[发明专利]风力发电机组基于激光雷达前馈测风的独立变桨控制方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机组基于激光雷达前馈测风的独立变桨控制方法，在每只桨叶上安装一个望远镜用来观测来流风速，它与轮毂内的激光雷达系统通过光纤相连接，构成望远镜雷达系统；估计出平行于轮毂轴线的风速u_h,est,i是由望远镜雷达系统的测量结果得到，它被用作补偿由风剪切和偏航误差造成叶轮气动力不平衡载荷的控制前馈输入量；根据估算出的与轮毂轴线相平行的三支桨叶的风速，经过Park变换或者Coleman变换成风速场的正交双分量，从风速场的双分量经双输入双输出控制器得到桨距作用场，桨距作用场的两个正交桨叶角度经Park逆变换最终得到三支桨叶独立的桨叶角度扰动量，送给变桨执行机构执行。本发明不仅使硬件可靠性有了保证，也发挥了激光雷达前馈控制的优越性。

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，尤其是指一种风力发电机组基于激光雷达前馈测风的独立变桨控制方法。

背景技术

以目前风电技术的发展趋势来看，风力发电机组更倾向于大兆瓦、高塔架、大叶轮和轻量化方向发展，特别是当前的海上机组。对于大叶轮机组来说，湍流、风剪切效应、塔影效应和偏航误差会造成叶轮平面受力不均，从而使得叶根疲劳载荷My、轮毂及偏航系统的不平衡载荷(Myz)显著增加并制约其发展；基于激光雷达前馈测风的独立变桨技术(Lidar-assisted IPC)能够很好的降低叶轮不平衡载荷；独立变桨技术目前主要以叶根载荷或者塔顶载荷作为控制的反馈量，但是载荷传感器的可靠性问题以及反馈量的实时性一直困扰技术人员。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种风力发电机组基于激光雷达前馈测风的独立变桨控制方法，应用激光雷达测得近叶轮平面的有效风速以此作为独立变桨控制的反馈量，这种独立变桨控制方法不仅使硬件可靠性有了保证，且也发挥了激光雷达前馈控制的优越性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：风力发电机组基于激光雷达前馈测风的独立变桨控制方法，其具体情况如下：

首先，在风力发电机组的每只桨叶上安装一个望远镜用来观测来流风速，它与安装在风力发电机组的轮毂中的激光雷达系统通过光纤相连接，构成望远镜雷达系统，实现在测得每只桨叶近叶轮平面的风速同时，也不存在大的测量角，从而避免桨叶的有效风速与测量风速之间的相关性下降；

定义第i个桨叶的视向风速u_los,i如下：

其中单点的测量值u_p,i(a)为：

式中，i为每只桨叶的编号，F为焦点距离，a为沿光束的范围，[u_h,i v_h,i w_h,i]为轮毂旋转坐标系下沿着激光束方向风速矢量，为轮毂固定坐标系下安装在桨叶上望远镜位置点的线速度矢量，[l_x,h,i l_y,h,i l_z,h,i]为轮毂旋转坐标系下激光束的标准矢量；W(F,a)为权重函数，定义如下：

式中，R_R为瑞利长度，公式(1)中的a_min、a_max为沿着光束的最小、最大射程，为了激光雷达实现应用，这些值的选取可参考其中W(F,F)为焦点距离为0时的权重值；

假定v_h,i，w_h,i方向分量接近于0，平行于轮毂轴线的有效风速u_h,est,i能够用下式计算得到：