本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電的，尤其是指一種基于葉根合彎矩的葉根極限載荷控制方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及計(jì)算設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的載荷主要來(lái)源為重力載荷、慣性載荷和啟動(dòng)載荷，載荷是影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的主要因素，也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行控制的依據(jù)。載荷的大小與機(jī)組的安全性息息相關(guān)，更會(huì)直接影響部件壽命。

2、隨著風(fēng)電行業(yè)的飛速發(fā)展，為了提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在中、低風(fēng)速區(qū)域的發(fā)電效率，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組逐漸向大葉輪和長(zhǎng)葉片的方向進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和降本優(yōu)化。葉輪越大的同時(shí)，葉輪掃掠平面受到的軸向推力也顯著增加，這就會(huì)使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行載荷尤其是葉根遭受更大的載荷沖擊，比如葉根合彎矩mxy會(huì)明顯變大。因此，如何有效降低葉片的載荷水平從而降低葉片成本是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)降本優(yōu)化中非常重要的一環(huán)。

3、針對(duì)上述問題，目前國(guó)內(nèi)外采用的方法主要是基于測(cè)量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率來(lái)間接反映推力的變化趨勢(shì)，再根據(jù)推力的變化趨勢(shì)來(lái)制定相應(yīng)的變槳策略進(jìn)行推力消減以達(dá)到降低葉根載荷的目的。但風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率與葉輪掃掠平面的軸向推力并不具備較強(qiáng)的相關(guān)性，因此在實(shí)際控制中為了有更好的降載效果往往會(huì)把變槳的槳距角范圍設(shè)置得很大，這就會(huì)導(dǎo)致功率的較大波動(dòng)和發(fā)電量的損失；同時(shí)，推力消減策略主要只針對(duì)額定附近及額定以下風(fēng)速段的工況，無(wú)法對(duì)額定以上風(fēng)速的工況進(jìn)行降載。綜上所述，該方法具有局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于葉根合彎矩的葉根極限載荷控制方法，在葉根合彎矩上升超過(guò)設(shè)定載荷閾值的時(shí)候疊加槳距角進(jìn)行變槳，降低葉根合彎矩，從而減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片設(shè)計(jì)成本，解決大葉輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉根合彎矩較大的問題，進(jìn)而使得葉根載荷滿足設(shè)計(jì)要求。

2、本發(fā)明的第二目的在于提供一種基于葉根合彎矩的葉根極限載荷控制系統(tǒng)。

3、本發(fā)明的第三目的在于提供一種存儲(chǔ)介質(zhì)。

4、本發(fā)明的第四目的在于提供一種計(jì)算設(shè)備。

5、本發(fā)明的第一目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：基于葉根合彎矩的葉根極限載荷控制方法，該方法是基于測(cè)量的葉根面內(nèi)載荷和面外載荷計(jì)算出每支葉片的葉根合彎矩，取所有葉片中的葉根合彎矩最大值，并對(duì)最大值取包絡(luò)，將包絡(luò)值與設(shè)定載荷閾值的差值乘以設(shè)定的比例系數(shù)得到槳距角疊加量，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在葉根合彎矩上升超過(guò)設(shè)定載荷閾值的時(shí)候執(zhí)行變槳指令，從而達(dá)到降載的目的。

6、進(jìn)一步，所述的基于葉根合彎矩的葉根極限載荷控制方法，包括以下步驟：

7、對(duì)葉根面內(nèi)載荷mx和面外載荷my進(jìn)行高通濾波，隨后基于濾波后的葉根面內(nèi)載荷mx和面外載荷my計(jì)算出每支葉片的葉根合彎矩mxy并濾波，取所有葉片濾波后的葉根合彎矩mxy的最大值；

8、若當(dāng)前時(shí)刻所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值與上一時(shí)刻所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值的差值乘以上一時(shí)刻所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值與上上時(shí)刻所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值的差值小于零且當(dāng)前時(shí)刻所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值與上一時(shí)刻所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值的差值也小于零，那么當(dāng)前時(shí)刻的所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值就為包絡(luò)值，否則沿用上一時(shí)刻的所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值作為包絡(luò)值；

9、設(shè)定載荷閾值，原則是不能影響到穩(wěn)態(tài)風(fēng)，即設(shè)定的載荷閾值應(yīng)大于穩(wěn)態(tài)風(fēng)的最大葉根合彎矩mxy的包絡(luò)值，具體方式為：先仿真額定風(fēng)速以下、額定風(fēng)速以及額定風(fēng)速以上的三種穩(wěn)態(tài)風(fēng)工況，統(tǒng)計(jì)該三種穩(wěn)態(tài)風(fēng)工況下最大葉根合彎矩mxy的包絡(luò)值大小，載荷閾值的設(shè)定應(yīng)大于該三種穩(wěn)態(tài)風(fēng)工況下最大葉根合彎矩mxy的包絡(luò)值中的最大值；

10、將葉根合彎矩mxy的包絡(luò)值與設(shè)定載荷閾值的差值乘上設(shè)定的比例系數(shù)，即可得到槳距角疊加量，而后機(jī)組基于此槳距角疊加量執(zhí)行相應(yīng)的變槳指令。

11、進(jìn)一步，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的所有葉片的葉根位置上安裝應(yīng)力傳感器來(lái)測(cè)量各自相應(yīng)葉片的葉根面內(nèi)載荷mx和面外載荷my，所述應(yīng)力傳感器是通過(guò)將應(yīng)變片的形變轉(zhuǎn)換成線性或者任意函數(shù)關(guān)系的電阻或者電壓輸出，假設(shè)機(jī)組共有n支葉片，葉片1的葉根預(yù)定位置p1相對(duì)于葉根位置的距離為x1，葉片2的葉根預(yù)定位置p2相對(duì)于葉根位置的距離為x2，葉片n的葉根預(yù)定位置pn相對(duì)于葉根位置的距離為xn，葉根預(yù)定位置p1,p2,...,pn為實(shí)際應(yīng)力傳感器安裝位置，距離x1,x2,...,xn為傳感器位置到葉根之間的距離，x1,x2,...,xn需要根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行標(biāo)定。

12、進(jìn)一步，將測(cè)量的葉根面內(nèi)載荷mx和面外載荷my經(jīng)過(guò)高通濾波器進(jìn)行高通濾波，濾波后再經(jīng)過(guò)計(jì)算得到葉根合彎矩mxy，計(jì)算公式如下：

13、

14、進(jìn)一步，對(duì)計(jì)算出的每支葉片的葉根合彎矩mxy進(jìn)行濾波，隨后取所有葉片的葉根合彎矩mxy濾波后的最大值，基于該最大值進(jìn)一步獲取包絡(luò)值，具體方式為：假設(shè)當(dāng)前時(shí)刻為ti，對(duì)應(yīng)的所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值為li；上一時(shí)刻為ti-1，對(duì)應(yīng)的所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值為li-1；上上時(shí)刻為ti-2，對(duì)應(yīng)的所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值為li-2；ti時(shí)刻與ti-1時(shí)刻的差值為(li-li-1)，ti-1時(shí)刻與ti-2時(shí)刻的差值為(li-1-li-2)，若(li-li-1)×(li-1-li-2)小于零且(li-li-1)也小于零，那么當(dāng)前時(shí)刻的所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值li就為包絡(luò)值，否則沿用上一時(shí)刻的所有葉片最大的葉根合彎矩mxy濾波值li-1作為包絡(luò)值。

15、進(jìn)一步，設(shè)定載荷閾值的具體方式為：取3個(gè)風(fēng)速w1、w2和w3，分別表示額定以下風(fēng)速、額定風(fēng)速和額定以上風(fēng)速，分別在上述3個(gè)風(fēng)速下進(jìn)行仿真，并對(duì)葉根合彎矩mxy的包絡(luò)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，3個(gè)風(fēng)速下的最大包絡(luò)值分別為l1、l2和l3，則載荷閾值的設(shè)定應(yīng)大于l1、l2和l3中的最大值。

16、本發(fā)明的第二目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：基于葉根合彎矩的葉根極限載荷控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述的基于葉根合彎矩的葉根極限載荷控制方法，包括：

17、葉根合彎矩計(jì)算模塊，基于測(cè)量的葉根面內(nèi)載荷和面外載荷計(jì)算出每支葉片的葉根合彎矩；

18、包絡(luò)值獲取模塊，用于取所有葉片的葉根合彎矩濾波后的最大值，再基于該最大值進(jìn)一步獲取包絡(luò)值；

19、載荷閾值設(shè)定模塊，用于設(shè)定載荷閾值，原則是不能影響到穩(wěn)態(tài)風(fēng)，即設(shè)定的載荷閾值應(yīng)大于穩(wěn)態(tài)風(fēng)的最大葉根合彎矩的包絡(luò)值；

20、槳距角疊加量計(jì)算模塊，用于將葉根合彎矩的包絡(luò)值與設(shè)定載荷閾值的差值乘上設(shè)定的比例系數(shù)計(jì)算出槳距角疊加量，而后機(jī)組基于此槳距角疊加量執(zhí)行相應(yīng)的變槳指令。

21、本發(fā)明的第三目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有程序，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述的基于葉根合彎矩的葉根極限載荷控制方法。

22、本發(fā)明的第四目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種計(jì)算設(shè)備，包括處理器以及用于存儲(chǔ)處理器可執(zhí)行程序的存儲(chǔ)器，所述處理器執(zhí)行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述的基于葉根合彎矩的葉根極限載荷控制方法。

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

24、1、本發(fā)明基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測(cè)量的葉根面內(nèi)載荷mx和面外載荷my計(jì)算出葉根合彎矩mxy，再基于該葉根合彎矩mxy來(lái)輸出槳距角疊加量進(jìn)行降載，并且該葉根合彎矩mxy與葉片(bladed)實(shí)際輸出的合彎矩mxy基本重合，降載也因此更具合理性和高效性。

25、2、本發(fā)明只在葉根合彎矩mxy超過(guò)設(shè)定載荷閾值的時(shí)候進(jìn)行槳距角疊加，變槳的槳距角范圍相對(duì)更小，因此功率波動(dòng)更小的同時(shí)發(fā)電量損失也會(huì)更少。

26、3、本發(fā)明的邏輯是只要葉根合彎矩mxy超過(guò)設(shè)定載荷閾值就可以進(jìn)行槳距角疊加從而降載，而不僅僅只針對(duì)于額定附近及額定以下的風(fēng)速，應(yīng)用的風(fēng)速范圍更廣。