CN102506011A - 变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，在变桨控制器与变桨执行机构之间缴入一桨距位置同步校正模块，桨距位置同步校正模块自变桨控制器接收统一变桨速率指令R，经校正处理后将修正的三个不同变桨速率R1′、R2′和R3′输出给变桨执行机构，变桨执行机构根据上述三个经过校正的变桨速率R1′、R2′和R3′控制三个叶片各自的电动变桨驱动执行操作，实现同步。本发明方法可有效实现变桨位置的同步，对于减小机组的气动不平衡载荷有重要作用，并可增加机组安全运行欲量，增加机组的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种变桨距风力发电机组桨距位置的校正方法，具体涉及一种变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法。
背景技术
现代大型的风力发电机组主要为变桨距风力发电机组。变桨距风力发电机组是指整个叶片绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角在一定范围(一般0°-90°)内变化，以便调节输出功率不超过设计容许值。变桨距风力发电机组一般叶宽小，叶片轻，不需很大的刹车，启动性能好。其通过驱动叶片沿其纵向轴转动来调节功率，与定桨距风力发电机组相比，在低空气密度地区仍可达到额定功率，在额定风速之后，输出功率可保持相对稳定，保证较高的发电量，且具有更强的叶轮制动性能。
当处于额定风速以上工况时，变桨距风力发电机组通过动态改变三个叶片的桨距角位置来保持功率输出、叶轮转速和发电机转速的稳定。目前主流的变桨距风力发电机组产品多采用电动变桨系统，对于变桨距控制主要采用统一变桨距控制，独立执行的方式，即，每个控制周期，变桨控制器根据运行实时数据计算得到一个桨距角位置，作为三个叶片变桨位置的统一指令，然后三个叶片分别由各自的电动变桨驱动执行。虽然收到相同的位置指令，但是三个叶片由于执行机构漂移、气动载荷不均衡等原因，其实际位置往往会出现不同步。叶片不同步会导致气动不平衡，增大机组和变桨驱动系统的极限载荷，严重的会引起部件损坏，当三个叶片位置差距较大时只能停机保护。
发明内容
本发明的目的是提供一种变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法。
为达上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，在变桨控制器与变桨执行机构之间缴入一桨距位置同步校正模块，桨距位置同步校正模块自变桨控制器接收统一变桨速率指令R，经校正处理后将修正的三个不同变桨速率R1′、R2′和R3′输出给变桨执行机构，变桨执行机构根据上述三个经过校正的变桨速率R1′、R2′和R3′控制三个叶片各自的电动变桨驱动执行操作，实现同步。
所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其中，所述桨距位置同步校正模块为PLC编程模块，包括变桨位置参考子模块、第一变桨速率校正子模块、第二变桨速率校正子模块和第三变桨速率校正子模块，变桨位置参考子模块与变桨控制器相连接，第一变桨速率校正子模块、第二变桨速率校正子模块和第三变桨速率校正子模块分别与变桨控制器、变桨位置参考子模块及变桨执行机构相连接。
所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其中，所述变桨位置参考子模块，用以接收变桨控制器输出的变桨速率指令R，并计算出相应变桨位置参考Pref；
所述第一变桨速率校正子模块，用以接收变桨控制器输出的实测变桨位置P1和变桨速率指令R，接收变桨位置参考子模块输出的变桨位置参考Pref，并计算出变桨距风力发电机组桨距的第一变桨速率校正子R1′；
所述第二变桨速率校正子模块，用以接收变桨控制器输出的实测变桨位置P2和变桨速率指令R，接收变桨位置参考子模块输出的变桨位置参考Pref，并计算出变桨距风力发电机组桨距的第二变桨速率校正子R2′；
所述第三变桨速率校正子模块，用以接收变桨控制器输出的实测变桨位置P3和变桨速率指令R，接收变桨位置参考子模块输出的变桨位置参考Pref，并计算出变桨距风力发电机组桨距的第三变桨速率校正子R3′；
所述第一变桨速率校正子模块、第二变桨速率校正子模块和第三变桨速率校正子模块分别将第一变桨速率校正子R1′、第二变桨速率校正子R2′、第三变桨速率校正子R3′输出给变桨执行机构执行操作。
所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其中，所述同步校正模块具体通过以下步骤实现同步校正：
步骤1：读取变桨控制器一个控制周期的变桨速率R；
步骤2：对R积分计算得到变桨参考位置Pref，计算方法如下：
Pref＝Pref(-1)+R*DT，
其中，Pref(-1)表示上一个运算周期Pref的值，DT是一个运算周期的时间步长；
步骤3：设置循环索引i，i代表叶片顺序，依次取1，2和3；
步骤4：通过下式计算第i个叶片的实际桨距位置与控制参考位置的偏差：Di＝Pi-Pref，其中Di为第i个叶片的位置偏差，Pi为自变桨控制器中读取的第i个叶片的实际位置；
步骤5：将步骤4中所得偏差Di乘以校正系数g，计算校正后的速率指令：Ri′＝Di×g+Ri，其中Ri′是校正后的速率，Ri是校正前由变桨控制器计算得到的速率，校正系数g为0.1-0.6；
步骤6：重复步骤3-5，分别得到校正的速率指令R1′，R2′和R3′，将R1′，R2′和R3′输送到变桨执行机构执行校正数据。
本发明所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其中，所述Pref运算周期的初始值是根据机组状态设置的，第一个运算周期的初始数值为90度。
本发明所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其中，所述校正系数g是根据实测的变桨距风力发电机组的三个叶片的轨迹，即在实际控制过程中，三个叶片的桨距角位置随着时间的变化情况，作为对比值，逐步在0.1-0.6区间范围内调整获得的；具体调整方法为先取0.1后测叶片轨迹，与上述叶片轨迹对比值进行对比，逐步上调调整参数值，测定叶片轨迹并逐一比对，选取叶片轨迹与对比值吻合最佳的数值即为校正系数g。
本发明所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其中，所述校正系数g为0.3。
本发明所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，时间步长DT为0.02s。
本发明所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，可同步校正变桨距风力发电机组桨距位置，本方法的应用可有效地实现变桨位置的同步，对于减小机组的气动不平衡载荷有重要作用，可增加机组安全运行欲量，增加机组的使用寿命。
附图说明
图1为变桨距风力发电机组桨距位置同步校正控制原理图；
图2为变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法在PLC系统中的流程图；
图3为变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法的另一种流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行进一步的说明。
参见图1所示，一种变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，系在变桨控制器1与变桨执行机构3之间加设一桨距位置同步校正模块2。桨距位置同步校正模块2自变桨控制器1接收统一变桨速率指令R(该变桨速率指令R是由变桨控制器1计算得到的)，经校正处理后将修正的三个不同变桨速率R1′、R2′和R3′输出给变桨执行机构3，变桨执行机构3根据上述三个经过校正的变桨速率R1′、R2′和R3′控制三个叶片各自的电动变桨驱动执行操作，以保证三个叶片位置实现同步。
变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，具体可以按照图2或图3的方式实现。
对于应用PLC实现的主控制系统可以按照图2的框图搭建PLC框图来实现，图2所示的框图所用的模块都是标准的PLC编程模块，在一般的PLC编程环境中都可以找到，为了实现图2所示的框图，一般有如下步骤：
步骤1：打开PLC开发环境，新建一个PLC子模块；
步骤2：按照图2所示的框图搭建子模块逻辑，(图示的模块均为PLC的标准模块，可从模块库中取出，按照图示的方式连线即可。)
步骤3：编译，检查子模块的逻辑和链接；
步骤4：保存，并编译输出；
步骤5：把编写好的子模块嵌入到机组控制PLC程序中。
在步骤2中具体搭建的子模块包括变桨位置参考子模块、第一变桨速率校正子模块、第二变桨速率校正子模块和第三变桨速率校正子模块。其中，变桨位置参考子模块与变桨控制器相连接，第一变桨速率校正子模块、第二变桨速率校正子模块和第三变桨速率校正子模块分别与变桨控制器、变桨位置参考子模块及变桨执行机构相连接。
其中的变桨位置参考子模块，用以接收变桨控制器输出的变桨速率指令R，并计算出相应变桨位置参考Pref。第一变桨速率校正子模块，用以接收变桨控制器输出的实测变桨位置P1和变桨速率指令R1，接收变桨位置参考子模块输出的变桨位置参考Pref，并计算出变桨距风力发电机组桨距的第一变桨速率校正子R1′。第二变桨速率校正子模块，用以接收变桨控制器输出的实测变桨位置P2和变桨速率指令R2，接收变桨位置参考子模块输出的变桨位置参考Pref，并计算出变桨距风力发电机组桨距的第二变桨速率校正子R2′。第三变桨速率校正子模块，用以接收变桨控制器输出的实测变桨位置P3和变桨速率指令R3，接收变桨位置参考子模块输出的变桨位置参考Pref，并计算出变桨距风力发电机组桨距的第三变桨速率校正子R3′。此时的变桨速率指令R1、R2和R3均等于接收自变桨控制器输出的变桨速率指令R。
然后第一变桨速率校正子模块、第二变桨速率校正子模块和第三变桨速率校正子模块分别将校正后的第一变桨速率校正子R1′、第二变桨速率校正子R2′、第三变桨速率校正子R3′输出给变桨执行机构执行操作。
对于应用C语言或其他语言开发的主控制系统则可以按照图3所示的框图编程实现。
其具体通过以下步骤实现组成：
步骤1：读取变桨控制器一个控制周期的变桨速率R；
步骤2：对R积分计算得到变桨参考位置Pref，计算方法如下：
Pref＝Pref(-1)+R*DT，
其中，Pref(-1)表示上一个运算周期Pref的值，初始运算周期的初始值是根据机组状态设置的，第一个运算周期机组刚刚上电，处于停机状态，初始数值一般是90度。DT是计算的时间步长；DT的计算是根据控制系统的性能要求得到的，是一个运算周期的步长，通常取0.02s。
步骤3：设置循环索引i，i代表叶片顺序，依次取1，2和3；
步骤4：通过下式计算第i个叶片的实际桨距位置与控制参考位置的偏差：Di＝Pi-Pref，其中Di为第i个叶片的位置偏差，Pi为第i个叶片的实际位置，叶片的实际位置从变桨控制器中直接读取得到。Pref为上一步计算出来的参考位置。
步骤5：将步骤4中所得偏差Di乘以校正系数g，计算校正后的速率指令：Ri′＝Di×g+Ri，其中校正系数g为0.1-0.6，其中Ri′是校正后的速率，Ri是校正前由变桨控制器计算得到的速率，校正系数g为0.1-0.6，这里的取值范围是一个预估的值，在实际操作中，不同的机组要进行必要的试验，观察运行效果确定具体的值；
步骤6：i依次取1、2和3，重复进行步骤4和5，依次得出校正后的第一、第二和第三叶片的变桨速率指令R1′，R2′和R3′；
步骤7：将校正的速率指令R1′，R2′和R3′输出给变桨执行机构。
校正系数g可以通过设置和定义作为一个系统参数变量存在，使得调试人员可以通过人机接口调整g的值的大小，从而实现好的校正效果。其可根据实测的变桨距风力发电机组的三个叶片的轨迹(轨迹是指在控制过程中，三个叶片的桨距角位置随着时间的变化情况)作为对比值，逐步在0.1-0.6区间范围内调整获得的，具体调整方法为先取0.1后测叶片轨迹，与上述叶片轨迹对比值对比，逐步上调调整参数值测定叶片轨迹并逐一比对，选取叶片轨迹与对比值吻合最佳的数值即为校正系数g。一般取0.3左右为佳。
校正系数g的确定方法，通常分两个阶段，在机组设计阶段，可以通过仿真平台，运行仿真程序进行实时运算，得到仿真对比的结果，按照上述描述的范围、方法和过程进行调整。在机组试验阶段，需要采集实际运行数据，对运行过程中的桨距角位置进行对比，按照上述的范围、方法和过程进行调整；针对不同的变桨系统需要对校正系数g进行必要的参数调整试验，才能保证校正效果。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其特征在于：
在变桨控制器与变桨执行机构之间缴入一桨距位置同步校正模块，桨距位置同步校正模块自变桨控制器接收统一变桨速率指令R，经校正处理后将修正的三个不同变桨速率R1′、R2′和R3′输出给变桨执行机构，变桨执行机构根据上述三个经过校正的变桨速率R1′、R2′和R3′控制三个叶片各自的电动变桨驱动执行操作，实现同步。
2.根据权利要求1所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其特征在于：
所述桨距位置同步校正模块为PLC编程模块，包括变桨位置参考子模块、第一变桨速率校正子模块、第二变桨速率校正子模块和第三变桨速率校正子模块，变桨位置参考子模块与变桨控制器相连接，第一变桨速率校正子模块、第二变桨速率校正子模块和第三变桨速率校正子模块分别与变桨控制器、变桨位置参考子模块及变桨执行机构相连接。
3.根据权利要求2所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其特征在于：
所述变桨位置参考子模块，用以接收变桨控制器输出的变桨速率指令R，并计算出相应变桨位置参考Pref；
所述第一变桨速率校正子模块，用以接收变桨控制器输出的实测变桨位置P1和变桨速率指令R，接收变桨位置参考子模块输出的变桨位置参考Pref，并计算出变桨距风力发电机组桨距的第一变桨速率校正子R1′；
所述第二变桨速率校正子模块，用以接收变桨控制器输出的实测变桨位置P2和变桨速率指令R，接收变桨位置参考子模块输出的变桨位置参考Pref，并计算出变桨距风力发电机组桨距的第二变桨速率校正子R2′；
所述第三变桨速率校正子模块，用以接收变桨控制器输出的实测变桨位置P3和变桨速率指令R，接收变桨位置参考子模块输出的变桨位置参考Pref，并计算出变桨距风力发电机组桨距的第三变桨速率校正子R3′；
所述第一变桨速率校正子模块、第二变桨速率校正子模块和第三变桨速率校正子模块分别将第一变桨速率校正子R1′、第二变桨速率校正子R2′、第三变桨速率校正子R3′输出给变桨执行机构执行操作。
4.根据权利要求1-3中任一所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其特征在于：
所述的桨距位置同步校正模块通过以下步骤实现同步校正：
步骤1：读取变桨控制器一个控制周期的变桨速率R；
步骤2：对R积分计算得到变桨参考位置Pref，计算方法如下：
Pref＝Pref(-1)+R*DT，
其中，Pref(-1)表示上一个运算周期Pref的值，DT是一个运算周期的时间步长；
步骤3：设置循环索引i，i代表叶片顺序，依次取1，2和3；
步骤4：通过下式计算第i个叶片的实际桨距位置与控制参考位置的偏差：Di＝Pi-Pref，其中Di为第i个叶片的位置偏差，Pi为自变桨控制器中读取的第i个叶片的实际位置；
步骤5：将步骤4中所得偏差Di乘以校正系数g，计算校正后的速率指令：Ri′＝Di×g+Ri，其中Ri′是校正后的速率，Ri是校正前由变桨控制器计算得到的速率，校正系数g为0.1-0.6；
步骤6：重复步骤3-5，分别得到校正的速率指令R1′，R2′和R3′，将R1′，R2′和R3′输送到变桨执行机构执行校正数据。
5.根据权利要求4所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其特征在于：
所述Pref运算周期的初始值是根据机组状态设置的，第一个运算周期的初始数值为90度。
6.根据权利要求4所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其特征在于：
所述校正系数g是根据实测的变桨距风力发电机组的三个叶片的轨迹，即在实际控制过程中，三个叶片的桨距角位置随着时间的变化情况，作为对比值，逐步在0.1-0.6区间范围内调整获得的；具体调整方法为先取0.1后测叶片轨迹，与上述叶片轨迹对比值进行对比，逐步上调调整参数值，测定叶片轨迹并逐一比对，选取叶片轨迹与对比值吻合最佳的数值即为校正系数g。
7.根据权利要求6所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其特征在于：
所述校正系数g为0.3。
8.根据权利要求4所述的变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法，其特征在于：
所述时间步长DT为0.02s。
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