一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法与流程

本发明涉及风机控制，具体而言，涉及一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法。

背景技术：

1、随着风力发电的推广和发展，风机单机容量增大和风机塔筒日趋增高成为发展趋势。风机塔筒在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。

2、在风机运行过程中，风机的叶片将作用在其扫掠面上的气动荷载以及自转产生的转矩传给塔架。由于风机叶片直径较大，作用在风机叶片扫掠面积上端的风速不同于下下端的风速,这种风速分布的不均匀性以及风向的偏转会产生偏转力、偏转力矩及俯仰力矩。由干旋转着的风机叶片能够通过变桨控制随着风向的改变自动调节迎风方向，即风机叶片会绕着塔筒轴线转动，因此塔筒还受到陀螺力和陀螺螺力矩的作用。并且在实际运行中，由于各种干扰因素和运行差别，每个风机叶片承受的来自风的压力不同，会导致其根部的受力方向、大小都有区别，这种区别会加重对风机塔筒的不平衡拉扯，造成风机塔筒的长期便宜甚至使用寿命降低的问题，提升了风机的安全风险。

3、为降低塔筒在复杂地形风场条件下的运行安全风险,需要对风机的叶片的控制方法进行进一步优化，提升其平衡性和稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，其目的是降低塔筒在复杂地形风场条件下的运行安全风险。

2、本发明的实施例通过以下技术方案实现：

3、一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，周期性根据当前风速和风向通过变桨机构对每个叶片的风向控制角度进行一次调整，所述风向控制角度改变叶片的攻角，在一次调整完成的t0时间后对每个叶片的风向控制角度进行二次调整，所述二次调整包括以下步骤：

4、建立全局坐标系：以风轮端面的圆心为原点；以圆心为起始点，沿风轮轴向指向前方的水平射线为y轴；以圆心为起始点，垂直风轮的轴向指向右侧的水平射线为y轴；

5、在每个叶片的根部设置一个位置相同的单元监测区域，取其几何中心为基准点，获取每个基准点的初始坐标poi，i为对应叶片的编号；

6、获取当前每个叶片绕风轮的旋转角度αi；

7、根据所述初始坐标、所述旋转角度计算每个基准点的当前坐标preal-i；

8、采集当前每个单元监测区域的振动幅度；

9、根据每个基准点的当前坐标和振动幅度分别调整每个叶片的所述风向控制角度。

10、优选地，所述t0为10-25秒。

11、优选地，所述基准点位于对应叶片的延叶片长度方向的中心轴上。

12、优选地，所述基准点的初始坐标的获取方法为：

13、进行姿态初始化，在初始时刻1号叶片与z轴正半轴重叠；

14、1号叶片的基准点坐标po1为(0，0，zo1)，zo1为基准点到所述原点的距离；

15、n为叶片的总数，以1号叶片开始顺时针依次编号，i号叶片的基础点坐标poi为：

16、poi＝ry(θ)*po1t，θ＝(i-1)*θ0；

17、θ0＝2*π/n；

18、

19、优选地，所述获取当前每个叶片绕风轮的旋转角度的方法为，在每个所述单元监测区域设置旋转角度传感器。

20、优选地，所述计算每个基准点的当前坐标preal-i的方法为：

21、preal-i＝ry(αi)*poit；

22、

23、优选地，所述采集当前每个单元监测区域的振动幅度的方法为，在所述单元监测区域设置振动传感器。

24、优选地，所述根据每个基准点的当前坐标和振动幅度分别调整每个叶片的所述风向控制角度的方法为：

25、获取基准点向量，基准点向量为原点到对应基准点的向量；

26、计算所有相邻基准点向量的夹角γj，j＝1，…，n-1时γj为j号叶片和j+1号叶片的基准点向量的夹角，j＝n时γj为n号叶片和1号叶片的基准点向量的夹角；

27、判断γj中哪些夹角大于第一夹角阈值；

28、当γk大于第一夹角阈值时，查看两个对应叶片的振动幅度，若两个叶片的振动幅度差值大于振幅阈值，则选取其中振动幅度更大的叶片进行风向控制角度的调整。

29、优选地，还在每个所述叶片的中段设置形变检测装置，当叶片中段的形变超过形变阈值，对该叶片进行风向控制角度的调整；所述形变检测装置采用应变计。

30、优选地，所述进行风向控制角度的调整的方法为通过变桨机构改变风向控制角度以减小所述攻角。

31、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

32、本发明基于传统变桨控制根据风向风速对叶片的攻角进行调整，首先保障了风机的基础运行质量；

33、本发明在传统变桨攻角调整基础上进行优化，提升叶片之间的平衡性，降低对塔筒作用的不平和作用力，可以有效降低塔筒在不同风场条件下的运行安全风险；

34、本发明可以提升风机塔筒的实用寿命，有助于节约风力发电的设备维护成本；

35、本发明采集振动数据和形变，采集方法简单准确，还可以准确反映叶片会对塔筒造成的不平衡受力的潜在风险，以便及时调整风机控制策略；

36、本发明设计合理，数据采集和处理简单，计算成本和涉及的建造成本均较低，便于推广和应用。

技术特征：

1.一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，周期性根据当前风速和风向通过变桨机构对每个叶片的风向控制角度进行一次调整，所述风向控制角度改变叶片的攻角，在一次调整完成的t0时间后对每个叶片的风向控制角度进行二次调整，其特征在于，所述二次调整包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，其特征在于，所述t0为10-25秒。

3.根据权利要求1所述的一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，其特征在于，所述基准点位于对应叶片的延叶片长度方向的中心轴上。

4.根据权利要求3所述的一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，其特征在于，所述基准点的初始坐标的获取方法为：

5.根据权利要求1所述的一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，其特征在于：所述获取当前每个叶片绕风轮的旋转角度的方法为，在每个所述单元监测区域设置旋转角度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，其特征在于，所述计算每个基准点的当前坐标preal-i的方法为：

7.根据权利要求1所述的一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，其特征在于，所述采集当前每个单元监测区域的振动幅度的方法为，在所述单元监测区域设置振动传感器。

8.根据权利要求1所述的一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，其特征在于，所述根据每个基准点的当前坐标和振动幅度分别调整每个叶片的所述风向控制角度的方法为：

9.根据权利要求1所述的一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，其特征在于，还在每个所述叶片的中段设置形变检测装置，当叶片中段的形变超过形变阈值，对该叶片进行风向控制角度的调整；所述形变检测装置采用应变计。

10.根据权利要求8或9所述的一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，其特征在于，所述进行风向控制角度的调整的方法为通过变桨机构改变风向控制角度以减小所述攻角。

技术总结
本发明提供了一种提升大容量机组高塔筒稳定性的风机控制方法，涉及风机控制技术领域，其目的是降低塔筒在复杂地形风场条件下的运行安全风险，在一次调整完成后对每个叶片的风向控制角度进行二次调整，其特征在于，包括建立全局坐标系；在每个叶片的根部设置一个位置相同的单元监测区域，取其几何中心为基准点，获取每个基准点的初始坐标；获取当前每个叶片绕风轮的旋转角度α<subgt;i</subgt;；根据初始坐标、旋转角度计算每个基准点的当前坐标；采集当前每个单元监测区域的振动幅度；根据每个基准点的当前坐标和振动幅度分别调整每个叶片的风向控制角度。本发明具有提升风机平衡性能、提升塔筒寿命的优点。

技术研发人员：李杰,丁为,徐峰,董巍峰,郭佳浩,张帅,邱瑞勤,张世昊,褚铭宇
受保护的技术使用者：华能定边新能源发电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13