權(quán)利要求書： 1.一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：包括以下步驟：a、建立塔筒頂部傾角與塔筒底部彎矩之間的數(shù)學(xué)模型；

b、在塔筒頂部安裝動(dòng)態(tài)傾角傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測塔筒頂部傾角α，并獲得塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩My1；

c、依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組氣動(dòng)模型和機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，建立塔筒底部彎矩?cái)?shù)學(xué)模型，計(jì)算塔筒底部彎矩My2；

d、依據(jù)兩個(gè)不同方法得到的塔筒底部彎矩，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒底部彎矩和槳角之間的關(guān)系；

e、依據(jù)期望的塔筒底部彎矩得到期望的變槳角度，并與當(dāng)前槳角對(duì)比。

2.如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：在步驟e中，取期望的變槳角度和當(dāng)前槳角的最小值作為最終目標(biāo)槳角給到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩控制，降低機(jī)組載荷。

3.如權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：在步驟a中，采用歐拉?伯努力梁模型作為塔筒頂部傾角和塔筒底部彎矩之間的關(guān)系，即：My1＝αEIH

其中，My1是塔筒底部彎矩，α為塔筒頂部傾角，EI是抗彎剛度，H是塔筒高度。

4.如權(quán)利要求3所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：在步驟c中，依據(jù)氣動(dòng)模型，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行的槳角、功率、轉(zhuǎn)速，推算出塔筒底部的彎矩，從而獲取風(fēng)輪氣動(dòng)載荷，即：

其中，F(xiàn)y2是氣動(dòng)推力，β是葉片槳角，ρ是空氣密度，A是風(fēng)輪掃風(fēng)面積，U是來流風(fēng)速，Ct(λ，β)是風(fēng)輪氣動(dòng)推力系數(shù)，分別是葉尖速比λ和葉片槳角β的函數(shù)。

5.如權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：定義葉尖速比，即為：

其中，Ω是風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，R是風(fēng)輪半徑。

6.如權(quán)利要求5所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：推算出塔筒底部彎矩My2，即為：

7.如權(quán)利要求6所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：令塔筒底部彎矩My1等于塔筒底部彎矩My2，可獲得：

8.如權(quán)利要求7所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：采用網(wǎng)格搜索法，獲得λ的值，包括以下步驟：S1、設(shè)λ的運(yùn)行范圍為[λ1，λ2]，再設(shè)求解計(jì)算精度要求為Δλ，收斂誤差要求為εtol；

S2、將[λ1，λ2]劃分為：[λ1λ1+Δλλ1+2×Δλ…λ1+(n?1)×Δλλ2]；

S3、計(jì)算每個(gè)劃分點(diǎn)λ1+i×Δλ，i＝0，1，...n?1和λ2的值，若則λ＝λ1+i×Δλ即為解。

9.如權(quán)利要求8所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：當(dāng)λ＝λ求解出來后，即可得到葉片槳角β和塔筒頂部傾角α之間的關(guān)系式，得到葉片槳角β和塔筒底部彎矩之間的關(guān)系式。

10.如權(quán)利要求9所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：依據(jù)載荷設(shè)計(jì)要求得到允許的期望彎矩 并設(shè)定：

11.如權(quán)利要求10所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：利用min

采用網(wǎng)格搜索法，獲得允許的最小槳角β 的值，具體包括以下步驟：T1、設(shè)β的運(yùn)行范圍為[β1，β2]，再設(shè)求解計(jì)算精度要求為Δβ，收斂誤差要求為∈tol；

T2、將[β1，β2]劃分為[β1β1+Δββ1+2×Δβ…β1+(m?1)×Δββ2]；

T3、計(jì)算每個(gè)劃分點(diǎn)β1+i×Δβ，i＝0，1，...m?1和β2的值，若min

則β ＝λ1+i×Δλ即為允許的最小槳角。

12.如權(quán)利要求11所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，其特征在于：將求min

得的β 與當(dāng)前槳角β進(jìn)行比較，并取二者的最大值作為最終的槳角控制命令給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)塔筒底部彎矩小于期望彎矩。

說明書： 一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，屬于風(fēng)電機(jī)組技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)[0002] 隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展以及市場的需求，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量越來越大，葉片越來越長，塔筒越來越高，這就造成塔筒底部彎矩越來越大。加之國內(nèi)風(fēng)電開始平價(jià)上網(wǎng)，為

降低機(jī)組成本，以應(yīng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)挑戰(zhàn)，需要不斷設(shè)計(jì)新控制策略，降低機(jī)組載荷。

[0003] 在傳統(tǒng)的控制方法當(dāng)中，通常應(yīng)用的場景的局限性相對(duì)較大，為了更好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)風(fēng)機(jī)塔筒底部彎矩的檢測，并通過控制來實(shí)現(xiàn)整個(gè)彎矩在需要保持一定的安全范圍內(nèi)，

為了更好的實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，那么采用檢測的方式很容易受到環(huán)境影響而導(dǎo)致其精確值有較

大的誤差，而為了更好的實(shí)現(xiàn)控制，則需要更好精準(zhǔn)的控制，尤其是在實(shí)時(shí)的情況，因此，需

要一種更加有效的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)降載的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述存在的問題，提供一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，該方法能夠有效的通過計(jì)算提供實(shí)施彎矩降載的效果，實(shí)現(xiàn)降低機(jī)組塔筒

底部極限載荷，減少塔筒重量，進(jìn)而降低設(shè)計(jì)成本。

[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：[0006] 一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，包括以下步驟：[0007] a、建立塔筒頂部傾角與塔筒底部彎矩之間的數(shù)學(xué)模型；[0008] b、在塔筒頂部安裝動(dòng)態(tài)傾角傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測塔筒頂部傾角α，并獲得塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩My1；

[0009] c、依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組氣動(dòng)模型和機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，建立塔筒底部彎矩?cái)?shù)學(xué)模型，計(jì)算塔筒底部彎矩My2；

[0010] d、依據(jù)兩個(gè)不同方法得到的塔筒底部彎矩，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒底部彎矩和槳角之間的關(guān)系；

[0011] e、依據(jù)期望的塔筒底部彎矩得到期望的變槳角度，并與當(dāng)前槳角對(duì)比。[0012] 進(jìn)一步的，在步驟e中，取期望的變槳角度和當(dāng)前槳角的最小值作為最終目標(biāo)槳角給到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩控制，降低機(jī)組載荷。

[0013] 進(jìn)一步的，在步驟a中，采用歐拉?伯努力梁模型作為塔筒頂部傾角和塔筒底部彎矩之間的關(guān)系，即：

[0014] My1＝αEIH[0015] 其中，My1是塔筒底部彎矩，α為塔筒頂部傾角，EI是抗彎剛度，H是塔筒高度。[0016] 進(jìn)一步的，在步驟c中，依據(jù)氣動(dòng)模型，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行的槳角、功率、轉(zhuǎn)速，推算出塔筒底部的彎矩，從而獲取風(fēng)輪氣動(dòng)載荷，即：

[0017][0018] 其中，F(xiàn)y2是氣動(dòng)推力，β是葉片槳角，ρ是空氣密度，A是風(fēng)輪掃風(fēng)面積，U是來流風(fēng)速，Ct(λ，β)是風(fēng)輪氣動(dòng)推力系數(shù)，分別是葉尖速比λ和葉片槳角β的函數(shù)。

[0019] 進(jìn)一步的，定義葉尖速比，即為：[0020][0021] 其中，Ω是風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，R是風(fēng)輪半徑。[0022] 進(jìn)一步的，推算出塔筒底部彎矩My2，即為：[0023][0024] 進(jìn)一步的，令塔筒底部彎矩My1等于塔筒底部彎矩My2，可獲得：[0025][0026] 進(jìn)一步的，采用網(wǎng)格搜索法，獲得λ的值，包括以下步驟：[0027] S1、設(shè)λ的運(yùn)行范圍為[λ1，λ2]，再設(shè)求解計(jì)算精度要求為Δλ，收斂誤差要求為εtol；[0028] S2、將[λ1，λ2]劃分為：[0029] [λ1λ1+Δλλ1+2×Δλ…λ1+(n?1)×Δλλ2]；[0030] S3、計(jì)算每個(gè)劃分點(diǎn)λ1+i×Δλ，i＝0，1，...n?1和λ2的值，若[0031][0032] 則λ*＝λ1+i×Δλ即為解。[0033] 進(jìn)一步的，當(dāng)λ＝λ*求解出來后，即可得到葉片槳角β和塔筒頂部傾角α之間的關(guān)系式，得到葉片槳角β和塔筒底部彎矩之間的關(guān)系式。

[0034] 進(jìn)一步的，依據(jù)載荷設(shè)計(jì)要求得到允許的期望彎矩 并設(shè)定：[0035][0036] 進(jìn)一步的，利用采用網(wǎng)格搜索法，獲得允許的最小槳角βmin的值，具體包括以下步驟：

[0037] T1、設(shè)β的運(yùn)行范圍為[β1，β2]，再設(shè)求解計(jì)算精度要求為Δβ，收斂誤差要求為∈tol；

[0038] T2、將[β1，β2]劃分為[0039] [β1β1+△ββ1+2×Δβ…β1+(m?1)×Δββ2]；[0040] T3、計(jì)算每個(gè)劃分點(diǎn)β1+i×Δβ，i＝0，1，...m?1和β2的值，若[0041][0042] 則βmin＝λ1+i×Δλ即為允許的最小槳角。[0043] 進(jìn)一步的，將求得的βmin與當(dāng)前槳角β進(jìn)行比較，并取二者的最大值作為最終的槳角控制命令給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)塔筒底部彎矩小于期望彎矩。

[0044] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：[0045] 本發(fā)明的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法通過對(duì)槳角的計(jì)算，以及結(jié)合設(shè)定的期望值和實(shí)時(shí)的值進(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)更高精度的彎矩檢測，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)降載的效

果，相對(duì)于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而言，雖然考慮到了彎矩的問題，但是依然存在受彎矩以及載荷的影

響會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)成本過高，尤其是在重量的設(shè)計(jì)上，不僅僅材料成本提升，人工以

及運(yùn)輸都會(huì)造成較大的提升，而本設(shè)計(jì)有效的解決了實(shí)時(shí)彎矩荷載的控制，實(shí)現(xiàn)成本的降

低，同時(shí)工程應(yīng)用前景好。

附圖說明[0046] 本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：[0047] 圖1是本發(fā)明塔筒頂部傾角與塔筒底部彎矩之間數(shù)學(xué)模型原理圖。[0048] 圖2是本發(fā)明的流程圖。具體實(shí)施方式[0049] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

[0050] 本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子

而已。

[0051] 實(shí)施例[0052] 一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法，如圖1和圖2所示，包括以下步驟：[0053] a、建立塔筒頂部傾角與塔筒底部彎矩之間的數(shù)學(xué)模型；[0054] b、在塔筒頂部安裝動(dòng)態(tài)傾角傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測塔筒頂部傾角α，并獲得塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩My1；

[0055] c、依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組氣動(dòng)模型和機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，建立塔筒底部彎矩?cái)?shù)學(xué)模型，計(jì)算塔筒底部彎矩My2；

[0056] d、依據(jù)兩個(gè)不同方法得到的塔筒底部彎矩，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒底部彎矩和槳角之間的關(guān)系；

[0057] e、依據(jù)期望的塔筒底部彎矩得到期望的變槳角度，并與當(dāng)前槳角對(duì)比。[0058] 在上述具體實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，作為更加進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，在步驟e中，取期望的變槳角度和當(dāng)前槳角的最小值作為最終目標(biāo)槳角給到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)塔筒

底部實(shí)時(shí)彎矩控制，降低機(jī)組載荷。

[0059] 本實(shí)施例中，作為具體的描述，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境以及其是靠風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電的設(shè)備，其在使用換種，通常會(huì)受到風(fēng)力或者是其他的影響，尤其是在受到風(fēng)力的作用下，

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組塔筒的穩(wěn)定性要求較高，包括海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，為了保證其穩(wěn)定性，通常會(huì)

增加塔筒的重量，加強(qiáng)其彎矩的檢測，而在實(shí)際應(yīng)用中，為了降低成本，降低塔筒的重量，因

此，本設(shè)計(jì)提出了一種實(shí)時(shí)控制風(fēng)電機(jī)組彎矩降載的方法，并且通過對(duì)漿角的控制，來實(shí)現(xiàn)

實(shí)時(shí)彎矩降載的效果。通常，漿角會(huì)有一個(gè)期望值，該期望值即為安全值范圍內(nèi)，同時(shí)有個(gè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測值，但是基于檢測值的精度不高，因此，提出下列計(jì)算方法，從而獲取最小允許值，

并以此來控制風(fēng)電機(jī)組塔筒的彎矩。

[0060] 作為更加具體的設(shè)計(jì)，在上述具體實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，在步驟a中，采用歐拉?伯努力梁模型作為塔筒頂部傾角和塔筒底部彎矩之間的關(guān)系，即：

[0061] My1＝αEIH(1)[0062] 其中，My1是塔筒底部彎矩，α為塔筒頂部傾角，EI是抗彎剛度，H是塔筒高度。[0063] 在上述具體的實(shí)施方式中，通過另一具體計(jì)算方式獲取彎矩值，首先獲取氣動(dòng)載荷值，在步驟c中，依據(jù)氣動(dòng)模型，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行的槳角、功率、轉(zhuǎn)速，推算出塔筒底

部的彎矩，從而獲取風(fēng)輪氣動(dòng)載荷，即：

[0064][0065] 其中，F(xiàn)y2是氣動(dòng)推力，β是葉片槳角，ρ是空氣密度，A是風(fēng)輪掃風(fēng)面積，U是來流風(fēng)速，Ct(λ，β)是風(fēng)輪氣動(dòng)推力系數(shù)，分別是葉尖速比λ和葉片槳角β的函數(shù)。

[0066] 在上述具體實(shí)施方式的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，更加具體的，定義葉尖速比，即為：[0067][0068] 其中，Ω是風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，R是風(fēng)輪半徑。[0069] 更加具體的，將(3)帶入(2)得到：[0070][0071] 因此，根據(jù)力矩的計(jì)算方式，推算出塔筒底部彎矩My2，即為：[0072][0073] 依據(jù)塔筒底部彎矩相等的情況，在此，令塔筒底部彎矩My1等于塔筒底部彎矩My2，可獲得：

[0074][0075] 至此，公式(6)中所有變量，除葉尖速比λ外，均為模型參數(shù)或者可以通過傳感器直接測量得到。

[0076] 基于上述具體的設(shè)計(jì)，具體的，采用網(wǎng)格搜索法，獲得λ的值，包括以下步驟：[0077] S1、設(shè)λ的運(yùn)行范圍為[λ1，λ2]，再設(shè)求解計(jì)算精度要求為Δλ，收斂誤差要求為εtol；[0078] S2、將[λ1，λ2]劃分為：[0079] [λ1λ1+Δλλ1+2×Δλ…λ1+(n?1)×Δλλ2]；[0080] S3、計(jì)算每個(gè)劃分點(diǎn)λ1+i×Δλ，i＝0，1，...n?1和λ2的值，若[0081][0082] 則λ*＝λ1+i×Δλ即為解。[0083] 當(dāng)λ＝λ*求解出來后，即可得到葉片槳角β和塔筒頂部傾角α之間的關(guān)系式，得到葉片槳角β和塔筒底部彎矩之間的關(guān)系式。

[0084] 更加具體的，依據(jù)載荷設(shè)計(jì)要求得到允許的期望彎矩 并設(shè)定：[0085][0086] 相同原理，利用采用網(wǎng)格搜索法，獲得允許的最小槳角βmin的值，具體包括以下步驟：

[0087] T1、設(shè)β的運(yùn)行范圍為[β1，β2]，再設(shè)求解計(jì)算精度要求為Δβ，收斂誤差要求為∈tol；

[0088] T2、將[β1，β2]劃分為[0089] [β1β1+Δββ1+2×Δβ…β1+(m?1)×Δββ2]；[0090] T3、計(jì)算每個(gè)劃分點(diǎn)β1+i×Δβ，i＝0，1，...m?1和β2的值，若[0091][0092] 則βmin＝λ1+i×Δλ即為允許的最小槳角。[0093] 最后，將求得的βmin與當(dāng)前槳角β進(jìn)行比較，并取二者的最大值作為最終的槳角控制命令給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)塔筒底部彎矩小于期望彎矩

[0094] 在上述具體的實(shí)施方式中，采用網(wǎng)格搜索法的主要目的在于原計(jì)算式中雖然都是檢測的參數(shù)，但是其計(jì)算式為一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)性方程，要計(jì)算漿角β和葉尖速比λ相對(duì)較為復(fù)雜和

困難，從而采取網(wǎng)格搜索法實(shí)現(xiàn)在一定的誤差內(nèi)獲取一個(gè)計(jì)算值，同時(shí)也有效的保證了在

該數(shù)值范圍內(nèi)其取值是符合實(shí)際需要和要求的，有效的保證了其檢測精度以及實(shí)際操作的

精準(zhǔn)度。

[0095] 綜上所述，本發(fā)明的一種風(fēng)機(jī)塔筒底部實(shí)時(shí)彎矩降載控制方法通過對(duì)槳角的計(jì)算，以及結(jié)合設(shè)定的期望值和實(shí)時(shí)的值進(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)更高精度的彎矩檢測，并實(shí)現(xiàn)實(shí)

時(shí)降載的效果，相對(duì)于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而言，雖然考慮到了彎矩的問題，但是依然存在受彎矩以

及載荷的影響會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)成本過高，尤其是在重量的設(shè)計(jì)上，不僅僅材料成本

提升，人工以及運(yùn)輸都會(huì)造成較大的提升，而本設(shè)計(jì)有效的解決了實(shí)時(shí)彎矩荷載的控制，實(shí)

現(xiàn)成本的降低，同時(shí)工程應(yīng)用前景好。

[0096] 本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。