大型風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)，尤其是一種大型風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，風(fēng)電機組單機容量和風(fēng)輪直徑越來越大，而相應(yīng)塔架高度也越來越高，部分 機組已采用高度超過120m的塔架。為了降低塔架成本，同時考慮避免機組發(fā)生共振，大型 風(fēng)電機組通常采用柔性塔架，即在整個風(fēng)電機組運行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，塔架一階模態(tài)頻率滿足 在1倍轉(zhuǎn)頻（1P)和3倍轉(zhuǎn)頻（3P)之間，根據(jù)GL 2010標(biāo)準(zhǔn)要求，塔架頻率匕要求滿足： 1. 05P < 2. 95P。而塔架高度增加，使塔架變得越來越柔（即剛度和頻率下降）。
[0003] 通常柔性塔架的一階模態(tài)阻尼都較小，因此在風(fēng)電機組運行時，機艙和塔架都會 較嚴(yán)重振動，并給塔架造成較大載荷，進而會降低機組可靠性和壽命。而塔架越柔，機艙的 塔架振動也會嚴(yán)重，造成的塔架載荷也會越來越大。
[0004] 可以通過虛擬阻尼控制方法，增加塔架左右方向或前后方向一階模態(tài)阻尼，以減 小塔架振動，降低塔架的載荷，提高機組可靠性和壽命，降低塔架重量，提高經(jīng)濟性。目前常 見的2種方法：（1)第一種方法，通過測量塔架頂部前后方向加速度，經(jīng)過積分、帶通濾波器 和限幅環(huán)節(jié)，得到塔架前后方向加阻控制所需的期望槳距角，再與變槳控制環(huán)期望槳距角 相加，得到總期望槳距角輸出，輸給變槳系統(tǒng)，有變槳系統(tǒng)驅(qū)動槳葉動作，實現(xiàn)塔架前后一 階模態(tài)加阻控制。該種控制方法，三個槳葉是同步動作（得到相同槳距角執(zhí)行指令），控制 效果較差，對變槳要求較高，且會顯著增加變槳軸承和減速機磨損。（2)第二種方法，通過測 量塔架頂部左右方向加速度，經(jīng)過積分、帶通濾波器和限幅環(huán)節(jié)，得到塔架左右方向加阻控 制所需的期望發(fā)電機轉(zhuǎn)矩，再與轉(zhuǎn)矩控制環(huán)輸出期望發(fā)電機轉(zhuǎn)矩相加，得到總期望發(fā)電機 轉(zhuǎn)矩輸出，輸給變流器，由變流器調(diào)節(jié)發(fā)電機電池力矩，可以實現(xiàn)塔架前后一階模態(tài)加阻控 制。該種控制方法，濾波器設(shè)計困難，實際控制效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服已有風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制方法的對變槳要求較高、變槳軸承和減 速機磨損較大、控制效果較差的不足，本實用新型提供一種降低對變槳的要求、變槳軸承和 減速機磨損較小、控制效果良好的大型風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制裝置。
[0006] 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種大型風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制裝置，包括振動傳感器、積分器、濾波器、控 制器、絕對值編碼器和Park坐標(biāo)逆變換器，所述振動傳感器安裝塔架頂部用于測量塔頂左 右運動方向加速度，所述振動傳感器與所述積分器連接，所述積分器與所述濾波器連接，所 述濾波器與所述控制器連接，所述控制器與所述Park坐標(biāo)逆變換器連接；所述絕對值編碼 器安裝在風(fēng)電機組低速軸上用于測量風(fēng)輪方位角，所述絕對值編碼器與所述Park坐標(biāo)逆 變換器連接。
[0008] 進一步，所述濾波器包括帶動濾波器和帶阻濾波器。
[0009] 本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在：1、降低對變槳的要求、變槳軸承和減速機磨 損較小、控制效果良好；2、控制器設(shè)計簡單，實用強；3、具有良好的經(jīng)濟性、可靠性和工程 實用性。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本實用新型中大型風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制系統(tǒng)的控制框圖。
[0011] 圖2為本實用新型中大型風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制方法的工作原理框圖。
[0012] 其中為風(fēng)輪方位角，a塔架頂部左右方向加速度，v架頂部左右方向速度，Wl， ω2為帶通濾波器頻率，ξ ρ ξ2為帶通濾波器阻尼比，ω 3, ω4為帶阻濾波器頻率，ξ 3, |4為 帶阻濾波器阻尼比，心為控制器增益，β ,為固定坐標(biāo)系的期望槳距角，β ' ρ β ' 2、β ' 3 分別為三槳葉期望的槳距角補償值。
【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0014] 參照圖1和圖2,一種大型風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制裝置，包括振動傳感器、積 分器、濾波器、控制器、絕對值編碼器和Park坐標(biāo)逆變換器，所述振動傳感器安裝塔架頂部 于測量塔頂左右運動方向加速度，所述振動傳感器與所述積分器連接，所述積分器與所述 濾波器連接，所述濾波器與所述控制器連接，所述控制器與所述Park坐標(biāo)逆變換器連接； 所述絕對值編碼器安裝在風(fēng)電機組低速軸上用于測量風(fēng)輪方位角，所述絕對值編碼器與所 述Park坐標(biāo)逆變換器連接。
[0015] 進一步，所述濾波器包括帶動濾波器和帶阻濾波器。
[0016] 如圖1所示，本實用新型的具體實現(xiàn)包括兩個控制器，一個是轉(zhuǎn)速變槳控制器4， 用于實現(xiàn)風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速控制（或?qū)崿F(xiàn)功率控制），另一個是塔架虛擬阻尼控制器14,用于增 加塔架左右方向的一階模態(tài)阻尼，以減小塔架振動，降低塔架的載荷。
[0017] 轉(zhuǎn)速變槳控制器4的實現(xiàn)過程：安裝在發(fā)電機上的增量式編碼器1實時測量出發(fā) 電機轉(zhuǎn)速，經(jīng)過濾波器2的低通濾波和帶阻濾波后傳輸給變槳PI控制器3,變槳PI控制器 3根據(jù)濾波器后的發(fā)電機轉(zhuǎn)速，實時得到槳葉期望槳距角，該期望槳距角就是三槳葉輸出槳 距角的相同部分。
[0018] 塔架虛擬阻尼控制器14實現(xiàn)過程：安裝塔架頂部振動傳感器9測得塔頂左右運動 方向加速度a，在通過積分器10得到塔頂左右運動方向速度v，經(jīng)過濾波器11濾波，濾波 后的塔頂左右運動方向速度傳輸給控制器12,控制器12輸出固定坐標(biāo)軸上的期望槳距角， 而安裝風(fēng)電機組低速軸上的絕對值編碼器8測得風(fēng)輪方位角；固定坐標(biāo)軸上的期望槳距角 經(jīng)過Park坐標(biāo)逆變換器13得到各槳葉的期望槳距角補償值。
[0019] 將轉(zhuǎn)速變槳控制器4得到期望槳距角和獨立變槳控制器14得到各槳葉的期望槳 距角補償值傳遞給槳距角耦合器7,槳距角耦合器7分別求出各槳葉的期望槳距角，并傳給 變槳系統(tǒng)6,由變槳系統(tǒng)6控制風(fēng)電機組5的各槳葉變槳動作。本實用新型即可以實現(xiàn)原有 變槳控制功能（實現(xiàn)風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速或者功率控制），同時又能增加塔架左右方向的一階模 態(tài)阻尼，以減小塔架振動，降低塔架的載荷，提高機組的可靠性和壽命。
[0020] 如圖2所示，塔架虛擬阻尼控制工作原理，其實現(xiàn)包括如下步驟：
[0021] 1)安裝塔架頂部振動傳感器測得塔頂左右運動方向加速度a ;
[0022] 2)安裝在風(fēng)電機組低速軸絕對值編碼器測得風(fēng)輪方位角f ;
[0023] 3)根據(jù)塔頂左右運動方向加速度a進過積分得到塔頂左右運動方向速度v ;
[0024] 4)對塔頂左右運動方向速度v進行帶通濾波器

[0025] 5)濾波后的塔頂左右運動方向速度v，經(jīng)P控制器輸出固定坐標(biāo)軸上的期望槳距 角
[0026] 6)輸出固定坐標(biāo)軸上的期望槳距角i3d，經(jīng)過Park逆變換得到槳葉的期望槳距角 補償值（β，i，β， 2, β，3)。
[0027] 根據(jù)Park逆變換得到各槳葉的槳距角補償值分別對風(fēng)電機組轉(zhuǎn)速變槳控制器輸 出的期望槳距角進行補償，并通過變槳系統(tǒng)控制槳葉動作，實現(xiàn)塔架虛擬阻尼控制。
[0028] 所述步驟6)中的Park逆變換公式為：
[0030] 所述步驟5)中的P控制器可采用PI控制、LQG控制、模糊控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng) 等控制算法。
【主權(quán)項】
1. 一種大型風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制裝置，其特征在于：包括振動傳感器、積分器、 濾波器、控制器、絕對值編碼器和Park坐標(biāo)逆變換器，所述振動傳感器安裝塔架頂部用于 測量塔頂左右運動方向加速度，所述振動傳感器與所述積分器連接，所述積分器與所述濾 波器連接，所述濾波器與所述控制器連接，所述控制器與所述Park坐標(biāo)逆變換器連接；所 述絕對值編碼器安裝在風(fēng)電機組低速軸上用于測量風(fēng)輪方位角，所述絕對值編碼器與所述 Park坐標(biāo)逆變換器連接。2. 如權(quán)利要求1所述的大型風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制裝置，其特征在于：所述濾波 器包括帶動濾波器和帶阻濾波器。
【專利摘要】一種大型風(fēng)電機組塔架虛擬阻尼控制裝置，包括振動傳感器、積分器、濾波器、控制器、絕對值編碼器和Park坐標(biāo)逆變換器，所述振動傳感器安裝塔架頂部用于測量塔頂左右運動方向加速度，所述振動傳感器與所述積分器連接，所述積分器與所述濾波器連接，所述濾波器與所述控制器連接，所述控制器與所述Park坐標(biāo)逆變換器連接；所述絕對值編碼器安裝在風(fēng)電機組低速軸上用于測量風(fēng)輪方位角，所述絕對值編碼器與所述Park坐標(biāo)逆變換器連接。本實用新型降低對變槳的要求、變槳軸承和減速機磨損較小、控制效果良好。
【IPC分類】F03D7/02
【公開號】CN205190116
【申請?zhí)枴緾N201520782830
【發(fā)明人】應(yīng)有, 葉杭冶, 孫勇, 許國東
【申請人】浙江運達風(fēng)電股份有限公司
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年10月10日