一種風(fēng)力發(fā)電機組柔性塔架的自動阻尼調(diào)節(jié)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機組柔性塔架阻尼調(diào)節(jié)控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種風(fēng)力發(fā)電機組柔性塔架的自動阻尼調(diào)節(jié)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機組基本上都為變速、柔性結(jié)構(gòu)；并且在單機容量上從上世紀的千瓦級別突破到目前的3-8MW，未來應(yīng)用到海上的單機容量將達到1Mff。在這樣的背景下，為最大程度的獲取風(fēng)能、降低機組載荷和降低風(fēng)機的總體度電成本，一種采用超柔塔架應(yīng)運而生。但問題接踵而來，超柔性塔架較剛性塔架其一階固有頻率明顯降低，其很容易與機組轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的某個速度點重合，從而導(dǎo)致共振。
[0003]若想通過增加塔架直徑或壁厚以提高塔筒頻率，從而避開共振點，勢必造成成本上的增加，達不到降低風(fēng)機度電成本的效果，因此優(yōu)化塔架無法從原則上解決共振問題，通過控制策略來避免機組運行在共振轉(zhuǎn)速點是唯一可行的方法。針對塔架一階固有頻率同機組轉(zhuǎn)速在正常運行范圍之內(nèi)存在交點這一問題，在控制策略中加入共振轉(zhuǎn)速穿越功能，避免機組運行在特定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，并考慮到機組穿越共振區(qū)間時易引起塔架振動，為提高機組穩(wěn)定運行性能，防止機組在轉(zhuǎn)速禁區(qū)來回切換，減小塔架振動，本發(fā)明提出了一種解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種風(fēng)力發(fā)電機組柔性塔架的自動阻尼調(diào)節(jié)控制方法，可以更加精準地控制塔架的振動，實現(xiàn)最優(yōu)控制，魯棒性強，具有自適應(yīng)性和快速性。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種風(fēng)力發(fā)電機組柔性塔架的自動阻尼調(diào)節(jié)控制方法，首先，所述塔架需配置有塔架加阻控制器和塔架加速度傳感器，及在塔架內(nèi)部安裝有能夠自動調(diào)整自身阻尼來對塔架不同方向振動進行消減的阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)，并與常規(guī)塔架加阻控制策略相結(jié)合，得到一套的全新自動阻尼調(diào)節(jié)控制策略:根據(jù)塔架不同方向的振動，調(diào)整阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)的角度，進而可以調(diào)整塔架結(jié)構(gòu)阻尼，從而對塔架彎矩載荷進行消減，并在該阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)上安裝傳感器，用于測量阻尼力大小，進而針對塔架的阻尼力作為控制量輸入進行塔架加速度和阻尼力的反饋控制，確保塔架全方位的減振，大大消減塔架設(shè)計載荷，實現(xiàn)最優(yōu)控制；其包括以下步驟:
[0006]I)確定塔架一階固有頻率與風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)速運行范圍是否存在交點
[0007]根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)速范圍以及塔架一階頻率，確定塔架一階固有頻率同風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)速在正常運行范圍之內(nèi)是否存在交點，如果存在則啟動自動阻尼調(diào)節(jié)控制策略；若不存在交點，則此策略不啟用，采用常規(guī)塔架加阻控制策略；
[0008]2)塔架加阻控制
[0009]通過塔架加速度傳感器測量出塔架前后加速度，而后通過計算得出塔架在不同方位的加速度，將其輸入到塔架加阻控制器，作為該控制器的輸入量，經(jīng)過塔架加阻控制器得到實際所需的阻尼力；
[0010]與常規(guī)塔架加阻控制器不同的是，常規(guī)塔架加阻控制器的輸出信號是槳距角，而此塔架加阻控制器的輸出信號是阻尼力；
[0011]3)將風(fēng)力發(fā)電機組實際所需的阻尼力信號輸送給阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)，阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)通過調(diào)整其連桿的安裝角和距離，從而產(chǎn)生所需要的阻尼力，并作用于塔架，如此進行反饋控制，從而避免塔架振動，實現(xiàn)塔架設(shè)計載荷的最優(yōu)控制。
[0012]所述常規(guī)塔架加阻控制策略采用的是風(fēng)力發(fā)電機組機艙前后加速度反饋控制方式，以機艙前后加速度作為控制器的輸入量，輸出槳距角信號，通過微調(diào)槳距角，改變風(fēng)力發(fā)電機組所受推力，從而減小塔架振動。
[0013]所述阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)包括多個帶有可調(diào)阻尼器的阻尼調(diào)節(jié)連桿單元及帶有多個鉸接頭的連接件，該多個阻尼調(diào)節(jié)連桿單元置于塔架的塔筒內(nèi)部，并沿塔筒的周向均布，能夠應(yīng)對塔架不同方向的振動，通過各自可調(diào)阻尼器，根據(jù)塔架的振動傾角的變化調(diào)節(jié)自身的阻尼，進而對塔架彎矩載荷進行消減，所述連接件固定安裝在塔筒上部的平臺底部，并位于塔筒中心處，其上的鉸接頭數(shù)量與阻尼調(diào)節(jié)連桿單元相一致，且一個阻尼調(diào)節(jié)連桿單元對應(yīng)一個鉸接頭，該多個阻尼調(diào)節(jié)連桿單元分別與連接件上的相應(yīng)鉸接頭活動鉸接，且每個阻尼調(diào)節(jié)連桿單元上均安裝有一個傳感器，用于測量阻尼調(diào)節(jié)連桿單元的角度變化，進而計算測得阻尼力大小。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0015]1、對阻尼力進行反饋控制，通過阻尼反饋控制，可以更加精準地控制塔架的振動，實現(xiàn)最優(yōu)控制。
[0016]2、采用能夠自動調(diào)整自身阻尼來對塔架不同方向振動進行消減的阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)，連桿結(jié)構(gòu)的特點使得它具有快速響應(yīng)這一優(yōu)勢，能實現(xiàn)控制器的快速響應(yīng)，及時避免塔架振動，而且優(yōu)于傳統(tǒng)的塔架加阻控制器只能對塔架前后或者左右方向振動的控制。
[0017]3、可以有效降低塔架的設(shè)計載荷，從而降低塔架的重量，同時又能非常有效地控制風(fēng)機的整體振動，綜合提尚風(fēng)機的性能。
【附圖說明】
[0018]圖1為常規(guī)塔架加阻控制策略的原理框圖。
[0019]圖2為本發(fā)明所述自動阻尼調(diào)節(jié)控制方法的原理框圖。
[0020]圖3為本發(fā)明所述自動阻尼調(diào)節(jié)控制方法的步驟流程圖。
[0021]圖4為阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)的安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]在介紹本發(fā)明方法之前，需要對帶有常規(guī)塔架加阻控制的控制策略作簡單介紹，其原理圖如圖1所示，由圖可知，常規(guī)塔架加阻控制策略采用的是風(fēng)力發(fā)電機組機艙前后加速度反饋控制方式，以機艙前后加速度作為控制器的輸入量，輸出槳距角信號，通過微調(diào)槳距角，改變風(fēng)力發(fā)電機組所受推力，從而減小塔架振動。
[0024]但此方法只對塔架單一方向的振動起到作用，而在實際中，塔架振動的方向往往是復(fù)雜多變的，基于此，我們提出了一種風(fēng)力發(fā)電機組柔性塔架的自動阻尼調(diào)節(jié)控制方法:首先，所述塔架需配置有塔架加阻控制器和塔架加速度傳感器，及在塔架內(nèi)部安裝有能夠自動調(diào)整自身阻尼來對塔架不同方向振動進行消減的阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)，并與常規(guī)塔架加阻控制策略相結(jié)合，得到一套的全新自動阻尼調(diào)節(jié)控制策略:根據(jù)塔架不同方向的振動，調(diào)整阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)的角度，進而可以調(diào)整塔架結(jié)構(gòu)阻尼，從而對塔架彎矩載荷進行消減，并在該阻尼調(diào)節(jié)連桿機構(gòu)上安裝傳感器，用于測量阻尼力大小，進而針對塔架的阻尼力作為控制量輸入進行塔架加速度和阻尼力的反饋控制，確保塔架全方位的減振，大大消減塔架設(shè)計載荷，實現(xiàn)最優(yōu)控制。
[0025]本發(fā)明方法的控制原理如圖2所示，主要步驟如圖3所示，其包括以下步驟:
[0026]1)確定塔架一階