專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法及裝置的制作方法
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法及裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的變速傳動(dòng)裝置(一般為齒輪箱)是必不可少的，這使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈具有較大柔性，可能導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中出現(xiàn)傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的問(wèn)題。
針對(duì)傳動(dòng)鏈的阻尼較小而容易引起傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的問(wèn)題，目前一般采用的方法是:在原有轉(zhuǎn)矩的給定值的基礎(chǔ)上增加一個(gè)很小的與傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)速度相反的附加轉(zhuǎn)矩， 用來(lái)增加傳動(dòng)鏈的阻尼，以抑制傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。但是，附加轉(zhuǎn)矩通常是采用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)一個(gè)帶通濾波器近似獲得，濾波頻率及反饋增益直接影響到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的抑制能力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種抑制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的方法及裝置。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)阻尼自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制，并且在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于穩(wěn)態(tài)時(shí)消除因阻尼變化引起的功率損失。
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法包括以下步驟:
S1:同時(shí)檢測(cè)獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸的轉(zhuǎn)速Oe和低速軸的轉(zhuǎn)速ω ，
S2:作差值計(jì)算得ω e= ( ω e-N ω w)，N為齒輪箱的傳動(dòng)比；
S3:將差值\通過(guò)低通濾波濾除檢測(cè)的高次噪聲，從而可得ω/，令 S1=Ptoe' ,P為誤差反饋增益；
S4:計(jì)算得出發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩指令值Tei=Te+ δ ιω<;，轉(zhuǎn)矩控制器控制發(fā)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩指令值Tei。
在步驟S3之前將差值COe的下限設(shè)定為Orad/s，上限設(shè)定在5-lOrad/s之間
所述將差值^^進(jìn)行低通濾波的過(guò)程中，低通濾波的截止頻率大于5倍自然振蕩頻率。
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置包括:
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈，用于提供高速軸的轉(zhuǎn)速Oe和低速軸的轉(zhuǎn)速ω ，將低速軸的轉(zhuǎn)速輸出至傳動(dòng)比增益器，將高速軸的轉(zhuǎn)速分別傳輸至差值計(jì)算器和轉(zhuǎn)矩控制器；
傳動(dòng)比增益器，用于獲取齒輪箱的傳動(dòng)比N，并將計(jì)算得出的Nωw輸出至差值計(jì)算器；
差值計(jì)算器，用于計(jì)算得出差值C^=(Coe-Ncow),并將差值輸出至低通濾波器；
低通濾波器 ，用于將差值通過(guò)低通濾波濾除檢測(cè)的高次噪聲，得出，并將輸出至比例增益器；
比例增益器，用于計(jì)算得出自適應(yīng)反饋系數(shù)S1，并將自適應(yīng)反饋系數(shù)S1輸出至轉(zhuǎn)矩控制器；
轉(zhuǎn)矩控制器，用于計(jì)算得出發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩指令值Tei=Te+ S1Qg,并控制發(fā)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩指令值Tei。
所述一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置還包括:
差值限幅器，用于獲取來(lái)自差值計(jì)算器的差值ωε，并將差值GJe的下限限定為 Orad/s,上限限定在5-lOrad/s之間。
低通濾波的截止頻率大于5倍自然振蕩頻率。
本發(fā)明的有益效果為:
I)不需要在轉(zhuǎn)速反饋上采用濾波環(huán)節(jié)(特指自然振動(dòng)頻率附近)，可以避免自然振動(dòng)頻率未知而出現(xiàn)濾波環(huán)節(jié)難以設(shè)計(jì)的問(wèn)題。
2)不需要同時(shí)檢測(cè)低速軸和高速軸的轉(zhuǎn)速，一般風(fēng)電機(jī)組中都有低速軸和高速軸轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，不會(huì)增加成本。
3)本發(fā)明分別檢測(cè)低速軸和高速軸的轉(zhuǎn)速做差，通過(guò)低通濾波和放大后對(duì)反饋?zhàn)枘嵩鲆孢M(jìn)行在線調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)阻尼自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制。動(dòng)態(tài)時(shí)差值較大，阻尼自適應(yīng)調(diào)節(jié)器使反饋?zhàn)枘嵩鲆孀兇?，穩(wěn)態(tài)時(shí)差值接近于0，阻尼自適應(yīng)調(diào)節(jié)器減小反饋?zhàn)枘嵩鲆?，?^ B O進(jìn)而有Ig B Tw，最終消除因阻尼變化引起的功率損失。


圖1為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法的兩質(zhì)量塊模型示意圖2為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置第一示意圖3為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置第二示意圖4為階躍風(fēng)速時(shí)本發(fā)明(風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置)和原系統(tǒng) (未采用本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈機(jī)械轉(zhuǎn)矩響應(yīng)波形對(duì)比圖5為階躍風(fēng)速時(shí)原系統(tǒng)(未采用本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置) 進(jìn)行折算后的低速軸轉(zhuǎn)速和高速軸轉(zhuǎn)速波形 圖6為階躍風(fēng)速時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置中進(jìn)行折算后的低速軸轉(zhuǎn)速和高速軸轉(zhuǎn)速波形圖7為階躍風(fēng)速時(shí)本發(fā)明(風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置)和原系統(tǒng) (未米用本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置)中的發(fā)電機(jī)電磁功率響應(yīng)波形對(duì)比圖8為模擬自然風(fēng)時(shí)本發(fā)明(風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置)和原系統(tǒng) (未采用本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈機(jī)械轉(zhuǎn)矩響應(yīng)波形對(duì)比圖9為模擬自然風(fēng)時(shí)原系統(tǒng)(未米用本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置)進(jìn)行折算后的低速軸轉(zhuǎn)速和高速軸轉(zhuǎn)速波形圖10為模擬自然風(fēng)時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置中進(jìn)行折算后的低速軸轉(zhuǎn)速和高速軸轉(zhuǎn)速波形圖11為模擬自然風(fēng)時(shí)本發(fā)明(風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置)和原系統(tǒng)(未采用本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置)中的發(fā)電機(jī)電磁功率響應(yīng)波形對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
參照?qǐng)D1，利用兩質(zhì)量塊模型對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)抑制方法進(jìn)行研究， 將風(fēng)力機(jī)與齒輪箱等效為W質(zhì)量塊，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等效為G質(zhì)量塊，傳動(dòng)柔性等效至高速軸， 從而建立兩質(zhì)量塊模型，其中Jw、Je分別為W質(zhì)量塊和G質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，δ 、Se分別為 W質(zhì)量塊和G質(zhì)量塊的阻尼系數(shù)，Tw為風(fēng)力機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，Te為發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，為風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，ow、(Oe分別為風(fēng)力發(fā)電機(jī)低速軸轉(zhuǎn)速和高速軸轉(zhuǎn)速，k為軸的剛度系數(shù)，Ts為軸傳遞的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，Ds為軸間的扭轉(zhuǎn)阻尼，將低速軸向高速軸等效后，低速軸各量都要進(jìn)行相應(yīng)的折算，齒輪箱的傳動(dòng)比為N(W質(zhì)量塊的參數(shù)已折算)。
假設(shè)在某一風(fēng)速V下，風(fēng)力機(jī)以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為Tw，發(fā)電機(jī)以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)矩為I 。此時(shí)，若風(fēng)速突然變化，此時(shí)考慮風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)瞬間轉(zhuǎn)速分別為:
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟51:同時(shí)檢測(cè)獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸的轉(zhuǎn)速Oe和低速軸的轉(zhuǎn)速COw ;52:作差值計(jì)算得GJe=(COe-Ncow)，N為齒輪箱的傳動(dòng)比；53:將差值通過(guò)低通濾波濾除檢測(cè)的高次噪聲，從而可得ω J，令S1=PG^'，PS 誤差反饋增益；54:計(jì)算得出發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩指令值Tei=Te+ δ ιω<;，轉(zhuǎn)矩控制器控制發(fā)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩指令值Tei。
2.如權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法，其特征在于， 在步驟S3之前將差值的下限設(shè)定為Orad/s，上限設(shè)定在5-lOrad/s之間。
3.如權(quán)利要求I所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法，其特征在于， 所述將差值進(jìn)行低通濾波的過(guò)程中，低通濾波的截止頻率大于5倍自然振蕩頻率。
4.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置，其特征在于，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈，用于提供高速軸的轉(zhuǎn)速和低速軸的轉(zhuǎn)速ω ，將低速軸的轉(zhuǎn)速輸出至傳動(dòng)比增益器，將高速軸的轉(zhuǎn)速Coe分別傳輸至差值計(jì)算器和轉(zhuǎn)矩控制器；傳動(dòng)比增益器，用于獲取齒輪箱的傳動(dòng)比N，并將計(jì)算得出的Νω 輸出至差值計(jì)算器；差值計(jì)算器，用于計(jì)算得出差值Oe=(Coe-Ncow),并將差值輸出至低通濾波器；低通濾波器，用于將差值\通過(guò)低通濾波濾除檢測(cè)的高次噪聲，得出，并將輸出至比例增益器；比例增益器，用于計(jì)算得出自適應(yīng)反饋系數(shù)S1，并將自適應(yīng)反饋系數(shù)S1輸出至轉(zhuǎn)矩控制器；轉(zhuǎn)矩控制器，用于計(jì)算得出發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩指令值Tei=Te+S1 ，并控制發(fā)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩指令值Tei。
5.如權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置，其特征在于， 還包括差值限幅器，用于獲取來(lái)自差值計(jì)算器的差值ωε，并將差值ωε的下限限定為Orad/s， 上限限定在5-10rad/s之間。
6.如權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制裝置，其特征在于， 所述低通濾波器的截止頻率大于5倍自然振蕩頻率。
全文摘要
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法及裝置。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法包括以下步驟S1同時(shí)檢測(cè)獲得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸的轉(zhuǎn)速ωG和低速軸的轉(zhuǎn)速ωW；S2作差值計(jì)算得ωe=(ωG-NωW)，N為齒輪箱的傳動(dòng)比；S3將差值ωe通過(guò)低通濾波濾除檢測(cè)的高次噪聲，從而可得ωe′，令δ1=pωe′，p為誤差反饋增益；S4計(jì)算得出發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩指令值TG1=TG+δ1ωG，轉(zhuǎn)矩控制器控制發(fā)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩指令值TG1。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)阻尼自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制，并且在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于穩(wěn)態(tài)時(shí)消除因阻尼變化引起的功率損失。
文檔編號(hào)F03D11/02GK103256188SQ201310184639
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
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