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1、(10)申请公布号 CN 102506011 A (43)申请公布日 2012.06.20 C N 1 0 2 5 0 6 0 1 1 A *CN102506011A* (21)申请号 201110453393.8 (22)申请日 2011.12.30 F03D 7/00(2006.01) (71)申请人国电联合动力技术有限公司 地址 100000 北京市海淀区中关村南大街乙 56号方圆大厦16层 (72)发明人孙黎翔 纪国瑞 潘磊 朱宁 (74)专利代理机构北京方韬法业专利代理事务 所 11303 代理人姜莹 (54) 发明名称 变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法 (57) 摘要 本发明。
2、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R 1 、R 2 和R 3 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R 1 、 R 2 和R 3 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。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家。
3、知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/2页 2 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 R 1 、R 2 和R 3 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 R 1 、R 2 和R 3 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。
4、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P 1 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。
5、计算出变桨距风力发电 机组桨距的第一变桨速率校正子R 1 ； 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P 2 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R 2 ； 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P 3 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R 3 ； 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R 1 、第二变桨速率校正。
6、子R 2 、第三变桨速率校正子R 3 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： PrefPref(-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：D i P i -Pre。
7、f，其中D i 为第i个叶片的位置偏差，P i 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D i 乘以校正系数g，计算校正后的速率指令：R i D i g+R i ，其中R i 是校正后的速率，R i 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； 权 利 要 求 书CN 102506011 A 2/2页 3 步骤6：重复步骤3-5，分别得到校正的速率指令R 1 ，R 2 和R 3 ，将R 1 ，R 2 和R 3 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。
8、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。 。
9、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。 权 利 要 求 书CN 102506011 A 1/4页 4 变桨距风力发电机组桨距位置同步校正方法 技术领域 0001 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 0002 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。
10、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。 0003 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。
11、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 0004 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。 0005 为达上述目的，本发明采用了以下技术方案： 0006 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R 1 、R 2 和R 3 输出给变。
12、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R 1 、R 2 和R 3 控制三个叶片各自的 电动变桨驱动执行操作，实现同步。 0007 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。 0008 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。
13、，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； 0009 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P 1 和变 说 明 书CN 102506011 A 2/4页 5 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R 1 ； 0010 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P 2 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R 2 ； 0011 所述第三变桨速率校正子模块。
14、，用以接收变桨控制器输出的实测变桨位置P 3 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R 3 ； 0012 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R 1 、第二变桨速率校正子R 2 、第三变桨速率校正子 R 3 输出给变桨执行机构执行操作。 0013 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： 0014 步骤1：读取变桨控制器一个控制周期的变桨速率R； 0015 步骤2：对R积分计算得到变桨参考。
15、位置Pref，计算方法如下： 0016 PrefPref(-1)+R*DT， 0017 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； 0018 步骤3：设置循环索引i，i代表叶片顺序，依次取1，2和3； 0019 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：D i P i -Pref，其中D i 为第i个叶片的位置偏差，P i 为自变桨控制器中读取的第i个叶片的实际 位置； 0020 步骤5：将步骤4中所得偏差D i 乘以校正系数g，计算校正后的速率指令：R i D i g+R i ，其中R i 是校正后的速率，R i 是校正前由变。
16、桨控制器计算得到的速率，校正系数g 为0.1-0.6； 0021 步骤6：重复步骤3-5，分别得到校正的速率指令R 1 ，R 2 和R 3 ，将R 1 ，R 2 和 R 3 输送到变桨执行机构执行校正数据。 0022 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。 0023 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。
17、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。 0024 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。 0025 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。 0026 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 说 明 书CN 102506011 A 3/4页 6 不平衡载荷有重要。
18、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 0027 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； 0028 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； 0029 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 0030 下面结合附图及实施例对本发明进行进一步的说明。 0031 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。
19、正处理后将修正的三个不同变桨速率R 1 、R 2 和R 3 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、R 2 和R 3 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。 0032 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。 0033 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： 0034 步骤1：打开PLC开发环境，新建一个PLC子模块； 0035 步骤。
20、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。) 0036 步骤3：编译，检查子模块的逻辑和链接； 0037 步骤4：保存，并编译输出； 0038 步骤5：把编写好的子模块嵌入到机组控制PLC程序中。 0039 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。 0040 其中的。
21、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P 1 和变桨速率指令R 1 ，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R 1 。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P 2 和变桨速率指令R 2 ，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R 2 。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P 3 和变桨速率指令R 3 。
22、， 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R 3 。此时的变桨速率指令R 1 、R 2 和R 3 均等于接收自变桨控制器输出 说 明 书CN 102506011 A 4/4页 7 的变桨速率指令R。 0041 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R 1 、第二变桨速率校正子R 2 、第三变桨速率 校正子R 3 输出给变桨执行机构执行操作。 0042 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。 0043 其具体通过以下步骤实现组。
23、成： 0044 步骤1：读取变桨控制器一个控制周期的变桨速率R； 0045 步骤2：对R积分计算得到变桨参考位置Pref，计算方法如下： 0046 PrefPref(-1)+R*DT， 0047 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。 0048 步骤3：设置循环索引i，i代表叶片顺序，依次取1，2和3； 0049 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。
24、考位置的偏差：D i P i -Pref，其中D i 为第i个叶片的位置偏差，P i 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。 0050 步骤5：将步骤4中所得偏差D i 乘以校正系数g，计算校正后的速率指令：R i D i g+R i ，其中校正系数g为0.1-0.6，其中R i 是校正后的速率，R i 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； 0051 步骤6：i依次取1、2和3，重复进行步骤4和5，依。
25、次得出校正后的第一、第二和第 三叶片的变桨速率指令R 1 ，R 2 和R 3 ； 0052 步骤7：将校正的速率指令R 1 ，R 2 和R 3 输出给变桨执行机构。 0053 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。
26、吻合最佳的数值即为校正系数g。一般取0.3左右为佳。 0054 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。 0055 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。 说 明 书CN 102506011 A 1/2页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102506011 A 2/2页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102506011 A 。