平面内旋转，在叶轮平面内不同的位置叶片所受气动载荷不相同，而叶尖的变形量反映了叶片所受的气动载荷，这种叶片载荷的周期变化，即叶轮1P频率和2P频率载荷构成了叶片疲劳载荷的主要成分，通过将叶尖变形传感器测量的叶尖变形量引入变桨控制，产生附加的变桨角度能够补偿叶片这种周期性变化的载荷；
把叶尖变形传感器测量的叶尖变形量通过两个串联的带通滤波器，该两个带通滤波器中心频率分别设置为叶轮1P频率和叶轮2P频率，再串联两个超前滤波器，用来调补偿1P频率和2P频率信号的相位延迟，如下：
Figure BDA0002985971280000031
式中，θ1、θ2、θ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的叶尖变形附加变桨角度；A为叶尖变形到变桨角度的比例增益；ΓFlap,1、ΓFlap,2、ΓFlap,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶尖挥舞变形量的1P加2P频率成分；ΓEdge,1、ΓEdge,2、ΓEdge,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶尖摆振变形量的1P加2P频率成分；
Figure BDA0002985971280000032
为三只叶片变桨角度的平均值。
进一步，在步骤2)中，叶根载荷计算得到附加变桨指令的具体情况如下：
叶根弯矩直接反应了叶片的受载情况，分解为叶根挥舞弯矩和叶根摆振弯矩，通过叶根载荷传感器测量得到；通过将叶根载荷传感器测量的叶根弯矩引入变桨控制，产生附加的变桨角度能够补偿叶片这种周期性变化的载荷；
把叶根载荷传感器测量的叶根弯矩通过两个串联的带通滤波器，该两个带通滤波器中心频率分别设置为叶轮1P频率和叶轮2P频率，再串联两个超前滤波器，用来调补偿1P频率和2P频率信号的相位延迟，如下：
Figure BDA0002985971280000033
式中，δ1、δ2、δ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的叶根载荷附加变桨角度；B为叶根弯矩到变桨角度的比例增益；MFlap,1、MFlap,2、MFlap,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶根挥舞弯矩的1P加2P频率成分；MEdge,1、MEdge,2、MEdge,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶根摆振弯矩的1P加2P频率成分；
Figure BDA0002985971280000034
为三只叶片变桨角度的平均值。
进一步，在步骤2)中，考虑塔架净空附加的变桨指令的具体情况如下：
为了增加叶片与塔架的有效净空，考虑在变桨控制输出的变桨指令上叠加附加的变桨指令；在额定风速以下，随着平均风速的提高，叶片所受的弯矩和变形会变大；当风速到额定风速时，叶片的变形最大，叶片与塔架的净空达到最小；随着风速继续增加，平均变桨角会增大，叶片的变形逐渐减小，此时净空随风速继续增加而增大；因此，为调节净空附加的变桨指令应该仅在额定风速附近，并采用风电机组测量功率和平均变桨角度引入控制中，如下：
Figure BDA0002985971280000041
式中，σ1、σ2、σ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的塔架净空附加变桨角度；H为可调比例系数；Pe为风电机组测量的功率；
Figure BDA0002985971280000042
为三只叶片变桨角度的平均值；
Figure BDA0002985971280000043
为叶轮方位角，以叶片1垂直向上为零度起始点；函数f(Pe)定义如下：
Figure BDA0002985971280000044
式中，P0为部分功率，是可调参数；Pmax为最大功率；函数
Figure BDA0002985971280000045
定义如下：
Figure BDA0002985971280000046
式中，βε为可调参数；βmin为最小桨叶角度。
进一步，在步骤3)中，计算得到最终的附加变桨指令的公式如下：
Figure BDA0002985971280000047
式中，Δβ1、Δβ2、Δβ3分别是最终的叶片1、叶片2、叶片3的附加变桨指令；θ1、θ2、θ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的叶尖变形附加变桨角度；δ1、δ2、δ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的叶根载荷附加变桨角度；σ1、σ2、σ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的塔架净空附加变桨角度。
进一步，所述叶尖变形传感器的测量精度至少达到0.1m，采样频率至少50Hz，带宽截止频率在0.5Hz以上，且传感器测量的叶尖变形信号需经过低通滤波器，滤除信号中的高频噪声。
进一步，所述叶根载荷传感器采用光纤式传感器或应变式传感器，该叶根载荷传感器的载荷测量精度达到1kNm，采样频率至少50Hz，带宽截止频率在0.5Hz以上，传感器测量的叶根载荷需经过降噪处理，用低通滤波器滤除高频噪声信号；另外，叶根载荷传感器自身应对温度引起的热应力进行补偿修正。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
本发明方法通过传感器测量的叶尖变形量反馈到变桨控制，能有效降低叶片的疲劳载荷，同时增加叶片与塔架的净空。此方案简单可靠，可以明显改善大叶轮柔性叶片机组的疲劳载荷和净空问题。
附图说明
图1为叶片截面坐标系示意图。
图2为叶根坐标系示意图。
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。
本实施例公开了一种基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法，在实施该方法前，需要在叶片上加装传感器用于测量叶尖的变形，该传感器定义为叶尖变形传感器，叶尖变形传感器可以安装在叶片叶尖上，或者安装于叶片中间适当位置，应当能准确地测量叶片受载变形后相对于静止不受载时叶尖的变形量，叶尖变形量可分解为两个相垂直的方向，挥舞方向变形和摆振方向变形，参考GL叶片截面坐标系(见图1)，挥舞变形方向为FXS，摆振变形方向为FYS，叶尖变形传感器需满足如下技术要求：即测量精度应达到0.1m及以上，采样频率50Hz及以上，带宽截止频率在0.5Hz以上，传感器测量的叶尖变形信号中可能包含高频噪声，高频噪声源于叶片的结构颤振、传感器本身噪声或者环境输入的噪声，由于高频噪声对控制产生不利影响，因此传感器测量的叶尖变形信号需经过低通滤波器，滤除信号中的高频噪声。此外，除了需要测量叶片叶尖的变形量，还需要测量每只叶片的叶根载荷，所以在叶片的根部需加装传感器，该传感器定义为叶根载荷传感器，可以采用光纤式传感器或应变式传感器，传感器测量的叶根载荷仍然需要经过降噪处理，应用低通滤波器滤除高频噪声信号，叶根载荷可分解为两个相垂直的方向，挥舞方向弯矩和摆振方向弯矩，参考GL叶根坐标系(见图2)，挥舞弯矩方向为MYB，摆振弯矩方向为MXB，叶根载荷传感器需要满足如下技术要求：即载荷测量精度达到1kNm，采样频率50Hz及以上，带宽截止频率在0.5Hz以上，另外，叶根载荷传感器自身应对温度引起的热应力进行补偿修正。然后，再实施本方法的技术方案，具体如下：
1)叶尖变形量和叶根载荷的测量输入；
2)叶尖变形计算得到附加变桨指令：由于叶片在叶轮平面内旋转，在叶轮平面内不同的位置叶片所受气动载荷不相同，而叶尖的变形量反映了叶片所受的气动载荷。这种叶片载荷的周期变化，即叶轮1P频率和2P频率载荷构成了叶片疲劳载荷的主要成分。通过将传感器测量的叶尖变形量引入变桨控制，产生附加的变桨角度可以补偿叶片这种周期性变化的载荷。
由于叶片的疲劳载荷主要由1P频率和2P频率成分供献，为减少不必要的变桨动作，只将叶尖变形量的特定频率成分1P、2P频率成分取出用于控制。在此方案中，把叶尖变形传感器测量的叶尖变形量(挥舞和摆振)通过两个串联的带通滤波器，该两个带通滤波器中心频率分别设置为叶轮1P频率和叶轮2P频率，再串联两个超前滤波器，用来调补偿1P频率和2P频率信号的相位延迟，具体如下：
Figure BDA0002985971280000071
式中，θ1、θ2、θ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的叶尖变形附加变桨角度；A为叶尖变形到变桨角度的比例增益；ΓFlap,1、ΓFlap,2、ΓFlap,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶尖挥舞变形量的1P加2P频率成分；ΓEdge,1、ΓEdge,2、ΓEdge,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶尖摆振变形量的1P加2P频率成分；
Figure BDA0002985971280000072
为三只叶片变桨角度的平均值。
叶根载荷计算得到附加变桨指令：叶根弯矩直接反应了叶片的受载情况，分解为叶根挥舞弯矩和叶根摆振弯矩。叶根挥舞弯矩和摆振弯矩都可以通过叶根载荷传感器测量得到。通过将传感器测量的叶根弯矩引入变桨控制，产生附加的变桨角度可以补偿叶片这种周期性变化的载荷。
在此方案中，把叶根载荷传感器测量的叶根弯矩(挥舞和摆振)通过两个串联的带通滤波器，该两个带通滤波器中心频率分别设置为叶轮1P频率和叶轮2P频率，再串联两个超前滤波器，用来调补偿1P频率和2P频率信号的相位延迟，具体如下：
Figure BDA0002985971280000081
式中，δ1、δ2、δ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的叶根载荷附加变桨角度；B为叶根弯矩到变桨角度的比例增益；MFlap,1、MFlap,2、MFlap,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶根挥舞弯矩的1P加2P频率成分；MEdge,1、MEdge,2、MEdge,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶根摆振弯矩的1P加2P频率成分。
考虑塔架净空附加的变桨指令：为了增加叶片与塔架的有效净空，考虑在变桨控制输出的变桨指令上叠加附加的变桨指令。在额定风速以下，随着平均风速的提高，叶片所受的弯矩和变形会变大；当风速到额定风速时，叶片的变形最大，叶片与塔架的净空达到最小。随着风速继续增加，平均变桨角会增大，叶片的变形逐渐减小，此时净空随风速继续增加而增大。因此，为调节净空附加的变桨指令应该仅在额定风速附近。由于风速测量随机性噪声大，不确定度高，直接将风速引入控制会降低控制的可靠性，因此，本方案中采用机组测量功率和平均变桨角度引入控制中，具体如下：
Figure BDA0002985971280000082
式中，σ1、σ2、σ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的塔架净空附加变桨角度；H为可调比例系数；Pe为风电机组测量的功率；
Figure BDA0002985971280000083
为叶轮方位角，以叶片1垂直向上为零度起始点；函数f(Pe)定义如下：
Figure BDA0002985971280000084
式中，P0为部分功率，是可调参数；Pmax为最大功率；函数
Figure BDA0002985971280000085
定义如下：
Figure BDA0002985971280000091
式中，βε为可调参数；βmin为最小桨叶角度；
3)计算得到最终的附加变桨指令，具体如下：
Figure BDA0002985971280000092
式中，Δβ1、Δβ2、Δβ3分别是最终的叶片1、叶片2、叶片3的附加变桨指令，以上计算得到的最终的附加变桨指令需要与变桨转速控制输出的变桨指令叠加后传输给风电机组的变桨执行机构。
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 (6)

1.基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法，其特征在于，首先，需要在叶片上加装传感器用于测量叶尖变形，该传感器定义为叶尖变形传感器，并要求能准确测量叶片受载变形后相对于静止不受载时叶尖的变形量，叶尖变形量分解为两个相垂直的方向，分别为挥舞方向变形和摆振方向变形；此外，除了需要测量叶尖变形量，还需要测量每只叶片的叶根载荷，所以需要在叶片的根部加装传感器，该传感器定义为叶根载荷传感器，叶根载荷分解为两个相垂直的方向，分别为挥舞方向弯矩和摆振方向弯矩；所述方法包括以下步骤：
1)叶尖变形量和叶根载荷的测量输入；
2)叶尖变形计算得到附加变桨指令、叶根载荷计算得到附加变桨指令和考虑塔架净空附加的变桨指令；
叶尖变形计算得到附加变桨指令的具体情况如下：
由于叶片在叶轮平面内旋转，在叶轮平面内不同的位置叶片所受气动载荷不相同，而叶尖的变形量反映了叶片所受的气动载荷，这种叶片载荷的周期变化，即叶轮1P频率和2P频率载荷构成了叶片疲劳载荷的主要成分，通过将叶尖变形传感器测量的叶尖变形量引入变桨控制，产生附加的变桨角度能够补偿叶片这种周期性变化的载荷；
把叶尖变形传感器测量的叶尖变形量通过两个串联的带通滤波器，该两个带通滤波器中心频率分别设置为叶轮1P频率和叶轮2P频率，再串联两个超前滤波器，用来调补偿1P频率和2P频率信号的相位延迟，如下：
Figure FDA0003356258510000011
式中，θ1、θ2、θ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的叶尖变形附加变桨角度；A为叶尖变形到变桨角度的比例增益；ΓFlap,1、ΓFlap,2、ΓFlap,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶尖挥舞变形量的1P加2P频率成分；ΓEdge,1、ΓEdge,2、ΓEdge,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶尖摆振变形量的1P加2P频率成分；
Figure FDA0003356258510000022
为三只叶片变桨角度的平均值；
3)计算得到最终的附加变桨指令，由步骤2)计算得到的叶尖变形附加变桨指令、叶根载荷附加变桨指令和塔架净空附加变桨指令这三部分组成，最后，将计算得到的最终的附加变桨指令与变桨转速控制输出的变桨指令叠加后传输给风电机组的变桨执行机构。
2.根据权利要求1所述的基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法，其特征在于，在步骤2)中，叶根载荷计算得到附加变桨指令的具体情况如下：
叶根弯矩直接反应了叶片的受载情况，分解为叶根挥舞弯矩和叶根摆振弯矩，通过叶根载荷传感器测量得到；通过将叶根载荷传感器测量的叶根弯矩引入变桨控制，产生附加的变桨角度能够补偿叶片这种周期性变化的载荷；
把叶根载荷传感器测量的叶根弯矩通过两个串联的带通滤波器，该两个带通滤波器中心频率分别设置为叶轮1P频率和叶轮2P频率，再串联两个超前滤波器，用来调补偿1P频率和2P频率信号的相位延迟，如下：
Figure FDA0003356258510000021
式中，δ1、δ2、δ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的叶根载荷附加变桨角度；B为叶根弯矩到变桨角度的比例增益；MFlap,1、MFlap,2、MFlap,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶根挥舞弯矩的1P加2P频率成分；MEdge,1、MEdge,2、MEdge,3分别代表叶片1、叶片2、叶片3叶根摆振弯矩的1P加2P频率成分；
Figure FDA0003356258510000036
为三只叶片变桨角度的平均值。
3.根据权利要求1所述的基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法，其特征在于，在步骤2)中，考虑塔架净空附加的变桨指令的具体情况如下：
为了增加叶片与塔架的有效净空，考虑在变桨控制输出的变桨指令上叠加附加的变桨指令；在额定风速以下，随着平均风速的提高，叶片所受的弯矩和变形会变大；当风速到额定风速时，叶片的变形最大，叶片与塔架的净空达到最小；随着风速继续增加，平均变桨角会增大，叶片的变形逐渐减小，此时净空随风速继续增加而增大；因此，为调节净空附加的变桨指令应该仅在额定风速附近，并采用风电机组测量功率和平均变桨角度引入控制中，如下：
Figure FDA0003356258510000031
式中，σ1、σ2、σ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的塔架净空附加变桨角度；H为可调比例系数；Pe为风电机组测量的功率；
Figure FDA0003356258510000032
为三只叶片变桨角度的平均值；
Figure FDA0003356258510000033
为叶轮方位角，以叶片1垂直向上为零度起始点；函数f(Pe)定义如下：
Figure FDA0003356258510000034
式中，P0为部分功率，是可调参数；Pmax为最大功率；函数
Figure FDA0003356258510000035
定义如下：
Figure FDA0003356258510000041
式中，βε为可调参数；βmin为最小桨叶角度。
4.根据权利要求1所述的基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法，其特征在于，在步骤3)中，计算得到最终的附加变桨指令的公式如下：
Figure FDA0003356258510000042
式中，Δβ1、Δβ2、Δβ3分别是最终的叶片1、叶片2、叶片3的附加变桨指令；θ1、θ2、θ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的叶尖变形附加变桨角度；δ1、δ2、δ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的叶根载荷附加变桨角度；σ1、σ2、σ3分别代表计算得到的叶片1、叶片2、叶片3的塔架净空附加变桨角度。
5.根据权利要求1所述的基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法，其特征在于，所述叶尖变形传感器的测量精度至少达到0.1m，采样频率至少50Hz，带宽截止频率在0.5Hz以上，且传感器测量的叶尖变形信号需经过低通滤波器，滤除信号中的高频噪声。
6.根据权利要求1所述的基于叶尖变形量的风电机组载荷降载及塔架净空控制方法，其特征在于，所述叶根载荷传感器采用光纤式传感器或应变式传感器，该叶根载荷传感器的载荷测量精度达到1kNm，采样频率至少50Hz，带宽截止频率在0.5Hz以上，传感器测量的叶根载荷需经过降噪处理，用低通滤波器滤除高频噪声信号；另外，叶根载荷传感器自身应对温度引起的热应力进行补偿修正。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101839216A (zh) * 2010-05-11 2010-09-22 无锡风电设计研究院有限公司 具有应变传感器的风力发电机智能叶片
CN103850876A (zh) * 2014-03-14 2014-06-11 华北电力大学 一种适用于无载荷测量的风电机组独立变桨控制方法
CN110966143A (zh) * 2018-09-29 2020-04-07 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的变桨控制方法和设备
CN210396977U (zh) * 2019-05-14 2020-04-24 天津中德应用技术大学 一种风电机组叶片与塔筒净空的测量结构

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130045098A1 (en) * 2011-08-18 2013-02-21 Clipper Windpower, Llc Cyclic Pitch Control System for Wind Turbine Blades

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101839216A (zh) * 2010-05-11 2010-09-22 无锡风电设计研究院有限公司 具有应变传感器的风力发电机智能叶片
CN103850876A (zh) * 2014-03-14 2014-06-11 华北电力大学 一种适用于无载荷测量的风电机组独立变桨控制方法
CN110966143A (zh) * 2018-09-29 2020-04-07 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的变桨控制方法和设备
CN210396977U (zh) * 2019-05-14 2020-04-24 天津中德应用技术大学 一种风电机组叶片与塔筒净空的测量结构

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