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一种消除叶片抖动的控制方法

阅读：8发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种消除叶片抖动的控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种消除叶片抖动的控制方法，包括以下步骤：机组设定标准值、变量数据采集、比例电磁阀进行动态补偿电压以及控制比例电磁阀实际开度，机组设定标准值为机组设定比例电磁阀阈值和需求桨距角，比例电磁阀阈值即机组需求的比例电磁阀电压U，需求桨距角与实际桨距角差值折算为执行器位移值，通过位移值计算出的比例电磁阀电压；本发明设计的消除叶片抖动的控制方法不改变原有控制程序下变桨桨距角精度，而是针对变桨抖动增加了反馈控制，控制简单，效果显著；机组的发电模式下桨距角的精度不受影响，不影响机组发电能力；通过叶片位移传感器引入补偿电压，消除叶片抖动，控制简单，实施方便。，下面是一种消除叶片抖动的控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种消除叶片抖动的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：机组设定标准值、变量数据采集、比例电磁阀进行动态补偿电压以及控制比例电磁阀实际开度，所述机组设定标准值为机组设定比例电磁阀阈值和需求桨距角，比例电磁阀阈值即机组需求的比例电磁阀电压U，需求桨距角与实际桨距角差值折算为执行器位移值，通过位移值计算出的比例电磁阀电压；
变量数据采集为通过对机组运行状态、桨距角以及叶尖位移数据进行变量采集，确定机组运行状态为叶片抖动出现在机组处于顺桨状态，即机组因控制精度要求较高导致的非发电模式下的叶片抖动，通过变桨PLC采集并将命令发送至比例电磁阀，通过叶片位移传感器采集叶片的位移值；
比例电磁阀进行动态补偿电压为叶片位移传感器采集的位移值并经一阶低通滤波器滤波后，获取滤波后的极值并折算为补偿电压值Ua，根据片位移传感器数据等效为比例电磁阀电压补偿值，并与需求比例电磁阀电压形成闭环控制；
控制比例电磁阀实际开度为通过控制比例电磁阀实际开度大小，消除比例电磁阀阀芯开度电压大引起的叶片抖动情况。
2.根据权利要求1所述的消除叶片抖动的控制方法，其特征在于，所述补偿电压值Ua与机组需求的比例电磁阀电压U求差，求差结果ΔU作为变桨PLC的输入，变桨PLC通过机组状态对比例电磁阀电压做判定切换。
3.根据权利要求2所述的消除叶片抖动的控制方法，其特征在于，所述补偿电压Ua与叶片位移传感器偏移幅值成正比，即Ua＝KΔS，在位移传感器数值为0或设定阈值A，说明此时叶片无抖动；位移传感器数值不为0或大于设定阈值A，说明叶片存在抖动，需要调整比例阀阀芯电压值。
4.根据权利要求3所述的消除叶片抖动的控制方法，其特征在于，所述公式中ΔS为叶片位移传感器监测到的极值点，该极值点取绝对值后与设定阈值A做比值，确定补偿电压动态比例系数K。
5.根据权利要求4所述的消除叶片抖动的控制方法，其特征在于，所述采用基于动态比例系数K实时调节补偿电压值Ua。
6.根据权利要求4所述的消除叶片抖动的控制方法，其特征在于，所述机组状态分为开桨状态和顺桨状态，顺桨状态包括正常停机状态和紧急顺桨状态。
7.根据权利要求6所述的消除叶片抖动的控制方法，其特征在于，所述叶片位移传感器的极值ΔS存在方向性，采取与变桨比例电磁阀电压控制同方向取值，即叶片处于开桨状态时取正值，叶片处于顺桨状态时取负值。
8.根据权利要求4所述的消除叶片抖动的控制方法，其特征在于，所述一阶低通滤波器时间常数取50，设定阈值A取0.5m，K取值范围为09.根据权利要求8所述的消除叶片抖动的控制方法，其特征在于，所述K值取值大于1时，取K＝1。

说明书全文

一种消除叶片抖动的控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种消除叶片抖动的控制方法。

背景技术

[0002] 风力发电机的叶片是捕获风能的关键部分，通过控制系统实现叶片变桨，改变叶片的气动特性实现机组大风下的恒功率运行。加之叶片的造价成本较高，随着低风速区要求叶片长度越来越长，叶片的成本占比逐渐增大。因叶片受风载流体作用，而叶片本身的刚度较低，在风载作用下发生形变，具有显著的流-固耦合特性。特别针对长叶片，在风载激励下容易引发叶片颤振。颤振一般是因叶片的颤动频率与叶片的固有频率接近而导致的，大部分专利及文献方法采用叶片阻尼技术。但还存在一种机组在切入风速以下，机组在待机模式(叶片在顺桨位置)因变桨控制精度要求而引起的叶片抖动问题，现有专利及文献资料尚未涉及该类问题。为了提高叶片的控制精度以保证在最优桨距角下叶片不发生小幅波动，控制上对比例电磁阀电压控制较为严格。但因控制精度高，在待机模式下，叶片的执行动力系统及阀块处于实时调节状态，容易激发叶片产生低频抖动。该低频抖动会使得叶片产生周期性的振动，若该振动频率与叶片固有频率接近，可能导致叶片损害。

[0003] 停机可以分为正常停机和紧急停机。正常停机执行可控模式，通过控制阀块实现管路的差动控制，实现快速停机。而紧急停机不可控，直接由蓄能器充当动力源，实现机组紧急停机。一般风电场额定风速以下风频占比较大，机组发电多处于额定功率以下。为了保证机组桨叶工作在最优桨距角，变桨角度位置精度要求较高，以实现在额定功率以下捕风能力最大。为了保证精度要求，变桨比例电磁阀动态的调整比例电磁阀电压，以保证变桨角度误差值不超过设定许可值。比例电磁阀频繁动作提高了发电工况下机组叶片的精度，但在顺桨情况下，比例电磁阀调节频率较高，执行器调节叶片的频次较高。在液压缸体动作时，因叶片刚度较小且长度较长，容易引起叶片抖动。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种消除叶片抖动的控制方法。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种消除叶片抖动的控制方法，包括以下步骤：机组设定标准值、变量数据采集、比例电磁阀进行动态补偿电压以及控制比例电磁阀实际开度，所述机组设定标准值为机组设定比例电磁阀阈值和需求桨距角，比例电磁阀阈值即机组需求的比例电磁阀电压U，需求桨距角与实际桨距角差值折算为执行器位移值，通过位移值计算出的比例电磁阀电压；

[0006] 变量数据采集为通过对机组运行状态、桨距角以及叶尖位移数据进行变量采集，确定机组运行状态为叶片抖动出现在机组处于顺桨状态，即机组因控制精度要求较高导致的非发电模式下的叶片抖动，通过变桨PLC采集并将命令发送至比例电磁阀，通过叶片位移传感器采集叶片的位移值；

[0007] 比例电磁阀进行动态补偿电压为叶片位移传感器采集的位移值并经一阶低通滤波器滤波后，获取滤波后的极值并折算为补偿电压值Ua，根据片位移传感器数据等效为比例电磁阀电压补偿值，并与需求比例电磁阀电压形成闭环控制；

[0008] 控制比例电磁阀实际开度为通过控制比例电磁阀实际开度大小，消除比例电磁阀阀芯开度电压大引起的叶片抖动情况。

[0009] 具体的是，所述补偿电压值Ua与机组需求的比例电磁阀电压U求差，求差结果ΔU作为变桨PLC的输入，变桨PLC通过机组状态对比例电磁阀电压做判定切换。

[0010] 具体的是，所述补偿电压Ua与叶片位移传感器偏移幅值成正比，即Ua＝KΔS，在位移传感器数值为0或设定阈值A，说明此时叶片无抖动；位移传感器数值不为0或大于设定阈值A，说明叶片存在抖动，需要调整比例电磁阀阀芯电压值。

[0011] 具体的是，所述公式中ΔS为叶片位移传感器监测到的极值点，该极值点取绝对值后与设定阈值A做比值，确定补偿电压动态比例系数K。

[0012] 具体的是，所述采用基于动态比例系数K实时调节补偿电压值Ua。

[0013] 具体的是，所述机组状态分为开桨状态和顺桨状态，顺桨状态包括正常停机状态和紧急顺桨状态。

[0014] 具体的是，所述叶片位移传感器的极值ΔS存在方向性，采取与变桨比例电磁阀电压控制同方向取值，即叶片处于开桨状态时取正值，叶片处于顺桨状态时取负值。

[0015] 具体的是，所述一阶低通滤波器时间常数取50，设定阈值A取0.5m，K取值范围为0

[0016] 具体的是，所述K值取值大于1时，取K＝1。

[0017] 本发明具有以下有益效果：

[0018] 本发明设计的消除叶片抖动的控制方法不改变原有控制程序下变桨桨距角精度，而是针对变桨抖动增加了反馈控制，控制简单，效果显著；机组的发电模式下桨距角的精度不受影响，不影响机组发电能力；通过叶片位移传感器引入补偿电压，消除叶片抖动，控制简单，实施方便。附图说明

[0019] 图1为变桨液压原理图框图；

[0020] 图2为变桨比例电磁阀电压控制原理图；

[0021] 图3为变桨比例电磁阀电压补偿示意图一；

[0022] 图4为变桨比例电磁阀电压补偿示意图二；

[0023] 图5为叶片位移传感器极值示意图。

[0024] 图中：1-温度检测；2-电机；3-马达；4-旁路电磁阀；5-单向阀一；22-单向阀二；25-单向阀三；31-单向阀四；6-溢流阀一；12-溢流阀二；23-溢流阀三；7-压力传感器一；13-压力传感器二；8-蓄能器一；9-蓄能器一；10-电磁换向阀一；11-电磁换向阀二；14-电磁换向阀三；16-电磁换向阀四；21-电磁换向阀五；15-比例换向阀；17-手动截止阀一；20-手动截止阀二；24-手动截止阀三；26-手动截止阀四；18-位移传感器；19-执行器；27-风扇散热管；28-风扇；29-过滤器；30-油液；32-冷却泵。

具体实施方式

[0025] 以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地进一步详细的说明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 如图1-5所示，一种消除叶片抖动的控制方法，包括以下步骤：机组设定标准值、变量数据采集、比例电磁阀进行动态补偿电压以及控制比例电磁阀实际开度，机组设定标准值为机组设定比例电磁阀阈值和需求桨距角，比例电磁阀阈值即机组需求的比例电磁阀电压U，需求桨距角与实际桨距角差值折算为执行器位移值，通过位移值计算出的比例电磁阀电压；变量数据采集为通过对机组运行状态、桨距角以及叶尖位移数据进行变量采集，确定机组运行状态为叶片抖动出现在机组处于顺桨状态，即机组因控制精度要求较高导致的非发电模式下的叶片抖动，通过变桨PLC采集并将命令发送至比例电磁阀，通过叶片位移传感器采集叶片的位移值；比例电磁阀进行动态补偿电压为叶片位移传感器采集的位移值并经一阶低通滤波器滤波后，获取滤波后的极值并折算为补偿电压值Ua，根据片位移传感器数据等效为比例电磁阀电压补偿值，并与需求比例电磁阀电压形成闭环控制；控制比例电磁阀实际开度为通过控制比例电磁阀实际开度大小，消除比例电磁阀阀芯开度电压大引起的叶片抖动情况。

[0027] 如图1为机组的原液压系统，该控制回路实现机组的启停机控制和变桨调节控制。当变桨PLC监测到系统压力值低于设定阈值下限210bar时，电机2驱动马达3工作，油液经旁路电磁阀4回到油箱30，主要起清洗管路和空载建压的功能。当空载建压2s后，旁路电磁阀4得电吸合，开始对执行器建压。

[0028] 在开桨过程中(启机过程)，油液经单向阀一5→手动截止阀四26→单向阀三25→电磁换向阀三14→比例控制阀15的左位(a)→手动截止阀二20→变桨执行器19→电磁换向阀四16→比例控制阀15的右位(b)→过滤器29→油箱30实现开桨动作。

[0029] 在顺桨过程中(正常停机)，油液经单向阀一5→手动截止阀四26→单向阀三25→电磁换向阀三14→比例控制阀15右位(b)→电磁换向阀四16→手动截止阀一17→变桨执行器19→手动截止阀二20→单向阀二22→比例控制阀15的右位(b)实现差动顺桨。

[0030] 需要说明的，正常停机过程中执行器出油口油液经管路回到比例电磁阀入口形成差动回路，提高了顺桨速率。

[0031] 在顺桨过程中(紧急顺桨)，油液经蓄能器二9→电磁换向阀一10/电磁换向阀二11→手动截止阀一17→变桨执行器19→手动截止阀二20→电磁换向阀五21→过滤器29→油箱30实现紧急顺桨。

[0032] 需要说明的，只有在紧急顺桨时，电磁换向阀一10/电磁换向阀二11和电磁换向阀五21才失电，使得蓄能器二9压力释放，推动执行器顺桨。

[0033] 变桨液压站通过压力传感器一7获得液压站实时压力；叶片的执行器压力通过压力传感器二13获得执行器压力；位移传感器18获得缸体的位移并经公式折算为变桨控制角度。

[0034] 一般风电场额定风速以下风频占比较大，机组发电多处于额定功率以下。为了保证机组桨叶工作在最优桨距角，变桨角度位置精度要求较高，以实现在额定功率以下捕风能力最大。因此，为了保证精度要求，比例电磁阀15动态的调整比例电磁阀电压，以保证变桨角度误差值不超过设定许可值。

[0035] 比例电磁阀15频繁动作提高了发电工况下机组叶片的精度，但在顺桨情况下，比例电磁阀调节频率较高，执行器调节叶片的频次较高。在液压缸体动作时，因叶片刚度较小且长度较长，容易引起叶片抖动。

[0036] 为了避免引起叶片抖动，在不改变控制器控制精度的前提下，采取补偿比例电磁阀15动作电压的方法，避免比例电磁阀15因控制电压大导致的开度过大冲击执行器缸体19引起叶片抖动。

[0037] 比例电磁阀15阀芯的开度大小直接影响管路流量，而阀芯的开度又受到比例电磁阀的动作电压控制，一般取-10V～+10V，其中-10V对应比例电磁阀15电磁铁得电吸合的最左端(a)处，+10V对应比例电磁阀15电磁铁得电吸合的最右端(b)处。

[0038] 从图2可见，在机组处于非发电工况下，当叶片位移传感器采集叶片位移传感器数值并经一阶低通滤波器滤波后，获取滤波后的极值并折算为补偿电压值；该补偿电压值Ua与机组需求的比例电磁阀电压U求差，其结果作为变桨PLC的输入。变桨PLC通过机组状态对比例电磁阀电压做判定切换。

[0039] ΔU＝U-Ua

[0040] 进一步的，补偿电压Ua与叶片位移传感器偏移幅值成正比，如下式所示。

[0041] Ua＝KΔS

[0042] 上式中补偿电压为针对图3中-1V～+1V电压范围进行补偿。变桨角度为了保证控制精度，微调区间电压设定为该电压区间。某型号比例电磁阀阀芯开度在该电压区间较大，比例电磁阀阀芯开度大容易导致执行器产生瞬时推力引起叶片抖动，因此需要对该区间范围进行补偿控制。

[0043] 进一步的，图3中待补偿区选择-1V～+1V取决于所选择的比例电磁阀的特性，不同比例电磁阀存在取值差异。图4针对图3的待补偿区进行电压补偿，根据叶片抖动产生的位移等效到对应的补偿电压，实现比例电磁阀阀芯电压的补偿。

[0044] 叶片的抖动产生了叶片位移，通过在叶尖设置位移传感器采集叶片的位移值，可以将位移变化值作为补偿电压的自变量。在位移传感器数值为0或设定阈值A，说明此时叶片无抖动；位移传感器数值不为0或大于设定阈值A，说明叶片存在抖动，需要调整变桨比例电磁阀阀芯电压值。

[0045] 公式中ΔS为叶片位移传感器监测到的极值点，图5给出了一种示例。图5点A、B、C均为传感器监测到的极值点，变桨控制程序通过读取对应传感器滤波数值的极值点ΔS获取叶片的实际弯曲状态。通过将该极值点取绝对值后与设定阈值A做比值，可以确定补偿电压动态比例系数K，如下式所示。

[0046]

[0047] 叶片位移传感器的极值ΔS存在方向性，采取与变桨比例电磁阀电压控制同方向取值，即叶片处于开桨(比例电磁阀15(a)得电)取正值，叶片处于顺桨状态(比例电磁阀15(b)得电)取负值。

[0048] 需要说明的是，一阶低通滤波器时间常数取50，设定阈值A取0.5m，K取值范围为0

[0049] K值取值大于1时，取K＝1。

[0050] 本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

[0051] 本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

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