CN113309665B - 解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制方法与模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制方法与模块，基于塔架左右侧向加速度，分析在不同方位角叶片的受力情况，采用P控制器，在常规变桨控制器输出的变桨速率指令上，叠加一个动态的变桨速率，得到最终的变桨速率给定值，然后根据计算得出最终桨距角给定值。即根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，减小叶片受力不平衡，解决塔架侧向一阶模态为主的振动，最终达到减小机组侧向振动的目的，保障风力发电机组安全稳定运行。

Description

解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制方法与模块
技术领域
本发明涉及风力发电机组的技术领域，尤其是指一种解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制方法与模块。
背景技术
随着风力发电技术的发展以及市场降低度电成本需求，风力发电机组容量越来越大，叶片越来越长，塔架越来越高，并且由于海上资源丰富，风速稳定，东南沿海一带经济发达，电量需求量大，可自行解决消纳问题，提高风电能利用率，因此海上风电将迎来快速发展。
但是无论是陆上机组还是海上机组，塔架振动问题都是一个棘手的问题。特别是海上风力发电机组的基础立于海床上，塔架上端受到风速、尾流等的影响，下端经受洋流海浪等的影响，其塔架振动问题相较于陆上机组更严重，尤其是塔架左右侧向振动更是严重。
对于塔架左右侧向振动问题，现采用塔架侧向加阻策略，即在常规转矩控制器的基础上，增加一个基于塔架侧向加速度的转矩给定值，通过增加传动链的扭矩来增加塔架侧向振动模态阻尼，从而减小塔架侧向振动。此方案针对二阶塔架侧向振动有较好效果，但针对以塔架侧向一阶模态为主的振动，振动效果并不明显。
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，提供了一种解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制方法，通过减小气动不平衡可有效地解决了风力发电机组塔架左右侧向的振动问题，特别是塔架侧向一阶模态为主的振动，保障风力发电机组安全稳定运行。
本发明的第二目的在于提供一种解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制模块。
本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制方法，该方法是基于塔架左右侧向加速度以及叶轮方位角的独立变桨控制策略IPC(Individual Pitch Control)来解决塔架侧向一阶模态为主的振动，通过减小叶轮旋转平面内三个叶片面内受力不均而造成的气动不平衡，从根本上减小塔架左右侧向的振动，即根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，从而减小三个叶片受力不平衡，进而减小机组塔架侧向一阶模态为主的振动，具体过程是：首先，通过传感器实时测量塔架左右侧向的加速度，并对其进行滤波；然后，再测量并计算三个叶片对应的方位角；根据塔架左右侧加速度以及方位角，采用P控制器，得到各个叶片额外的变桨速率；最后，将其叠加到各个叶片常规变桨速率上，并计算出各个叶片最终的桨距角给定值输送给机组的变桨系统执行，从而解决塔架侧向一阶模态为主的振动。
进一步，所述解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制方法，包括以下步骤：
1)测量塔架左右侧向的加速度anacelle，并进行滤波，滤波后的塔架左右侧向的加速度为anacellef；
2)计算叶轮方位角；
测量叶片1方位角，根据三个叶片均匀分布在一个叶轮平面，计算出叶片2和叶片3的方位角，定义叶片垂直向上方位角为0°，通过传感器测量得到叶片1方位角为
Figure BDA0003111757250000021
则叶片2的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure BDA0003111757250000022
叶片3的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure BDA0003111757250000023
即：
Figure BDA0003111757250000024
Figure BDA0003111757250000031
Figure BDA0003111757250000032
式中，RotorAzimuth1为叶片1的方位角，RotorAzimuth2为叶片2的方位角，RotorAzimuth3为叶片3的方位角；
3)计算各个叶片额外的变桨速率；
根据塔架左右侧向的加速度，基于叶片在不同方位角下的受力分析，分别计算三个叶片分别所需的额外变桨速率，具体如下：
Figure BDA0003111757250000033
Figure BDA0003111757250000034
Figure BDA0003111757250000035
式中，Δpitchrate1、Δpitchrate2、Δpitchrate3分别为叶片1、叶片2、叶片3所需的额外变桨速率，Kp为P控制器的比例增益系数，A为叶轮方位角超前角度；
4)计算三个叶片对应变桨速率；
根据方位角及机组的受力分析，分别计算三个叶片对应的变桨速率，具体如下：
叶片1的变桨速率pitchrate1：pitchrate1＝v+Δpitchrate1
叶片2的变桨速率pitchrate2：pitchrate2＝v+Δpitchrate2
叶片3的变桨速率pitchrate3：pitchrate3＝v+Δpitchrate3
式中，v为常规控制器计算得到的统一变桨速率；
5)计算三个叶片对应的桨距角给定值；
根据步骤4)计算得到的变桨速率，分别计算三个叶片对应的桨距角给定值，并将其输送到变桨系统，实现三个叶片桨距角的单独变桨控制，即IPC控制；
叶片1的桨距角：
θ1(k)＝θ1(k-1)+pitchrate1*T
叶片2的桨距角：
θ2(k)＝θ2(k-1)+pitchrate2*T
叶片3的桨距角：
θ3(k)＝θ3(k-1)+pitchrate3*T
式中，θ1(k-1)为前一时刻叶片1的桨距角，θ1(k)为叶片1当前时刻的桨距角，θ2(k-1)为前一时刻叶片2的桨距角，θ2(k)为叶片2当前时刻的桨距角，θ3(k-1)为前一时刻叶片3的桨距角，θ3(k)为叶片3当前时刻的桨距角，T为Controller Cycle time控制算法循环时间常数；
6)执行桨距角变桨；
变桨系统根据三个叶片对应的桨距角给定值调节叶片桨距角，从而减小由于气动不平衡引起的塔架左右侧向振动，从而实现了风力发电机组基于塔架左右侧向加速度以及叶轮方位角的振动优化控制，解决塔架侧向一阶模态为主的振动。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制模块，该模块是基于塔架左右侧向加速度以及叶轮方位角的独立变桨控制策略IPC(Individual Pitch Control)来解决塔架侧向一阶模态为主的振动，通过减小叶轮旋转平面内三个叶片面内受力不均而造成的气动不平衡，从根本上减小塔架左右侧向的振动，即根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，从而减小三个叶片受力不平衡，进而减小机组塔架侧向一阶模态为主的振动，具体过程是：首先，通过传感器实时测量塔架左右侧向的加速度，并对其进行滤波；然后，再测量并计算三个叶片对应的方位角；根据塔架左右侧加速度以及方位角，采用P控制器，得到各个叶片额外的变桨速率；最后，将其叠加到各个叶片常规变桨速率上，并计算出各个叶片最终的桨距角给定值输送给机组的变桨系统执行，从而解决塔架侧向一阶模态为主的振动。
进一步，所述解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制模块，包括：
测量单元，用于测量塔架左右侧加速度，并进行滤波；
叶轮方位角计算单元，用于测量计算各叶片方位角；
叶片额外变桨速率计算单元，用于计算各个叶片额外的变桨速率，根据塔架左右侧向的加速度，基于叶片在不同方位角下的受力分析，分别计算三个叶片分别所需的额外变桨速率；
叶片对应变桨速率计算单元，用于计算三个叶片对应的变桨速率，根据方位角及机组的受力分析，分别计算三个叶片对应的变桨速率；
叶片对应桨距角给定值计算单元，用于计算三个叶片对应的桨距角给定值，根据叶片额外变桨速率计算单元计算得到的变桨速率，分别计算三个叶片对应的桨距角给定值，并将其输送给变桨系统执行调节叶片桨距角，实现三个叶片桨距角的单独变桨控制，即IPC控制。
进一步，在所述叶轮方位角计算单元中，测量叶片1方位角，根据三个叶片均匀分布在一个叶轮平面，计算出叶片2和叶片3的方位角，定义叶片垂直向上方位角为0°，通过传感器测量得到叶片1方位角为
Figure BDA0003111757250000051
则叶片2的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure BDA0003111757250000052
叶片3的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure BDA0003111757250000053
即：
Figure BDA0003111757250000061
Figure BDA0003111757250000062
Figure BDA0003111757250000063
式中，RotorAzimuth1为叶片1的方位角，RotorAzimuth2为叶片2的方位角，RotorAzimuth3为叶片3的方位角。
进一步，在所述叶片额外变桨速率计算单元中，采用以下公式：
Figure BDA0003111757250000064
Figure BDA0003111757250000065
Figure BDA0003111757250000066
式中，Δpitchrate1、Δpitchrate2、Δpitchrate3分别为叶片1、叶片2、叶片3所需的额外变桨速率，Kp为P控制器的比例增益系数，anacellef为滤波后的塔架左右侧向加速度，A为叶轮方位角超前角度。
进一步，在所述叶片对应变桨速率计算单元中，采用以下公式：
叶片1的变桨速率pitchrate1：pitchrate1＝v+Δpitchrate1
叶片2的变桨速率pitchrate2：pitchrate2＝v+Δpitchrate2
叶片3的变桨速率pitchrate3：pitchrate3＝v+Δpitchrate3
式中，v为常规控制器计算得到的统一变桨速率，Δpitchrate1、Δpitchrate2、Δpitchrate3分别为三个叶片所需的额外变桨速率。
进一步，在所述叶片对应桨距角给定值计算单元中，采用以下公式：
叶片1的桨距角：
θ1(k)＝θ1(k-1)+pitchrate1*T
叶片2的桨距角：
θ2(k)＝θ2(k-1)+pitchrate2*T
叶片3的桨距角：
θ3(k)＝θ3(k-1)+pitchrate3*T
式中，θ1(k-1)为前一时刻叶片1的桨距角，θ1(k)为叶片1当前时刻的桨距角，θ2(k-1)为前一时刻叶片2的桨距角，θ2(k)为叶片2当前时刻的桨距角，θ3(k-1)为前一时刻叶片3的桨距角，θ3(k)为叶片3当前时刻的桨距角，T为Controller Cycle time控制算法循环时间常数，pitchrate1、pitchrate2、pitchrate3分别为叶片1、叶片2、叶片3对应的变桨速率。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明采取基于塔架侧向加速度以及叶轮方位角，在常规变桨控制器的基础上叠加变桨速率的控制方式减小塔架侧向振动，使得机组稳定运行。相对于现有的转矩控制方式，能有效减小机组塔架侧向一阶模态为主的振动而引起的载荷偏大问题。
2、本发明无需增加机组设备，只需在控制方法中增加相应的功能模块，就能减小塔架左右侧向振动，减小机组载荷，从而节省成本，提高机组竞争力。
3、本发明有很强的理论依据，易于被相关技术人员接受，对后续控制优化改进和设备维护奠定基础。
综上所述，本发明可以有效减小机组在不同方位角的气动不平衡，从而减小塔架左右侧向振动，降低机组载荷，因此具有十分广泛的应用前景。本方案同时适用于一切由于气动不平衡造成塔架侧向振动偏大的工况，具有实际应用价值，值得推广。
附图说明
图1为叶片坐标系示意图。
图2为本发明方法的流程图。
图3为解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制框图。
图4为本发明模块的架构图。
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。
实施例1
首先我们分析了风力发电机组的受力情况：
1)当叶片在0°方位角(叶片位于垂直正上方)时，叶片坐标系如图1所示，在叶轮平面内，如果塔架左右侧向的正向振动偏大，说明此时叶轮旋转平面内三个叶片面内力不均衡，产生了不平衡的正向侧向力，此时应该微调小叶片桨距角，减小叶片的受力，从而降低正向侧向力，最终减小塔架左右侧向的正向振动；同理，如果塔架左右侧向的负向振动偏大，可微调大桨距角，降低塔架左右侧负向力，减小塔架左右侧向振动。
2)当叶片在180°(叶片位于垂直正下方)时，在叶轮平面内，如果塔架左右侧向的正向振动偏大，为降低不平衡正向侧向力，可通过微调大叶片桨矩角实现；同理，如果塔架左右侧向的负向振动偏大，可通过微调小桨距角实现。
因此，基于上述分析，本实施例提供了一种解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制方法，其是基于塔架左右侧向加速度以及叶轮方位角的独立变桨控制策略IPC(Individual Pitch Control)来解决塔架侧向一阶模态为主的振动，通过减小叶轮旋转平面内三个叶片面内受力不均而造成的气动不平衡，从根本上减小塔架左右侧向的振动，即根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，从而减小三个叶片受力不平衡，进而减小机组塔架侧向一阶模态为主的振动，如图2所示，具体过程是：首先，通过传感器实时测量塔架左右侧向的加速度，并对其进行滤波；然后，再测量并计算三个叶片对应的方位角；根据塔架左右侧加速度以及方位角，采用P控制器，得到各个叶片额外的变桨速率；最后，将其叠加到各个叶片常规变桨速率上，并计算出各个叶片最终的桨距角给定值输送给机组的变桨系统执行，从而解决塔架侧向一阶模态为主的振动；其具体包括以下步骤：
1)测量塔架左右侧向的加速度anacelle，并进行滤波，滤波后的塔架左右侧向的加速度为anacellef；
2)计算叶轮方位角；
测量叶片1方位角，根据三个叶片均匀分布在一个叶轮平面，计算出叶片2和叶片3的方位角，定义叶片垂直向上方位角为0°，通过传感器测量得到叶片1方位角为
Figure BDA0003111757250000091
则叶片2的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure BDA0003111757250000092
叶片3的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure BDA0003111757250000093
即：
Figure BDA0003111757250000094
Figure BDA0003111757250000095
Figure BDA0003111757250000096
式中，RotorAzimuth1为叶片1的方位角，RotorAzimuth2为叶片2的方位角，RotorAzimuth3为叶片3的方位角；
3)计算各个叶片额外的变桨速率；
根据塔架左右侧向的加速度，基于叶片在不同方位角下的受力分析，分别计算三个叶片分别所需的额外变桨速率，具体如下：
Figure BDA0003111757250000097
Figure BDA0003111757250000101
Figure BDA0003111757250000102
式中，Δpitchrate1、Δpitchrate2、Δpitchrate3分别为叶片1、叶片2、叶片3所需的额外变桨速率，Kp为P控制器的比例增益系数，A为叶轮方位角超前角度；
4)计算三个叶片对应变桨速率；
根据方位角及机组的受力分析，分别计算三个叶片对应的变桨速率，具体如下：
叶片1的变桨速率pitchrate1：pitchrate1＝v+Δpitchrate1
叶片2的变桨速率pitchrate2：pitchrate2＝v+Δpitchrate2
叶片3的变桨速率pitchrate3：pitchrate3＝v+Δpitchrate3
式中，v为常规控制器计算得到的统一变桨速率；
5)计算三个叶片对应的桨距角给定值；
根据步骤4)计算得到的变桨速率，分别计算三个叶片对应的桨距角给定值，并将其输送到变桨系统，实现三个叶片桨距角的单独变桨控制，即IPC控制；
叶片1的桨距角：
θ1(k)＝θ1(k-1)+pitchrate1*T
叶片2的桨距角：
θ2(k)＝θ2(k-1)+pitchrate2*T
叶片3的桨距角：
θ3(k)＝θ3(k-1)+pitchrate3*T
式中，θ1(k-1)为前一时刻叶片1的桨距角，θ1(k)为叶片1当前时刻的桨距角，θ2(k-1)为前一时刻叶片2的桨距角，θ2(k)为叶片2当前时刻的桨距角，θ3(k-1)为前一时刻叶片3的桨距角，θ3(k)为叶片3当前时刻的桨距角，T为Controller Cycle time控制算法循环时间常数；
6)执行桨距角变桨；
变桨系统根据三个叶片对应的桨距角给定值调节叶片桨距角，从而减小由于气动不平衡引起的塔架左右侧向振动，从而实现了风力发电机组基于塔架左右侧向加速度以及叶轮方位角的振动优化控制，解决塔架侧向一阶模态为主的振动。
实施例2
见图3所示，风力发电机组常规控制器由转矩控制器和变桨控制器两部分组成：转矩控制器在额定风速以下时起作用，用于风能最大捕获；变桨控制器用于额定风速以上时，通过调节桨距角保持发电机转速在额定转速附近，保证机组正常运行的同时确保机组输出功率为额定功率。考虑到目前长叶片、高塔架，特别是海上风力发电机组的塔架上端受风、尾流等影响，下端经受洋流海浪等的影响，其塔架振动问题相较于陆上机组更严重，特别是塔架左右侧向振动更是严重。因此，在常规变桨控制器的基础上，建立了一个新的控制模块，用于解决风力发电机组塔架侧向振动问题，该控制模块是基于塔架左右侧向加速度以及叶轮方位角的独立变桨控制策略IPC(Individual Pitch Control)来解决塔架侧向一阶模态为主的振动，通过减小叶轮旋转平面内三个叶片面内受力不均而造成的气动不平衡，从根本上减小塔架左右侧向的振动，即根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，从而减小三个叶片受力不平衡，进而减小机组塔架侧向一阶模态为主的振动，具体过程是：首先，通过传感器实时测量塔架左右侧向的加速度，并对其进行滤波；然后，再测量并计算三个叶片对应的方位角；根据塔架左右侧加速度以及方位角，采用P控制器，得到各个叶片额外的变桨速率；最后，将其叠加到各个叶片常规变桨速率上，并计算出各个叶片最终的桨距角给定值输送给机组的变桨系统(包含变桨控制器、变桨执行器等)执行，从而解决塔架侧向一阶模态为主的振动，最终达到减小机组侧向振动的目的，保障风电机组安全稳定运行。
如图4所示，本实施例所提供的解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制模块，包括以下功能单元：
测量单元，用于测量塔架左右侧加速度anacelle，并进行滤波，滤波后的塔架左右侧向的加速度为anacellef。
叶轮方位角计算单元，用于测量计算各叶片方位角，具体情况如下：
测量叶片1方位角，根据三个叶片均匀分布在一个叶轮平面，计算出叶片2和叶片3的方位角，定义叶片垂直向上方位角为0°，通过传感器测量得到叶片1方位角为
Figure BDA0003111757250000121
则叶片2的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure BDA0003111757250000122
叶片3的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure BDA0003111757250000123
即：
Figure BDA0003111757250000124
Figure BDA0003111757250000125
Figure BDA0003111757250000126
式中，RotorAzimuth1为叶片1的方位角，RotorAzimuth2为叶片2的方位角，RotorAzimuth3为叶片3的方位角。
叶片额外变桨速率计算单元，用于计算各个叶片额外的变桨速率，根据塔架左右侧向的加速度，基于叶片在不同方位角下的受力分析，分别计算三个叶片分别所需的额外变桨速率，具体如下：
Figure BDA0003111757250000131
Figure BDA0003111757250000132
Figure BDA0003111757250000133
式中，Δpitchrate1、Δpitchrate2、Δpitchrate3分别为叶片1、叶片2、叶片3所需的额外变桨速率，Kp为P控制器的比例增益系数，A为叶轮方位角超前角度。
叶片对应变桨速率计算单元，用于计算三个叶片对应的变桨速率，根据方位角及机组的受力分析，分别计算三个叶片对应的变桨速率，具体如下：
叶片1的变桨速率pitchrate1：pitchrate1＝v+Δpitchrate1
叶片2的变桨速率pitchrate2：pitchrate2＝v+Δpitchrate2
叶片3的变桨速率pitchrate3：pitchrate3＝v+Δpitchrate3
式中，v为常规控制器计算得到的统一变桨速率。
叶片对应桨距角给定值计算单元，用于计算三个叶片对应的桨距角给定值，根据叶片对应变桨速率计算单元计算得到的变桨速率，分别计算三个叶片对应的桨距角给定值，并将其输送给变桨系统执行调节叶片桨距角，实现三个叶片桨距角的单独变桨控制，即IPC控制；其中，采用以下公式计算：
叶片1的桨距角：
θ1(k)＝θ1(k-1)+pitchrate1*T
叶片2的桨距角：
θ2(k)＝θ2(k-1)+pitchrate2*T
叶片3的桨距角：
θ3(k)＝θ3(k-1)+pitchrate3*T
式中，θ1(k-1)为前一时刻叶片1的桨距角，θ1(k)为叶片1当前时刻的桨距角，θ2(k-1)为前一时刻叶片2的桨距角，θ2(k)为叶片2当前时刻的桨距角，θ3(k-1)为前一时刻叶片3的桨距角，θ3(k)为叶片3当前时刻的桨距角，T为Controller Cycle time控制算法循环时间常数。
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 (2)

1.一种解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制方法，其特征在于，该方法是基于塔架左右侧向加速度以及叶轮方位角的独立变桨控制策略IPC来解决塔架侧向一阶模态为主的振动，通过减小叶轮旋转平面内三个叶片面内受力不均而造成的气动不平衡，从根本上减小塔架左右侧向的振动，即根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，从而减小三个叶片受力不平衡，进而减小机组塔架侧向一阶模态为主的振动，具体过程是：首先，通过传感器实时测量塔架左右侧向的加速度，并对其进行滤波；然后，再测量并计算三个叶片对应的方位角；根据塔架左右侧向加速度以及方位角，采用P控制器，得到各个叶片额外的变桨速率；最后，将其叠加到各个叶片常规变桨速率上，并计算出各个叶片最终的桨距角给定值输送给机组的变桨系统执行，从而解决塔架侧向一阶模态为主的振动；其包括以下步骤：
1)测量塔架左右侧向的加速度anacelle，并进行滤波，滤波后的塔架左右侧向的加速度为anacellef；
2)计算叶轮方位角；
测量叶片1方位角，根据三个叶片均匀分布在一个叶轮平面，计算出叶片2和叶片3的方位角，定义叶片垂直向上方位角为0°，通过传感器测量得到叶片1方位角为
Figure FDA0003460197770000016
则叶片2的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure FDA0003460197770000011
叶片3的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure FDA0003460197770000012
即：
Figure FDA0003460197770000013
Figure FDA0003460197770000014
Figure FDA0003460197770000015
式中，RotorAzimuth1为叶片1的方位角，RotorAzimuth2为叶片2的方位角，RotorAzimuth3为叶片3的方位角；
3)计算各个叶片额外的变桨速率；
根据塔架左右侧向的加速度，基于叶片在不同方位角下的受力分析，分别计算三个叶片分别所需的额外变桨速率，具体如下：
Figure FDA0003460197770000021
Figure FDA0003460197770000022
Figure FDA0003460197770000023
式中，Δpitchrate1、Δpitchrate2、Δpitchrate3分别为叶片1、叶片2、叶片3所需的额外变桨速率，Kp为P控制器的比例增益系数，A为叶轮方位角超前角度；
4)计算三个叶片对应变桨速率；
根据方位角及机组的受力分析，分别计算三个叶片对应的变桨速率，具体如下：
叶片1的变桨速率pitchrate1：pitchrate1＝v+Δpitchrate1
叶片2的变桨速率pitchrate2：pitchrate2＝v+Δpitchrate2
叶片3的变桨速率pitchrate3：pitchrate3＝v+Δpitchrate3
式中，v为常规控制器计算得到的统一变桨速率；
5)计算三个叶片对应的桨距角给定值；
根据步骤4)计算得到的变桨速率，分别计算三个叶片对应的桨距角给定值，并将其输送到变桨系统，实现三个叶片桨距角的单独变桨控制，即IPC控制；
叶片1的桨距角：
θ1(k)＝θ1(k-1)+pitchratel*T
叶片2的桨距角：
θ2(k)＝θ2(k-1)+pitchrate2*T
叶片3的桨距角：
θ3(k)＝θ3(k-1)+pitchrate3*T
式中，θ1(k-1)为前一时刻叶片1的桨距角，θ1(k)为叶片1当前时刻的桨距角，θ2(k-1)为前一时刻叶片2的桨距角，θ2(k)为叶片2当前时刻的桨距角，θ3(k-1)为前一时刻叶片3的桨距角，θ3(k)为叶片3当前时刻的桨距角，T为Controller Cycle time控制算法循环时间常数；
6)执行桨距角变桨；
变桨系统根据三个叶片对应的桨距角给定值调节叶片桨距角，从而减小由于气动不平衡引起的塔架左右侧向振动，从而实现了风力发电机组基于塔架左右侧向加速度以及叶轮方位角的振动优化控制，解决塔架侧向一阶模态为主的振动。
2.一种解决风力发电机组塔架一阶侧向振动的控制模块，其特征在于，该模块是基于塔架左右侧向加速度以及叶轮方位角的独立变桨控制策略IPC来解决塔架侧向一阶模态为主的振动，通过减小叶轮旋转平面内三个叶片面内受力不均而造成的气动不平衡，从根本上减小塔架左右侧向的振动，即根据叶片不同方位角来增加或减小桨距角，从而减小三个叶片受力不平衡，进而减小机组塔架侧向一阶模态为主的振动，具体过程是：首先，通过传感器实时测量塔架左右侧向的加速度，并对其进行滤波；然后，再测量并计算三个叶片对应的方位角；根据塔架左右侧向加速度以及方位角，采用P控制器，得到各个叶片额外的变桨速率；最后，将其叠加到各个叶片常规变桨速率上，并计算出各个叶片最终的桨距角给定值输送给机组的变桨系统执行，从而解决塔架侧向一阶模态为主的振动；其包括：
测量单元，用于测量塔架左右侧向加速度，并进行滤波；
叶轮方位角计算单元，用于测量计算各叶片方位角；
叶片额外变桨速率计算单元，用于计算各个叶片额外的变桨速率，根据塔架左右侧向的加速度，基于叶片在不同方位角下的受力分析，分别计算三个叶片分别所需的额外变桨速率；
叶片对应变桨速率计算单元，用于计算三个叶片对应的变桨速率，根据方位角及机组的受力分析，分别计算三个叶片对应的变桨速率；
叶片对应桨距角给定值计算单元，用于计算三个叶片对应的桨距角给定值，根据叶片额外变桨速率计算单元计算得到的变桨速率，分别计算三个叶片对应的桨距角给定值，并将其输送给变桨系统执行调节叶片桨距角，实现三个叶片桨距角的单独变桨控制，即IPC控制；
在所述叶轮方位角计算单元中，测量叶片1方位角，根据三个叶片均匀分布在一个叶轮平面，计算出叶片2和叶片3的方位角，定义叶片垂直向上方位角为0°，通过传感器测量得到叶片1方位角为
Figure FDA0003460197770000046
则叶片2的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure FDA0003460197770000041
叶片3的方位角是在叶片1的方位角基础上加
Figure FDA0003460197770000042
即：
Figure FDA0003460197770000043
Figure FDA0003460197770000044
Figure FDA0003460197770000045
式中，RotorAzimuth1为叶片1的方位角，RotorAzimuth2为叶片2的方位角，RotorAzimuth3为叶片3的方位角；
在所述叶片额外变桨速率计算单元中，采用以下公式：
Figure FDA0003460197770000051
Figure FDA0003460197770000052
Figure FDA0003460197770000053
式中，Δpitchrate1、Δpitchrate2、Δpitchrate3分别为叶片1、叶片2、叶片3所需的额外变桨速率，Kp为P控制器的比例增益系数，anacellef为滤波后的塔架左右侧向加速度，A为叶轮方位角超前角度；
在所述叶片对应变桨速率计算单元中，采用以下公式：
叶片1的变桨速率pitchrate1：pitchratel＝v+Δpitchratel
叶片2的变桨速率pitchrate2：pitchrate2＝v+Δpitchrate2
叶片3的变桨速率pitchrate3：pitchrate3＝v+Δpitchrate3
式中，v为常规控制器计算得到的统一变桨速率，Δpitchratel、Δpitchrate2、Δpitchrate3分别为三个叶片所需的额外变桨速率；
在所述叶片对应桨距角给定值计算单元中，采用以下公式：
叶片1的桨距角：
θ1(k)＝θ1(k-1)+pitchrate1*T
叶片2的桨距角：
θ2(k)＝θ2(k-1)+pitchrate2*T
叶片3的桨距角：
θ3(k)＝θ3(k-1)+pitchrate3*T
式中，θ1(k-1)为前一时刻叶片1的桨距角，θ1(k)为叶片1当前时刻的桨距角，θ2(k-1)为前一时刻叶片2的桨距角，θ2(k)为叶片2当前时刻的桨距角，θ3(k-1)为前一时刻叶片3的桨距角，θ3(k)为叶片3当前时刻的桨距角，T为Controller Cycle time控制算法循环时间常数，pitchrate1、pitchrate2、pitchrate3分别为叶片1、叶片2、叶片3对应的变桨速率。
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