一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法技术

本发明专利技术公开了一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，属于风电机组技术领域；该方法通过实时浆角、期望浆角以及计算出的最小允许的浆角来有效的控制风电机组塔筒的实时弯矩；本发明专利技术的一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法通过对桨角的计算，以及结合设定的期望值和实时的值进行对比，从而实现更高精度的弯矩检测，并实现实时降载的效果，相对于传统的结构而言，虽然考虑到了弯矩的问题，但是依然存在受弯矩以及载荷的影响会造成风电机组的设计成本过高，尤其是在重量的设计上，不仅仅材料成本提升，人工以及运输都会造成较大的提升，而本设计有效的解决了实时弯矩荷载的控制，实现成本的降低，同时工程应用前景好。同时工程应用前景好。同时工程应用前景好。

【技术实现步骤摘要】
一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法


[0001]本专利技术涉及一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，属于风电机组


技术介绍

[0002]随着风力发电技术的发展以及市场的需求，风力发电机组容量越来越大，叶片越来越长，塔筒越来越高，这就造成塔筒底部弯矩越来越大。加之国内风电开始平价上网，为降低机组成本，以应对风力发电平价上网挑战，需要不断设计新控制策略，降低机组载荷。
[0003]在传统的控制方法当中，通常应用的场景的局限性相对较大，为了更好的实现这个风机塔筒底部弯矩的检测，并通过控制来实现整个弯矩在需要保持一定的安全范围内，为了更好的实现精准控制，那么采用检测的方式很容易受到环境影响而导致其精确值有较大的误差，而为了更好的实现控制，则需要更好精准的控制，尤其是在实时的情况，因此，需要一种更加有效的实时实现降载的控制方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，该方法能够有效的通过计算提供实施弯矩降载的效果，实现降低机组塔筒底部极限载荷，减少塔筒重量，进而降低设计成本。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，包括以下步骤：
[0007]a、建立塔筒顶部倾角与塔筒底部弯矩之间的数学模型；
[0008]b、在塔筒顶部安装动态倾角传感器，实时监测塔筒顶部倾角α，并获得塔筒底部实时弯矩M
y1
；
[0009]c、依据风力发电机组气动模型和机组运行状态，建立塔筒底部弯矩数学模型，计算塔筒底部弯矩M
y2
；
[0010]d、依据两个不同方法得到的塔筒底部弯矩，建立风力发电机组塔筒底部弯矩和桨角之间的关系；
[0011]e、依据期望的塔筒底部弯矩得到期望的变桨角度，并与当前桨角对比。
[0012]进一步的，在步骤e中，取期望的变桨角度和当前桨角的最小值作为最终目标桨角给到风力发电机组控制系统，从而实现塔筒底部实时弯矩控制，降低机组载荷。
[0013]进一步的，在步骤a中，采用欧拉
‑
伯努力梁模型作为塔筒顶部倾角和塔筒底部弯矩之间的关系，即：
[0014]M
y1
＝αEIH
[0015]其中，M
y1
是塔筒底部弯矩，α为塔筒顶部倾角，EI是抗弯刚度，H是塔筒高度。
[0016]进一步的，在步骤c中，依据气动模型，风力发电机组实时运行的桨角、功率、转速，推算出塔筒底部的弯矩，从而获取风轮气动载荷，即：
[0017][0018]其中，F
y2
是气动推力，β是叶片桨角，ρ是空气密度，A是风轮扫风面积，U是来流风速，C
t
(λ，β)是风轮气动推力系数，分别是叶尖速比λ和叶片桨角β的函数。
[0019]进一步的，定义叶尖速比，即为：
[0020][0021]其中，Ω是风轮转速，R是风轮半径。
[0022]进一步的，推算出塔筒底部弯矩M
y2
，即为：
[0023][0024]进一步的，令塔筒底部弯矩M
y1
等于塔筒底部弯矩M
y2
，可获得：
[0025][0026]进一步的，采用网格搜索法，获得λ的值，包括以下步骤：
[0027]S1、设λ的运行范围为[λ1，λ2]，再设求解计算精度要求为Δλ，收敛误差要求为ε
tol
；
[0028]S2、将[λ1，λ2]划分为：
[0029][λ
1 λ1+Δλ λ1+2
×
Δλ
ꢀ…ꢀ
λ1+(n
‑
1)
×
Δλ λ2]；
[0030]S3、计算每个划分点λ1+i
×
Δλ，i＝0，1，...n
‑
1和λ2的值，若
[0031][0032]则λ
*
＝λ1+i
×
Δλ即为解。
[0033]进一步的，当λ＝λ
*
求解出来后，即可得到叶片桨角β和塔筒顶部倾角α之间的关系式，得到叶片桨角β和塔筒底部弯矩之间的关系式。
[0034]进一步的，依据载荷设计要求得到允许的期望弯矩并设定：
[0035][0036]进一步的，利用采用网格搜索法，获得允许的最小桨角β
min
的值，具体包括以下步骤：
[0037]T1、设β的运行范围为[β1，β2]，再设求解计算精度要求为Δβ，收敛误差要求为∈
tol
；
[0038]T2、将[β1，β2]划分为
[0039][β
1 β1+
△
β β1+2
×
Δβ
ꢀ…ꢀ
β1+(m
‑
1)
×
Δβ β2]；
[0040]T3、计算每个划分点β1+i
×
Δβ，i＝0，1，...m
‑
1和β2的值，若
[0041][0042]则β
min
＝λ1+i
×
Δλ即为允许的最小桨角。
[0043]进一步的，将求得的β
min
与当前桨角β进行比较，并取二者的最大值作为最终的桨角控制命令给风力发电机组控制系统以实现塔筒底部弯矩小于期望弯矩。
[0044]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0045]本专利技术的一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法通过对桨角的计算，以及结合设定的期望值和实时的值进行对比，从而实现更高精度的弯矩检测，并实现实时降载的效果，相对于传统的结构而言，虽然考虑到了弯矩的问题，但是依然存在受弯矩以及载荷的影响会造成风电机组的设计成本过高，尤其是在重量的设计上，不仅仅材料成本提升，人工以及运输都会造成较大的提升，而本设计有效的解决了实时弯矩荷载的控制，实现成本的降低，同时工程应用前景好。
附图说明
[0046]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0047]图1是本专利技术塔筒顶部倾角与塔筒底部弯矩之间数学模型原理图。
[0048]图2是本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0049]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0050]本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0051]实施例
[0052]一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
[0053]a、建立塔筒顶部倾角与塔筒底部弯矩之间的数学模型；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，其特征在于：包括以下步骤：a、建立塔筒顶部倾角与塔筒底部弯矩之间的数学模型；b、在塔筒顶部安装动态倾角传感器，实时监测塔筒顶部倾角α，并获得塔筒底部实时弯矩M
y1
；c、依据风力发电机组气动模型和机组运行状态，建立塔筒底部弯矩数学模型，计算塔筒底部弯矩M
y2
；d、依据两个不同方法得到的塔筒底部弯矩，建立风力发电机组塔筒底部弯矩和桨角之间的关系；e、依据期望的塔筒底部弯矩得到期望的变桨角度，并与当前桨角对比。2.如权利要求1所述的一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，其特征在于：在步骤e中，取期望的变桨角度和当前桨角的最小值作为最终目标桨角给到风力发电机组控制系统，从而实现塔筒底部实时弯矩控制，降低机组载荷。3.如权利要求2所述的一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，其特征在于：在步骤a中，采用欧拉
‑
伯努力梁模型作为塔筒顶部倾角和塔筒底部弯矩之间的关系，即：M
y1
＝αEIH其中，M
y1
是塔筒底部弯矩，α为塔筒顶部倾角，EI是抗弯刚度，H是塔筒高度。4.如权利要求3所述的一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，其特征在于：在步骤c中，依据气动模型，风力发电机组实时运行的桨角、功率、转速，推算出塔筒底部的弯矩，从而获取风轮气动载荷，即：其中，F
y2
是气动推力，β是叶片桨角，ρ是空气密度，A是风轮扫风面积，U是来流风速，C
t
(λ，β)是风轮气动推力系数，分别是叶尖速比λ和叶片桨角β的函数。5.如权利要求4所述的一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，其特征在于：定义叶尖速比，即为：其中，Ω是风轮转速，R是风轮半径。6.如权利要求5所述的一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，其特征在于：推算出塔筒底部弯矩M
y2
，即为：7.如权利要求6所述的一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，其特征在于：令塔筒底部弯矩M
y1
等于塔筒底部弯矩M
y2
，可获得：8.如权利要求7所述的一种风机塔筒底部实时弯矩降载控制方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰杰，林淑，王其君，赵伟，岳伟，尹景勋，
申请(专利权)人：东方电气风电有限公司，
类型：发明
国别省市：