專利名稱：基于激光測風(fēng)雷達的風(fēng)力發(fā)電機組的前饋控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，具體是一種對風(fēng)況進行提前檢測，并對檢測信號進行提前響應(yīng)的基于激光測風(fēng)雷達的風(fēng)力發(fā)電機組的前饋控制方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)能由于具有分布廣泛、可重復(fù)利用和技術(shù)成熟等優(yōu)點，已經(jīng)成為最具實用性的可再生能源形式之一。過去幾十年中的最常見的風(fēng)能利用方式是通過裝有風(fēng)輪的風(fēng)力發(fā)電機組捕獲風(fēng)能進行發(fā)電。目前風(fēng)力發(fā)電機組的風(fēng)輪大多運行在近地邊界層下部，風(fēng)況受地表情況影響比較大，風(fēng)速呈現(xiàn)隨機性、突變性等特點，且風(fēng)能是一種不受控資源，通過改變風(fēng)況來提高風(fēng)力發(fā)電機組的輸出特性是不可能的。目前風(fēng)力發(fā)電機組的測風(fēng)儀器主要是安裝在機艙頂部的風(fēng)杯和風(fēng)向標，對于上風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機組來講，測得的風(fēng)速并不是到達風(fēng)輪處的風(fēng)速，而是經(jīng)過葉片尾流影響的風(fēng)速(如圖2所示V2處風(fēng)速)，不具有實時性。另外，風(fēng)杯、風(fēng)向標是機械式測量儀，具有轉(zhuǎn)動慣量，而我國風(fēng)機大部分安裝在風(fēng)沙大、氣候寒冷的野外地區(qū)，容易受風(fēng)沙侵蝕和結(jié)冰影響，造成測量精度低，易損壞。因此，測得的風(fēng)速、風(fēng)向一般用于偏航和功率曲線考核等，對于控制策略來說，不是一個可靠、有效的輸入量。目前的風(fēng)力發(fā)電機組，無論雙饋型還是直驅(qū)型機組，基本采用變速變槳控制，當(dāng)達到額定功率以后，通過變槳控制來限制風(fēng)功率的捕獲，使輸出功率和發(fā)電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定點附近。正如前所述，由于風(fēng)況的隨機性、突變性，而風(fēng)輪是一個具有很大轉(zhuǎn)動慣量的部件，當(dāng)陣風(fēng)到達時，引起的轉(zhuǎn)速上升就具有較大延遲，而轉(zhuǎn)速上升再反應(yīng)到變槳控制器輸出，控制變槳執(zhí)行器收槳，又具有很大時間延遲，兩部分延遲合起來構(gòu)成了一個時間常數(shù)很大的環(huán)節(jié)，因此很容易在陣風(fēng)情況下造成超速。為了應(yīng)對此種情況，一般考慮提高變槳速率，加快變槳響應(yīng)時間，降低系統(tǒng)的慣性，由此又引來另一個問題，變槳執(zhí)行器動作太快會增加葉片和輪轂的載荷，同時由于槳葉變化太快，作用于葉片上的推力也會呈現(xiàn)周期變化特性，最終傳導(dǎo)到塔筒上，增大了塔筒的彎矩載荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光測風(fēng)雷達的風(fēng)力發(fā)電機組的前饋控制系統(tǒng)及其控制方法，可以提高風(fēng)力發(fā)電機組輸出特性，降低部件設(shè)計載荷，提高風(fēng)機安全性能。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是基于激光測風(fēng)雷達的風(fēng)力發(fā)電機組的前饋控制系統(tǒng)，所述前饋控制系統(tǒng)包括激光測風(fēng)雷達、前饋控制器、變槳控制器和變槳執(zhí)行器，具體的激光測風(fēng)雷達安裝在風(fēng)力發(fā)電機組的機艙頂部，測量風(fēng)機正前方一定距離m的實時風(fēng)速，并將其發(fā)送至前饋控制器；前饋控制器包括數(shù)據(jù)處理單元和前饋邏輯單元，數(shù)據(jù)處理單元計算出實時的風(fēng)速波動值△ V，并將其發(fā)送至前饋邏輯單元；前饋邏輯單元對風(fēng)速波動值A(chǔ)V進行計算，得出附加命令槳角β，并將其發(fā)送至變槳控制器；變槳控制器將附加命令槳角β與原有變槳控制器命令槳角α相加得到最終的變槳命令信號Θ并將其發(fā)送至變槳執(zhí)行器；變槳執(zhí)行器執(zhí)行最終的變槳命令信號Θ，從而消除風(fēng)速波動對風(fēng)機輸出轉(zhuǎn)速的影響。所述激光測風(fēng)雷達可以定點聚焦，同時測量風(fēng)機正前方若干個點的風(fēng)速。基于激光測風(fēng)雷達的風(fēng)力發(fā)電機組的前饋控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下具體步驟I)激光測風(fēng)雷達測量同時測量風(fēng)機正前方η個點的實時風(fēng)速，并將其發(fā)送至前饋控制器的數(shù)據(jù)處理單元；2)數(shù)據(jù)處理單元對上述實時風(fēng)速進行加權(quán)平均，依下式計算
權(quán)利要求
1.基于激光測風(fēng)雷達的風(fēng)力發(fā)電機組的前饋控制系統(tǒng)，其特征在于所述前饋控制系統(tǒng)包括激光測風(fēng)雷達、前饋控制器、變槳控制器和變槳執(zhí)行器，具體的 激光測風(fēng)雷達安裝在風(fēng)力發(fā)電機組的機艙頂部，測量風(fēng)機正前方一定距離m的實時風(fēng)速，并將其發(fā)送至前饋控制器； 前饋控制器包括數(shù)據(jù)處理單元和前饋邏輯單元，數(shù)據(jù)處理單元計算出實時的風(fēng)速波動值Λ V，并將其發(fā)送至前饋邏輯單元；前饋邏輯單元對風(fēng)速波動值A(chǔ)V進行計算，得出附加命令槳角β，并將其發(fā)送至變槳控制器； 變槳控制器將附加命令槳角β與原有變槳控制器命令槳角α相加得到最終的變槳命令信號Θ并將其發(fā)送至變槳執(zhí)行器； 變槳執(zhí)行器執(zhí)行最終的變槳命令信號Θ，從而消除風(fēng)速波動對風(fēng)機輸出轉(zhuǎn)速的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光測風(fēng)雷達的風(fēng)力發(fā)電機組的前饋控制系統(tǒng)，其特征在于所述激光測風(fēng)雷達可以定點聚焦，同時測量風(fēng)機正前方若干個點的風(fēng)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光測風(fēng)雷達的風(fēng)力發(fā)電機組的前饋控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括以下具體步驟 1)激光測風(fēng)雷達測量同時測量風(fēng)機正前方η個點的實時風(fēng)速，并將其發(fā)送至前饋控制器的數(shù)據(jù)處理單元； 2)數(shù)據(jù)處理單元對上述實時風(fēng)速進行加權(quán)平均，依下式計算
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于激光測風(fēng)雷達的風(fēng)力發(fā)電機組的前饋控制系統(tǒng)及其控制方法，包括激光測風(fēng)雷達、前饋控制器，前饋控制器包括數(shù)據(jù)處理單元和前饋邏輯單元，數(shù)據(jù)處理單元計算出實時的風(fēng)速波動值ΔV，并將其發(fā)送至前饋邏輯單元；前饋邏輯單元對風(fēng)速波動值ΔV進行計算，得出附加命令槳角β，與原有變槳控制器命令槳角α相加得到最終的變槳命令信號θ并將其發(fā)送至變槳執(zhí)行器。本發(fā)明增加風(fēng)速前饋控制，降低風(fēng)力發(fā)電機組的相關(guān)部件載荷，提高風(fēng)力發(fā)電機組的輸出特性，提高風(fēng)力發(fā)電機組在極端風(fēng)況下的安全性；對現(xiàn)有運行風(fēng)機系統(tǒng)不需做過多改造，同時具有廣泛的適應(yīng)性，能夠在不同環(huán)境下使用，易實現(xiàn)，降低零部件載荷，提高風(fēng)能利用率，降低成本。
文檔編號F03D7/04GK103061980SQ20121058620
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者宋聚眾, 王兵, 莫爾兵, 蘭杰, 李永明, 林志明, 王其君, 尹景勛 申請人:東方電氣集團東方汽輪機有限公司