權利要求書： 1.一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，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學模型；

b、在塔筒頂部安裝動態(tài)傾角傳感器，實時監(jiān)測塔筒頂部傾角α，并獲得塔筒底部實時彎矩My1；

c、依據風力發(fā)電機組氣動模型和機組運行狀態(tài)，建立塔筒底部彎矩數學模型，計算塔筒底部彎矩My2；

d、依據兩個不同方法得到的塔筒底部彎矩，建立風力發(fā)電機組塔筒底部彎矩和槳角之間的關系；

e、依據期望的塔筒底部彎矩得到期望的變槳角度，并與當前槳角對比。

2.如權利要求1所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，其特征在于：在步驟e中，取期望的變槳角度和當前槳角的最小值作為最終目標槳角給到風力發(fā)電機組控制系統，從而實現塔筒底部實時彎矩控制，降低機組載荷。

3.如權利要求2所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，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.如權利要求3所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，其特征在于：在步驟c中，依據氣動模型，風力發(fā)電機組實時運行的槳角、功率、轉速，推算出塔筒底部的彎矩，從而獲取風輪氣動載荷，即：

其中，Fy2是氣動推力，β是葉片槳角，ρ是空氣密度，A是風輪掃風面積，U是來流風速，Ct(λ，β)是風輪氣動推力系數，分別是葉尖速比λ和葉片槳角β的函數。

5.如權利要求4所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，其特征在于：定義葉尖速比，即為：

其中，Ω是風輪轉速，R是風輪半徑。

6.如權利要求5所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，其特征在于：推算出塔筒底部彎矩My2，即為：

7.如權利要求6所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，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.如權利要求7所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，其特征在于：采用網格搜索法，獲得λ的值，包括以下步驟：S1、設λ的運行范圍為[λ1，λ2]，再設求解計算精度要求為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、計算每個劃分點λ1+i×Δλ，i＝0，1，...n?1和λ2的值，若則λ＝λ1+i×Δλ即為解。

9.如權利要求8所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，其特征在于：當λ＝λ求解出來后，即可得到葉片槳角β和塔筒頂部傾角α之間的關系式，得到葉片槳角β和塔筒底部彎矩之間的關系式。

10.如權利要求9所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，其特征在于：依據載荷設計要求得到允許的期望彎矩 并設定：

11.如權利要求10所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，其特征在于：利用min

采用網格搜索法，獲得允許的最小槳角β 的值，具體包括以下步驟：T1、設β的運行范圍為[β1，β2]，再設求解計算精度要求為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、計算每個劃分點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.如權利要求11所述的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，其特征在于：將求min

得的β 與當前槳角β進行比較，并取二者的最大值作為最終的槳角控制命令給風力發(fā)電機組控制系統以實現塔筒底部彎矩小于期望彎矩。

說明書： 一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法技術領域[0001] 本發(fā)明涉及一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，屬于風電機組技術領域。背景技術[0002] 隨著風力發(fā)電技術的發(fā)展以及市場的需求，風力發(fā)電機組容量越來越大，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。加之國內風電開始平價上網，為

降低機組成本，以應對風力發(fā)電平價上網挑戰(zhàn)，需要不斷設計新控制策略，降低機組載荷。

[0003] 在傳統的控制方法當中，通常應用的場景的局限性相對較大，為了更好的實現這個風機塔筒底部彎矩的檢測，并通過控制來實現整個彎矩在需要保持一定的安全范圍內，

為了更好的實現精準控制，那么采用檢測的方式很容易受到環(huán)境影響而導致其精確值有較

大的誤差，而為了更好的實現控制，則需要更好精準的控制，尤其是在實時的情況，因此，需

要一種更加有效的實時實現降載的控制方法。

發(fā)明內容[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，該方法能夠有效的通過計算提供實施彎矩降載的效果，實現降低機組塔筒

底部極限載荷，減少塔筒重量，進而降低設計成本。

[0005] 本發(fā)明采用的技術方案如下：[0006] 一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，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學模型；[0008] b、在塔筒頂部安裝動態(tài)傾角傳感器，實時監(jiān)測塔筒頂部傾角α，并獲得塔筒底部實時彎矩My1；

[0009] c、依據風力發(fā)電機組氣動模型和機組運行狀態(tài)，建立塔筒底部彎矩數學模型，計算塔筒底部彎矩My2；

[0010] d、依據兩個不同方法得到的塔筒底部彎矩，建立風力發(fā)電機組塔筒底部彎矩和槳角之間的關系；

[0011] e、依據期望的塔筒底部彎矩得到期望的變槳角度，并與當前槳角對比。[0012] 進一步的，在步驟e中，取期望的變槳角度和當前槳角的最小值作為最終目標槳角給到風力發(fā)電機組控制系統，從而實現塔筒底部實時彎矩控制，降低機組載荷。

[0013] 進一步的，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] 進一步的，在步驟c中，依據氣動模型，風力發(fā)電機組實時運行的槳角、功率、轉速，推算出塔筒底部的彎矩，從而獲取風輪氣動載荷，即：

[0017][0018] 其中，Fy2是氣動推力，β是葉片槳角，ρ是空氣密度，A是風輪掃風面積，U是來流風速，Ct(λ，β)是風輪氣動推力系數，分別是葉尖速比λ和葉片槳角β的函數。

[0019] 進一步的，定義葉尖速比，即為：[0020][0021] 其中，Ω是風輪轉速，R是風輪半徑。[0022] 進一步的，推算出塔筒底部彎矩My2，即為：[0023][0024] 進一步的，令塔筒底部彎矩My1等于塔筒底部彎矩My2，可獲得：[0025][0026] 進一步的，采用網格搜索法，獲得λ的值，包括以下步驟：[0027] S1、設λ的運行范圍為[λ1，λ2]，再設求解計算精度要求為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、計算每個劃分點λ1+i×Δλ，i＝0，1，...n?1和λ2的值，若[0031][0032] 則λ*＝λ1+i×Δλ即為解。[0033] 進一步的，當λ＝λ*求解出來后，即可得到葉片槳角β和塔筒頂部傾角α之間的關系式，得到葉片槳角β和塔筒底部彎矩之間的關系式。

[0034] 進一步的，依據載荷設計要求得到允許的期望彎矩 并設定：[0035][0036] 進一步的，利用采用網格搜索法，獲得允許的最小槳角βmin的值，具體包括以下步驟：

[0037] T1、設β的運行范圍為[β1，β2]，再設求解計算精度要求為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、計算每個劃分點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] 進一步的，將求得的βmin與當前槳角β進行比較，并取二者的最大值作為最終的槳角控制命令給風力發(fā)電機組控制系統以實現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方案，本發(fā)明的有益效果是：[0045] 本發(fā)明的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法通過對槳角的計算，以及結合設定的期望值和實時的值進行對比，從而實現更高精度的彎矩檢測，并實現實時降載的效

果，相對于傳統的結構而言，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

響會造成風電機組的設計成本過高，尤其是在重量的設計上，不僅僅材料成本提升，人工以

及運輸都會造成較大的提升，而本設計有效的解決了實時彎矩荷載的控制，實現成本的降

低，同時工程應用前景好。

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學模型原理圖。[0048] 圖2是本發(fā)明的流程圖。具體實施方式[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，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子

而已。

[0051] 實施例[0052] 一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法，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學模型；[0054] b、在塔筒頂部安裝動態(tài)傾角傳感器，實時監(jiān)測塔筒頂部傾角α，并獲得塔筒底部實時彎矩My1；

[0055] c、依據風力發(fā)電機組氣動模型和機組運行狀態(tài)，建立塔筒底部彎矩數學模型，計算塔筒底部彎矩My2；

[0056] d、依據兩個不同方法得到的塔筒底部彎矩，建立風力發(fā)電機組塔筒底部彎矩和槳角之間的關系；

[0057] e、依據期望的塔筒底部彎矩得到期望的變槳角度，并與當前槳角對比。[0058] 在上述具體實施方式的基礎上，作為更加進一步的設計，在步驟e中，取期望的變槳角度和當前槳角的最小值作為最終目標槳角給到風力發(fā)電機組控制系統，從而實現塔筒

底部實時彎矩控制，降低機組載荷。

[0059] 本實施例中，作為具體的描述，根據風電機組所處環(huán)境以及其是靠風力進行發(fā)電的設備，其在使用換種，通常會受到風力或者是其他的影響，尤其是在受到風力的作用下，

對于風電機組塔筒的穩(wěn)定性要求較高，包括海上風力發(fā)電機組，為了保證其穩(wěn)定性，通常會

增加塔筒的重量，加強其彎矩的檢測，而在實際應用中，為了降低成本，降低塔筒的重量，因

此，本設計提出了一種實時控制風電機組彎矩降載的方法，并且通過對漿角的控制，來實現

實時彎矩降載的效果。通常，漿角會有一個期望值，該期望值即為安全值范圍內，同時有個

實時監(jiān)測值，但是基于檢測值的精度不高，因此，提出下列計算方法，從而獲取最小允許值，

并以此來控制風電機組塔筒的彎矩。

[0060] 作為更加具體的設計，在上述具體實施方式的基礎上，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] 在上述具體的實施方式中，通過另一具體計算方式獲取彎矩值，首先獲取氣動載荷值，在步驟c中，依據氣動模型，風力發(fā)電機組實時運行的槳角、功率、轉速，推算出塔筒底

部的彎矩，從而獲取風輪氣動載荷，即：

[0064][0065] 其中，Fy2是氣動推力，β是葉片槳角，ρ是空氣密度，A是風輪掃風面積，U是來流風速，Ct(λ，β)是風輪氣動推力系數，分別是葉尖速比λ和葉片槳角β的函數。

[0066] 在上述具體實施方式的設計基礎上，更加具體的，定義葉尖速比，即為：[0067][0068] 其中，Ω是風輪轉速，R是風輪半徑。[0069] 更加具體的，將(3)帶入(2)得到：[0070][0071] 因此，根據力矩的計算方式，推算出塔筒底部彎矩My2，即為：[0072][0073] 依據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，均為模型參數或者可以通過傳感器直接測量得到。

[0076] 基于上述具體的設計，具體的，采用網格搜索法，獲得λ的值，包括以下步驟：[0077] S1、設λ的運行范圍為[λ1，λ2]，再設求解計算精度要求為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、計算每個劃分點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之間的關系式，得到葉片槳角β和塔筒底部彎矩之間的關系式。

[0084] 更加具體的，依據載荷設計要求得到允許的期望彎矩 并設定：[0085][0086] 相同原理，利用采用網格搜索法，獲得允許的最小槳角βmin的值，具體包括以下步驟：

[0087] T1、設β的運行范圍為[β1，β2]，再設求解計算精度要求為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、計算每個劃分點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與當前槳角β進行比較，并取二者的最大值作為最終的槳角控制命令給風力發(fā)電機組控制系統以實現塔筒底部彎矩小于期望彎矩

[0094] 在上述具體的實施方式中，采用網格搜索法的主要目的在于原計算式中雖然都是檢測的參數，但是其計算式為一個風險性方程，要計算漿角β和葉尖速比λ相對較為復雜和

困難，從而采取網格搜索法實現在一定的誤差內獲取一個計算值，同時也有效的保證了在

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

精準度。

[0095] 綜上所述，本發(fā)明的一種風機塔筒底部實時彎矩降載控制方法通過對槳角的計算，以及結合設定的期望值和實時的值進行對比，從而實現更高精度的彎矩檢測，并實現實

時降載的效果，相對于傳統的結構而言，雖然考慮到了彎矩的問題，但是依然存在受彎矩以

及載荷的影響會造成風電機組的設計成本過高，尤其是在重量的設計上，不僅僅材料成本

提升，人工以及運輸都會造成較大的提升，而本設計有效的解決了實時彎矩荷載的控制，實

現成本的降低，同時工程應用前景好。

[0096] 本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴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。