【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风力发电
,特别涉及一种大型风力机叶片主动降载控制系统及方法。
技术介绍
随着风力发电的高速发展,风力机也逐渐向着离岸化、大型化的趋势发展,这就对风力机的核心部件—风机叶片提出了更高的要求。风机大型化意味着增加了风机的载荷和系统的质量,使疲劳载荷和极限载荷急剧增加,严重降低了机组的使用寿命,同时也增加了硬件和工程成本以及后期维护费用。为了降低风机的疲劳载荷和极限载荷,提高风机寿命、发电量和出力的稳定性,近年来产生了一种含有主动尾缘襟翼的大型风力机叶片,其硬件结构和控制方法与传统的叶片不尽相同。由于该叶片结构的复杂性,建立其精确的数学模型是非常困难的,并且随机风和湍流风对风机叶片的载荷影响不可忽视,因此常规的单级PID控制很难满足叶片的降载需求。
技术实现思路
针对现有技术不足,本专利技术提供了一种大型风力机叶片主动降载控制系统及方法。一种大型风力机叶片主动降载控制系统,所述系统包括信号采集模块、控制模块和电气伺服模块;所述信号采集模块包括光纤应变传感器、机前风场信号传感设备和光纤应变信号处理设备;所述控制模块包括5路低通滤波器,5路模数转换器,4路控
制单元,PLC,4路数模转换器和4路信号隔离器;所述电气伺服模块包括4路襟翼作动器驱动电路和4路襟翼作动器;所述光纤应变传感器安装在风力机叶片根部,并与光纤应变信号处理设备连接;光纤应变信号处理设备的1路信号输出和机前风场信号传感设备对应4路襟翼的4路信号输出分别对应1路低通滤波器和1路模数转换器顺次连接;与光纤应变信号处理设备对应的1路模数转换器分别连接至4路控制单元,与机 ...
【技术保护点】
一种大型风力机叶片主动降载控制系统,其特征在于,所述系统包括信号采集模块、控制模块和电气伺服模块;所述信号采集模块包括光纤应变传感器、机前风场信号传感设备和光纤应变信号处理设备;所述控制模块包括5路低通滤波器,5路模数转换器,4路控制单元,PLC,4路数模转换器和4路信号隔离器;所述电气伺服模块包括4路襟翼作动器驱动电路和4路襟翼作动器;所述光纤应变传感器安装在风力机叶片根部,并与光纤应变信号处理设备连接;光纤应变信号处理设备的1路信号输出和机前风场信号传感设备对应4路襟翼的4路信号输出分别对应1路低通滤波器和1路模数转换器顺次连接;与光纤应变信号处理设备对应的1路模数转换器分别连接至4路控制单元,与机前风场信号传感设备对应的4路模数转换器一一对应连接至4路控制单元,每路控制单元通过PLC分别对应1路数模转换器、1路信号隔离器、1路襟翼作动器驱动电路和1路襟翼作动器顺次连接;所述光纤应变传感器用于采集叶片根部的应变力信号,所述光纤应变信号处理设备用于将光纤应变传感器采集的信号转换为电压信号;所述机前风场信号传感设备用于测量风力机前风速;光纤应变信号处理设备和机前风场信号传感设备分别将信 ...
【技术特征摘要】
1.一种大型风力机叶片主动降载控制系统,其特征在于,所述系统包括信号采集模块、控制模块和电气伺服模块;所述信号采集模块包括光纤应变传感器、机前风场信号传感设备和光纤应变信号处理设备;所述控制模块包括5路低通滤波器,5路模数转换器,4路控制单元,PLC,4路数模转换器和4路信号隔离器;所述电气伺服模块包括4路襟翼作动器驱动电路和4路襟翼作动器;所述光纤应变传感器安装在风力机叶片根部,并与光纤应变信号处理设备连接;光纤应变信号处理设备的1路信号输出和机前风场信号传感设备对应4路襟翼的4路信号输出分别对应1路低通滤波器和1路模数转换器顺次连接;与光纤应变信号处理设备对应的1路模数转换器分别连接至4路控制单元,与机前风场信号传感设备对应的4路模数转换器一一对应连接至4路控制单元,每路控制单元通过PLC分别对应1路数模转换器、1路信号隔离器、1路襟翼作动器驱动电路和1路襟翼作动器顺次连接;所述光纤应变传感器用于采集叶片根部的应变力信号,所述光纤应变信号处理设备用于将光纤应变传感器采集的信号转换为电压信号;所述机前风场信号传感设备用于测量风力机前风速;光纤应变信号处理设备和机前风场信号传感设备分别将信号传送至对应的低通滤波器,所述低通滤波器用于滤掉高频干扰信号;所述模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号;所述控制单元包括对机前风场信号进行处理的前馈控制器,使用教与学算法进行参数寻优的PID控制器和对叶片根部的应变力信号进行处理的模糊控制器,用于减小叶片根部应力的控制运算;所述PLC用于切换PID控制器和模糊控制器的输出信号,并耦合来自前馈控制器的控制信号;所述数模转换器用于将数字信号转换成模拟
\t信号;所述信号隔离器用于将控制系统输出信号和电气伺服模块隔离开;所述襟翼作动器驱动电路产生驱动襟翼作动器的电信号;所述襟翼作动器根据襟翼作动器驱动电路输出信号调节襟翼使其产生不同的摆角。2.根据权利要求1所述一种大型风力机叶片主动降载控制系统,其特征在于,所述前馈控制器是在风力发电机组运行时,通过实时监测机前风速变化,计算出因降低随机风或湍流风引起的不均匀载荷所需的控制量。3.权利要求1-2任一权利要求所述一种大型风力机叶片主动降载控制系统的控制方法,其特征在于,具体包括以下步骤:步骤1:对模糊控制器FCi、前馈控制器FBi和PID控制器PIDi进行初始化,i=1,2,3,4;步骤2:读取当前风速和叶片根部的应力值,将得到的叶片根部应力值y(k)与叶片根部额定应力值r(k)进行差值运算,得到应力偏差e(k)及偏差变化率ec(k),其中叶片额定应力值r(k)是由风机出厂前实验测得;步骤21:将步骤2得到的应力偏差e(k)、偏差变化率ec(k)作为模糊控制器FCi的输入变量;步骤22:选择隶属度函数进行模糊化,并依据模糊规则得到襟翼的控制量,反模糊化后求得模糊控制器FCi的输出变量,此输出为襟翼控制期望角θ1i;步骤23:将步骤21的应力偏差e(k)作为PID控制器PIDi的输入信号,利用教与学寻优算法对PIDi参数KPi,KIi,KDi进行在线自整定,所述PID控制器PIDi的输出变量为襟翼控制期望角θ2i;步骤24:采集风力发电机组的机前风速v(t),将其作为自变量,将襟翼摆动角θi作...
【专利技术属性】
技术研发人员:张文广,李腾飞,白雪剑,刘吉臻,曾德良,牛玉广,杨婷婷,胡阳,
申请(专利权)人:华北电力大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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