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1、(10)申请公布号 CN 102926930 A (43)申请公布日 2013.02.13 C N 1 0 2 9 2 6 9 3 0 A *CN102926930A* (21)申请号 201210450534.5 (22)申请日 2012.11.12 F03D 7/00(2006.01) (71)申请人东南大学 地址 224007 江苏省盐城市经济技术开发区 东环路69号 (72)发明人程明 张运乾 陈哲 (74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人柏尚春 (54) 发明名称 一种风力发电系统的独立变桨控制方法 (57) 摘要 本发明公开了一种风力发电系统的独。
2、立变桨 控制方法，其特征在于：该控制方法所采用的控 制系统包括两个控制闭环，即平衡负荷控制闭环 和不平衡负荷控制闭环，分别用来处理风力机负 荷平衡和不平衡的情况，在平衡情况下，使用平衡 负荷控制闭环来消除桨叶上的负荷和风力机固定 部分的负荷；当检测到负荷的不平衡时，启动不 平衡负荷控制闭环以消除其对风力机轮毂及固定 部分的疲劳载荷。在风力机负荷平衡或不平衡的 情况下，不仅能够减小桨叶上的负荷，风力机固定 部分的负荷也得到了极大的减小。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附。
3、图 4 页 1/2页 2 1.一种风力发电系统的独立变桨控制方法，其特征在于：该控制方法所采用的控制系 统包括两个控制闭环，即平衡负荷控制闭环和不平衡负荷控制闭环，分别用来处理风力机 负荷平衡和不平衡的情况，在平衡情况下，使用平衡负荷控制闭环来消除桨叶上的负荷和 风力机固定部分的负荷；当检测到负荷的不平衡时，启动不平衡负荷控制闭环以消除其对 风力机轮毂及固定部分的疲劳载荷，该方法包括： 风力机负荷平衡时： 步骤11：分别检测出三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 送给主控制器，主控制器将三 个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 经过克拉克变换转换为风力机负荷平衡时两个垂直。
4、的分量 M ，M ； 步骤12：风力机负荷平衡时两个垂直的分量M ，M 信号送给第一比例谐振控制器，输 出对应于，轴的风力机负荷平衡时期望桨距角 ， ， 步骤13：对应于，轴的风力机负荷平衡时期望桨距角 ， 经过克拉克逆变 换得到三个桨叶在风力机负荷平衡时桨距角增量值 b1 ， b2 ， b3 ， 步骤14：在风力机负荷平衡时三个桨叶的桨距角增量值 b1 ， b2 ， b3 分别与风力机 负荷平衡时统一桨距角的给定值 c 相加，输出总的风力机负荷平衡时桨距角 c + b1 ， c + b2 ， c + b3 分别送给三个桨叶的伺服系统； 风力机负荷不平衡时： 步骤21：将三个桨叶根部的弯曲力矩。
5、M 1 ，M 2 ，M 3 和方位角信号送给主控制器，经过卡尔 曼变换得到风力机负荷不平衡时两个垂直的分量M d 和M q ； 步骤22：风力机负荷不平衡时垂直的分量M d ，M q 信号送给第二比例谐振控制器，输出对 应于d，q轴的风力机负荷不平衡时期望桨距角 d ， q ， 步骤23：对应于d，q轴的风力机负荷不平衡时期望桨距角 d ， q 经过卡尔曼逆变换 得到风力机负荷不平衡时三个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 ， 步骤24：风力机负荷不平衡时三个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 分别与风 力机平衡时的桨距角参考值相加，输出风力机负荷不平衡时总的桨距角 c +。
6、 b1 + i1 ， c + b2 + i2 ， c + b3 + i3 分别送给三个桨叶的伺服系统。 2.根据权利要求1所述的风力发电系统的独立变桨控制方法，其特征在于：步骤11 中，三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 经过克拉克变换转换为风力机负荷平衡时两个垂直 的分量M ，M ，具体通过如下方法实现： 3.根据权利要求1所述的风力发电系统的独立变桨控制方法，其特征在于： 其中P为第一比例谐振控制器的比例系数，K h 为第一比例谐振控制器的谐振系数， 0 为谐振频率， c 是为了防止G PR (s)增益大引入的参数； c 0 ，h=1,2,4；s为拉普拉斯算 子,G PR (。
7、s)为第一比例谐振控制器的传递函数。 权 利 要 求 书CN 102926930 A 2/2页 3 4.根据权利要求1所述的风力发电系统的独立变桨控制方法，其特征在于：步骤13，对 应于，轴的风力机负荷平衡时期望桨距角 ， 经过克拉克逆变换得到三个桨叶 在风力机负荷平衡时桨距角增量值 b1 ， b2 ， b3 ，通过如下方法实现： 5.根据权利要求1所述的风力发电系统的独立变桨控制方法，其特征在于：步骤21，将 三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 和方位角信号送给主控制器，经过卡尔曼变换得到风力 机负荷不平衡时两个垂直的分量M d 和M q ；通过如下方法实现： 6.根据权利要求。
8、1所述的风力发电系统的独立变桨控制方法，其特征在于：步骤22 中，第二比例谐振控制器的传递函数为： 其中P 1p 和K 1p 分别为第二比例谐振控制器的比例和谐振系数； 0 为谐振频率， c 是 为了防止G PR1p (s)增益大引入的参数，s为拉普拉斯算子,G PR1p (s)为第二比例谐振控制器的 传递函数。 7.根据权利要求1所述的风力发电系统的独立变桨控制方法，其特征在于：步骤23，对 应于d，q轴的风力机负荷不平衡时期望桨距角 d ， q 经过卡尔曼逆变换得到风力机负荷 不平衡时三个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 ，通过如下方法体现： 权 利 要 求 书CN 10292。
9、6930 A 1/8页 4 一种风力发电系统的独立变桨控制方法 技术领域 0001 本发明涉及风力发电领域，特别涉及风力发电系统的独立变桨控制方法。 背景技术 0002 随着全社会对能源危机和环境污染问题的持续关注，可再生能源特别是风力发电 的开发利用正呈现出加速发展的趋势。随着风电机组容量的增大，风力机的风轮直径、机舱 的重量、塔架的高度都急速增加，以至于风剪切、塔影效应、风湍流等因素在风力机上产生 越来越大的负荷，最终会减少风力机的使用年限。 0003 目前，流行的风力发电系统在额定风速之上主要采用统一变桨控制，即通过控制 三套独立的变桨机构控制三个桨叶的桨距角相同，从而减小风能的捕获，使。
10、得风电机组输 出额定功率。但这种统一变桨控制并没有考虑风力机的负荷，特别是疲劳负荷，随着风力机 容量的增大，负荷的问题越来越明显及亟待解决。 0004 之前国内外提出的独立变桨控制的目标主要是减小桨叶上的1p负荷，从而减小 风轮轮毂及固定部分的0p负荷。但风力机固定部分的疲劳负荷主要是由于3p负荷引起的， 因此其固定部分的疲劳负荷并没有减小。 0005 之前国内外提出的独立变桨控制的主要策略是检测三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ， M 2 ，M 3 (blade root bending moment）和转子的方位角(azimuth angle），之后通过Coleman 变换将M 1 ，M 2 。
11、，M 3 变换为俯仰力矩M tilt 和偏航力矩M yaw 。为了减小其他高次谐波的影响，通 常在M tilt 和M yaw 信号之后加上两个低通滤波器（LPF），之后通过控制器（PI，LQG等）输出对 应于俯仰力矩和偏航力矩的桨距角 tilt 和 yaw ，经Coleman逆变换输出期望的三个桨叶角 的增量 b1 ， b2 ， b3 。 b1 ， b2 ， b3 再分别与统一变桨输出的桨距角相加输出总的桨距 角分别送给三个桨叶的伺服系统，从而减小桨叶上的1p负荷和轮毂上的0p负荷。如果希 望消除风力机轮毂和固定部分的疲劳负荷，则需要通过类似的控制策略分别消除桨叶上的 2p和4p负荷。由此可见。
12、，为了消除风力机的负荷，现有独立变桨系统需要经过多次复杂的 Coleman变换和逆变换，需多个低通滤波器和多个控制器，控制系统相当复杂。 0006 另外，国内外提出的独立变桨控制技术绝大多数没有考虑风力机负荷不平衡的情 况，然而在风力机运行的过程中，桨叶的质量可能发生变化，或者桨叶有所损坏，或者在温 度低的情况下桨叶上会结冰等等，都会造成风力机负荷的不平衡，增大疲劳载荷，因此会减 小风力机的使用年限。 发明内容 0007 技术问题：鉴于现有风力发电系统独立变桨控制的不足和复杂性，本发明的目的 在于提供一种风力发电系统的独立变桨控制方法，在风力机负荷平衡或不平衡的情况下， 不仅能够减小桨叶上的负。
13、荷，风力机固定部分的负荷也得到了减小。此方法简化了控制系 统的复杂性，降低成本，提高了运算速度，可靠性高，能够更有效地减小风力机的疲劳载荷。 0008 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电系统的独立变桨控制 说 明 书CN 102926930 A 2/8页 5 方法，该控制方法所采用的控制系统包括两个控制闭环，即平衡负荷控制闭环和不平衡负 荷控制闭环，分别用来处理风力机负荷平衡和不平衡的情况，在平衡情况下，使用平衡负荷 控制闭环来消除桨叶上的负荷和风力机固定部分的负荷；当检测到负荷的不平衡时，启动 不平衡负荷控制闭环以消除其对风力机轮毂及固定部分的疲劳载荷，该方法包括： 000。
14、9 风力机负荷平衡时： 0010 步骤11：分别检测出三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 送给主控制器，主控制器 将三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 经过Clarke变换转换为风力机负荷平衡时两个垂直 的分量M ，M ； 0011 步骤12：风力机负荷平衡时两个垂直的分量M ，M 信号送给第一比例谐振控制 器，输出对应于，轴的风力机负荷平衡时期望桨距角 ， ， 0012 步骤13：对应于，轴的风力机负荷平衡时期望桨距角 ， 经过Clarke 逆变换得到三个桨叶在风力机负荷平衡时桨距角增量值 b1 ， b2 ， b3 ， 0013 步骤14：在风力机负荷平衡时三个桨。
15、叶的桨距角增量值 b1 ， b2 ， b3 分别 与风力机负荷平衡时统一桨距角的给定值 c 相加，输出总的风力机负荷平衡时桨距角 c + b1 ， c + b2 ， c + b3 分别送给三个桨叶的伺服系统； 0014 风力机负荷不平衡时： 0015 步骤21：将三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 和方位角信号送给主控制器，经过 Coleman变换得到风力机负荷不平衡时两个垂直的分量M d 和M q ； 0016 步骤22：风力机负荷不平衡时垂直的分量M d ，M q 信号送给第二比例谐振控制器，输 出对应于d，q轴的风力机负荷不平衡时期望桨距角 d ， q ， 0017 步骤2。
16、3：对应于d，q轴的风力机负荷不平衡时期望桨距角 d ， q 经过Coleman 逆变换得到风力机负荷不平衡时三个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 ， 0018 步骤24：风力机负荷不平衡时三个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 分别与 风力机平衡时的桨距角参考值相加，输出风力机负荷不平衡时总的桨距角 c + b1 + i1 ， c + b2 + i2 ， c + b3 + i3 分别送给三个桨叶的伺服系统。 0019 优选的，步骤11中，三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 经过Clarke变换转换为风 力机负荷平衡时两个垂直的分量M ，M ，具体通过如下方。
17、法实现： 0020 0021 优选的，风力发电系统的独立变桨控制方法，其特征在于： 0022 0023 其中P为第一比例谐振控制器的比例系数，K h 为第一比例谐振控制器的谐振系数， 0 为谐振频率， c 是为了防止G PR (s)增益太大引入的参数； c 0 ，h=1,2,4；s为拉普 拉斯算子,G PR (s)为第一比例谐振控制器的传递函数。 0024 优选的，步骤13，对应于，轴的风力机负荷平衡时期望桨距角 ， 经过 Clarke逆变换得到三个桨叶在风力机负荷平衡时桨距角增量值 b1 ， b2 ， b3 ， 0025 通过如下方法实现： 说 明 书CN 102926930 A 3/8页 。
18、6 0026 0027 优选的，步骤21，将三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 和方位角信号送给主控制 器，经过Coleman变换得到风力机负荷不平衡时两个垂直的分量M d 和M q ；通过如下方法实 现： 0028 0029 优选的，步骤22中，第二比例谐振控制器的传递函数为： 0030 0031 其中P 1p 和K 1p 分别为第二比例谐振控制器的比例和谐振系数； 0 为谐振频率， c 是为了防止G PR1p (s)增益太大引入的参数，s为拉普拉斯算子,G PR1p (s)为第二比例谐振控制 器的传递函数。 0032 优选的，步骤23，对应于d，q轴的风力机负荷不平衡时期望桨。
19、距角 d ， q 经过 Coleman逆变换得到风力机负荷不平衡时三个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 ，通过如 下方法体现： 0033 0034 有益效果：相对之前的独立变桨控制，此独立变桨控制在风力机平衡时，省去了风 力机方位角的检测，省去了多次复杂的旋转和静止坐标系之间的坐标变换，同时省去了若 干低通滤波器的使用。该控制策略可以减小桨叶上1p，2p及以上高次频率的负荷，同时可 以减小风力机轮毂和固定部分的3p负荷。在风力机不平衡时，此独立变桨控制策略在平衡 负荷控制之外添加了不平衡负荷的控制，能够有效减小风力机固定部分的1p负荷。 0035 该独立变桨控制技术能够更加有效地减。
20、小系统的疲劳载荷，具有结构简单，处理 速度快，可靠性高等特点，能够有效延长风力机的使用寿命。 附图说明 0036 图1为本发明技术的独立变桨控制的原理图； 0037 图2为桨叶根部弯曲力矩的频谱图； 0038 图3为俯仰力矩M tilt 的频谱图； 0039 图4为偏航力矩M yaw 的频谱图； 0040 图5为独立变桨控制的桨距角示意图； 说 明 书CN 102926930 A 4/8页 7 0041 图6为风力机负荷不平衡时的俯仰力矩M tilt 示意图； 0042 图7为风力机负荷不平衡时的偏航力矩M yaw 示意图。 具体实施方式 0043 下面结合附图，对本发明做进一步说明。 004。
21、4 本发明提供的风力发电系统的独立变桨控制方法，该控制方法在风力机负荷平衡 和不平衡时，可以通过相应的控制策略减小风力机的负荷。在风力机负荷平衡时，与传统的 独立变桨控制策略相比，此独立变桨控制策略可以省去风力机方位角的检测和多次复杂的 旋转和静止坐标系之间的坐标变换，同时省去了若干低通滤波器。该控制策略可以减小桨 叶上1p，2p及以上高次频率的负荷，同时减小风力机轮毂上的3p负荷。在风力机负荷不平 衡时，此独立变桨控制策略在平衡负荷控制之外添加了不平衡负荷的控制，能够有效的减 小风力机轮毂等固定部分上的1p负荷。该独立变桨控制能够有效地减小风力机的疲劳载 荷，延长其使用年限。 0045 本发。
22、明提供的风力发电系统的独立变桨控制方法，所采用的控制系统包括两个控 制闭环，即平衡负荷控制闭环和不平衡负荷控制闭环，分别用来处理风力机负荷平衡和不 平衡的情况，在平衡情况下，使用平衡负荷控制闭环来消除桨叶上的负荷和风力机固定部 分的负荷；当检测到负荷的不平衡时，启动不平衡负荷控制闭环以消除其对风力机轮毂及 固定部分的疲劳载荷，该方法包括： 0046 风力机负荷平衡时： 0047 步骤11：分别检测出三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 送给主控制器，主控制器 将三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 经过Clarke变换转换为风力机负荷平衡时两个垂直 的分量M ，M ； 。
23、0048 步骤12：风力机负荷平衡时两个垂直的分量M ，M 信号送给第一比例谐振控制 器，输出对应于，轴的风力机负荷平衡时期望桨距角 ， ， 0049 步骤13：对应于，轴的风力机负荷平衡时期望桨距角 ， 经过Clarke 逆变换得到三个桨叶在风力机负荷平衡时桨距角增量值 b1 ， b2 ， b3 ，步骤14：在风力机 负荷平衡时三个桨叶的桨距角增量值 b1 ， b2 ， b3 分别与风力机负荷平衡时统一桨距角 的给定值 c 相加，输出总的风力机负荷平衡时桨距角 c + b1 ， c + b2 ， c + b3 分别送给 三个桨叶的伺服系统； 0050 风力机负荷不平衡时： 0051 步骤21。
24、：将三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 和方位角信号送给主控制器，经过 Coleman变换得到风力机负荷不平衡时两个垂直的分量M d 和M q ； 0052 步骤22：风力机负荷不平衡时垂直的分量M d ，M q 信号送给第二比例谐振控制器，输 出对应于d，q轴的风力机负荷不平衡时期望桨距角 d ， q ， 0053 步骤23：对应于d，q轴的风力机负荷不平衡时期望桨距角 d ， q 经过Coleman 逆变换得到风力机负荷不平衡时三个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 ， 0054 步骤24：风力机负荷不平衡时三个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 分别与 。
25、风力机平衡时的桨距角参考值相加，输出风力机负荷不平衡时总的桨距角 c + b1 + i1 ， c + b2 + i2 ， c + b3 + i3 分别送给三个桨叶的伺服系统。 说 明 书CN 102926930 A 5/8页 8 0055 优选的，步骤11中，三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 经过Clarke变换转换为风 力机负荷平衡时两个垂直的分量M ，M ，具体通过如下方法实现： 0056 0057 优选的，风力发电系统的独立变桨控制方法，其特征在于： 0058 0059 其中P为第一比例谐振控制器的比例系数，K h 为第一比例谐振控制器的谐振系数， 0 为谐振频率， c 。
26、是为了防止G PR (s)增益太大引入的参数； c 0 ，h=1,2,4；s为拉普 拉斯算子,G PR (s)为第一比例谐振控制器的传递函数。步骤13，对应于，轴的风力机 负荷平衡时期望桨距角 ， 经过Clarke逆变换得到三个桨叶在风力机负荷平衡时桨 距角增量值 b1 ， b2 ， b3 ， 0060 通过如下方法实现： 0061 0062 步骤21，将三个桨叶根部的弯曲力矩M 1 ，M 2 ，M 3 和方位角信号送给主控制器，经过 Coleman变换得到风力机负荷不平衡时两个垂直的分量M d 和M q ；通过如下方法实现： 0063 0064 优选的，步骤22中，第二比例谐振控制器的传递函。
27、数为： 0065 0066 其中P 1p 和K 1p 分别为第二比例谐振控制器的比例和谐振系数； 0 为谐振频率， c 是为了防止G PR1p (s)增益太大引入的参数，s为拉普拉斯算子,G PR1p (s)为第二比例谐振控制 器的传递函数。 0067 步骤23，对应于d，q轴的风力机负荷不平衡时期望桨距角 d ， q 经过Coleman 逆变换得到风力机负荷不平衡时三个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 ，通过如下方法体 现： 0068 0069 本发明的技术构思为：在传统的统一变桨控制的基础上，分别在每个桨叶的桨距 说 明 书CN 102926930 A 6/8页 9 角上叠加几。
28、个很小的分量用来消除风力机上不同频率的负荷。 0070 由于风剪切、塔影效应、风湍流等因素的影响，风力机桨叶上的负荷包含了 0p,1p,2p,3p,4p等分量。经分析，风力机的俯仰力矩M tilt 和偏航力矩M yaw 是由桨叶上的 负荷引起的。桨叶上频率为3i,i=0,1,2,3的负荷转移到风力机转子轮毂上时被相 互抵消，其他频率的负荷转移到转子上时频率变为离得最近的3p的倍数。所以转子和其他 静止的部分将承受3p,6p等频率的负荷。比如，转子上的3p负荷是由桨叶上的2p和4p负 荷引起的，转子上的6p负荷是由桨叶上的5p和7p负荷引起的。当风力机不平衡时，风力 机转子除了承受0p,3p,6。
29、p等负荷外，其还将承受1p的负荷，而且风力机的不平衡性越高， 1p分量将越大。 0071 因此，减小桨叶上的1p负荷可以有效减小桨叶上的疲劳负荷，同时减小了风力机 转子上的0p负荷。但是转子上的疲劳负荷主要是由其上的3p负荷引起的，因为转子上的 3p是由桨叶上的2p和4p引起的，所以可以通过减小桨叶的2p和4p负荷来减小转子上的 疲劳负荷。另外转子上的6p也会产生一定的疲劳负荷，但因其对桨距角的伺服系统要求很 高，故一般不考虑减小6p负荷。 0072 因此，此发明提出的独立变桨控制方法的具体技术构思为： 0073 风力机负荷平衡时：检测出三个桨叶根部的弯曲力矩（M 1 ，M 2 ，M 3 ）送。
30、给主控制器，主 控制器将M 1 ，M 2 ，M 3 经过Clarke变换转换为两个垂直的分量M ，M 。M ，M 信号送给比例 谐振控制器1，输出对应于，轴的期望桨距角 ， 。 ， 经过Clarke逆变换 得到三个桨叶的桨距角增量值 b1 ， b2 ， b3 。 b1 ， b2 ， b3 分别与统一桨距角的给定值 c 相加，输出总的桨距角（ c + b1 ， c + b2 ， c + b3 ）分别送给三个桨叶的伺服系统。 0074 风力机负荷不平衡时：将M 1 ，M 2 ，M 3 和方位角信号送给主控制器,经过Coleman变 换得到两个垂直的分量M d 和M q 。M d ，M q 信号送给。
31、比例谐振控制器2，输出对应于d，q轴的期望 桨距角 d ， q 。 d ， q 经过Coleman逆变换得到三个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 。 i1 ， i2 ， i3 分别与风力机平衡时的桨距角参考值相加，输出总的桨距角（ c + b1 + i1 ， c + b2 + i2 ， c + b3 + i3 ）分别送给三个桨叶的伺服系统。 0075 图1为此发明提出的独立变桨控制原理图。此控制系统有两个控制闭环，分别用 来处理风力机负荷平衡和不平衡的情况。在正常的平衡情况下，只需使用平衡负荷控制闭 环来消除桨叶上的1p，2p及4p的负荷和风力机固定部分的0p和3p负荷；当检测到桨。
32、叶的 不平衡时，启动不平衡负荷控制环以消除其对风力机转子的1p疲劳载荷。此独立变桨控制 过程包括： 0076 风力机负荷平衡时： 0077 1）检测出三个桨叶根部的弯曲力矩（M 1 ，M 2 ，M 3 ）送给主控制器，主控制器将M 1 ，M 2 ， M 3 经过Clarke变换转换为两个垂直的分量M ，M 。具体可以通过如下公式体现： 0078 0079 2）M ，M 信号送给比例谐振控制器1，输出对应于，轴的期望桨距角 ， 说 明 书CN 102926930 A 7/8页 10 。此比例谐振控制器1传递函数具体可以通过如下公式体现： 0080 0081 其中P为第一比例谐振控制器的比例系数，。
33、K h 为第一比例谐振控制器的谐振系数， 0 为谐振频率， c 是为了防止G PR (s)增益太大引入的参数； c 0 ，h=1,2,4；s为拉普 拉斯算子,G PR (s)为第一比例谐振控制器的传递函数。 0082 3） ， 经过Clarke逆变换得到三个桨叶的桨距角增量值 b1 ， b2 ， b3 。具 体可以通过如下公式体现： 0083 0084 4） b1 ， b2 ， b3 分别与统一桨距角的给定值 c 相加，输出总的桨距角（ c + b1 ， c + b2 ， c + b3 ）分别送给三个桨叶的伺服系统。 0085 风力机负荷不平衡时，启动不平衡负荷控制： 0086 1）将M 1 。
34、，M 2 ，M 3 和方位角信号送给主控制器，经过Coleman变换得到两个垂直的分 量M d 和M q 。具体可以通过如下公式体现： 0087 0088 2）M d ，M q 信号送给比例谐振控制器2，输出对应于d，q轴的期望桨距角 d ， q 。此 比例谐振控制器2传递函数具体可以通过如下公式体现： 0089 0090 其中P 1p 和K 1p 分别为第二比例谐振控制器的比例和谐振系数； 0 为谐振频率， c 是为了防止G PR1p (s)增益太大引入的参数，s为拉普拉斯算子,G PR1p (s)为第二比例谐振控制 器的传递函数。 0091 3） d ， q 经过Coleman逆变换得到三。
35、个桨叶的桨距角增量值 i1 ， i2 ， i3 。具 体可以通过如下公式体现： 0092 0093 4） i1 ， i2 ， i3 分别与风力机平衡时的桨距角参考值相加，输出总的桨距角 （ c + b1 + i1 ， c + b2 + i2 ， c + b3 + i3 ）分别送给三个桨叶的伺服系统。图2到图5为 风力机负荷平衡时的系统分析图。 0094 图2为桨叶根部弯曲力矩的频谱图。在额定风速之上，风力机的转速为2.147rad/ s，对应1p的频率为0.342Hz。由图可见在统一变桨控制下，桨叶的负荷中含有大量的1p， 说 明 书CN 102926930 A 10 8/8页 11 2p,3。
36、p,4p等，为了减小桨叶上的主要疲劳载荷1p负荷，和减小风力机轮毂上的主要疲劳载 荷3p负荷，通过提出的独立变桨控制，由图2可见桨叶上的1p，2p,4p的负荷都得到了极大 的减少。 0095 图3为俯仰力矩M tilt 的频谱图，图4为偏航力矩M yaw 的频谱图。可以很明显地看 出，相比统一变桨控制，在独立变桨控制下，M tilt 和M yaw 的0p分量很小，意味着M tilt 和M yaw 的平均值都变到了0附近，因为桨叶上的1p是导致转子轮毂上0p的直接原因。由于桨叶 上的2p和4p得到了很大减小，M tilt 和M yaw 中的主要疲劳载荷3p得到了极大减少。 0096 图5为三个桨。
37、叶的桨距角。在统一变桨控制中，三个桨叶的桨距角相同，不能有效 的减少风力机的负荷。在独立变桨控制中，三个桨叶的桨距角能根据风力机的负荷实时独 立地调整，有效地减小风力机负荷。应该指出桨距角伺服系统的响应速度很关键，对伺服 系统来说，消除越高频率的负荷则需要越快的响应速度，在此发明中，桨距角的变化速度在 10/s之内。 0097 由图2到图5可以充分说明，此发明提出的独立变桨控制在风力机负荷平衡的情 况下能够有效地减小风力机的负荷，增加风力机的使用年限。此控制方法简单，易于执行。 0098 图6到图7为风力机负荷不平衡时的系统分析图。 0099 图6和图7为俯仰力矩M tilt 和偏航力矩M y。
38、aw 的频谱图。可见当风力机负荷不平衡 时，风力机的俯仰力矩和偏航力矩中含有1p的负荷，通过此发明提出的独立变桨控制方法 可显著地减小此疲劳负荷。 0100 以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为 限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权 利要求书中记载的保护范围内。 说 明 书CN 102926930 A 11 1/4页 12 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102926930 A 12 2/4页 13 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102926930 A 13 3/4页 14 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102926930 A 14 4/4页 15 图7 说 明 书 附 图CN 102926930 A 15 。