一種風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電機組振動控制領(lǐng)域，特別是涉及一種風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制 方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)電機組不斷朝大功率化方向發(fā)展，塔架高度、風(fēng)輪直徑和機艙整體的重量 都不斷增加，振動問題日益突出。機組振動幅度過大不僅有可能引起故障停機，損失發(fā)電 量，還會影響機組內(nèi)各部件的壽命和機組長期的安全穩(wěn)定運行。
[0003] 根據(jù)實際經(jīng)驗，引起風(fēng)電機組機艙振動的主要原因為有很多種，如圖Ia-Id所示， 包括振動激勵來自于葉片不平衡產(chǎn)生的軸向或側(cè)向擺動、風(fēng)湍流引起塔筒的前后晃動或轉(zhuǎn) 矩控制引起的塔筒左右擺振等。
[0004] 現(xiàn)有的減少風(fēng)電機組振動問題控制方法一般是把風(fēng)電機組振動傳感器安裝在機 架上，有前后和左右兩個方向的振動監(jiān)測，一般情況下當(dāng)振動值超過報警限值時，風(fēng)機會故 障停機。這種保護方式屬于被動保護，當(dāng)振動值超過報警限值停機時，風(fēng)機振動已經(jīng)很大， 對機組已經(jīng)造成一定影響。
[0005] 由此可見，上述現(xiàn)有的可減少風(fēng)電機組振動問題的控制方法在方法與使用上，顯 然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種可徹底解決因變槳調(diào)節(jié) 和傳動鏈旋轉(zhuǎn)頻率等引起的機艙振動問題，且不需要增加任何設(shè)備成本的新的風(fēng)電機組振 動的監(jiān)測和控制方法及系統(tǒng)，實屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法及系統(tǒng)，使 其可徹底解決因變槳調(diào)節(jié)和傳動鏈旋轉(zhuǎn)頻率等引起的機艙振動問題，且不需要增加任何設(shè) 備成本，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，包括：采集步 驟，獲取風(fēng)電機組的機艙振動信號；計算步驟，根據(jù)機艙振動信號，計算機艙振動頻率值； 識別步驟，根據(jù)計算得到的振動頻率判斷激振源；振動消減步驟，根據(jù)激振源濾除控制信號 中的激振頻率。
[0008] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的激振源為葉輪、傳動鏈、變流器或變槳裝置，所述 的識別步驟是通過葉輪模型、傳動鏈模型、變流器模型、變槳模型的特征頻率是否接近于所 述振動頻率值的判斷來確定激振源。
[0009] 當(dāng)風(fēng)機運行在額定狀態(tài)以下時，所述的葉輪模型的特征頻率為葉輪轉(zhuǎn)速基頻和葉 輪轉(zhuǎn)速的三倍頻，若此時葉輪被判斷為激振源，所述的振動消減步驟是通過調(diào)節(jié)控制信號 中的變槳目標(biāo)值或轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值，使葉輪轉(zhuǎn)速迅速通過三倍頻轉(zhuǎn)速區(qū)域；當(dāng)風(fēng)機運行在額定 狀態(tài)以上時，所述的葉輪模型的特征頻率為變槳位置的變化頻率，若此時葉輪被判斷為激 振源，所述的振動消減步驟是對變槳控制器的輸入轉(zhuǎn)速信號及控制輸出信號中的變槳目標(biāo) 值進(jìn)行濾波處理，濾除其在機艙振動頻率值附近的頻率。
[0010]當(dāng)風(fēng)機運行在額定狀態(tài)以下時，所述的傳動鏈模型的特征頻率為傳動鏈的固有頻 率；當(dāng)風(fēng)機運行在額定狀態(tài)以上時，所述的傳動鏈模型的特征頻率為發(fā)電機轉(zhuǎn)速圍繞額定 轉(zhuǎn)速波動的頻率；當(dāng)判斷傳動鏈為激振源時，所述的振動消減步驟對轉(zhuǎn)矩控制器輸入端的 發(fā)電機轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行濾波處理，濾除發(fā)電機轉(zhuǎn)速信號中機艙振動頻率值附近的頻率。
[0011] 所述的變流器模型的特征頻率為發(fā)電機轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值變化的頻率；當(dāng)判斷變 流器為激振源時，所述的振動消減步驟是對轉(zhuǎn)矩控制器的輸入轉(zhuǎn)速信號及控制輸出信號中 的轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值進(jìn)行濾波處理，濾除其在機艙振動頻率值附近的頻率。
[0012] 當(dāng)風(fēng)機運行在額定狀態(tài)以下時，變槳裝置不被判斷為激勵源；當(dāng)風(fēng)機運行在額定 狀態(tài)以上時，所述的變槳模型的特征頻率為變槳位置隨變槳目標(biāo)值變化的頻率；當(dāng)判斷變 槳裝置為激振源時，所述的振動消減步驟是對變槳控制器的輸入轉(zhuǎn)速信號及控制輸出信號 中的變槳目標(biāo)值進(jìn)行濾波處理，濾除其在機艙振動頻率值附近的頻率。
[0013] 所述的振動消減步驟采用的濾波公式
【主權(quán)項】
1. 一種風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，其特征在于包括： 采集步驟，獲取風(fēng)電機組的機艙振動信號； 計算步驟，根據(jù)機艙振動信號，計算機艙振動頻率值； 識別步驟，根據(jù)計算得到的振動頻率判斷激振源； 振動消減步驟，根據(jù)激振源濾除控制信號中的激振頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，其特征在于所述的激振源 為葉輪、傳動鏈、變流器或變槳裝置，所述的識別步驟是通過葉輪模型、傳動鏈模型、變流器 模型、變槳模型的特征頻率是否接近于所述振動頻率值的判斷來確定激振源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，其特征在于： 當(dāng)風(fēng)機運行在額定狀態(tài)以下時，所述的葉輪模型的特征頻率為葉輪轉(zhuǎn)速基頻和葉輪轉(zhuǎn) 速的三倍頻，若此時葉輪被判斷為激振源，所述的振動消減步驟是通過調(diào)節(jié)控制信號中的 變槳目標(biāo)值或轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值，使葉輪轉(zhuǎn)速迅速通過三倍頻轉(zhuǎn)速區(qū)域； 當(dāng)風(fēng)機運行在額定狀態(tài)以上時，所述的葉輪模型的特征頻率為變槳位置的變化頻率， 若此時葉輪被判斷為激振源，所述的振動消減步驟是對變槳控制器的輸入轉(zhuǎn)速信號及控制 輸出信號中的變槳目標(biāo)值進(jìn)行濾波處理，濾除其在機艙振動頻率值附近的頻率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，其特征在于： 當(dāng)風(fēng)機運行在額定狀態(tài)以下時，所述的傳動鏈模型的特征頻率為傳動鏈的固有頻率； 當(dāng)風(fēng)機運行在額定狀態(tài)以上時，所述的傳動鏈模型的特征頻率為發(fā)電機轉(zhuǎn)速圍繞額定 轉(zhuǎn)速波動的頻率； 當(dāng)判斷傳動鏈為激振源時，所述的振動消減步驟對轉(zhuǎn)矩控制器輸入端的發(fā)電機轉(zhuǎn)速信 號進(jìn)行濾波處理，濾除發(fā)電機轉(zhuǎn)速信號中機艙振動頻率值附近的頻率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，其特征在于： 所述的變流器模型的特征頻率為發(fā)電機轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值變化的頻率； 當(dāng)判斷變流器為激振源時，所述的振動消減步驟是對轉(zhuǎn)矩控制器的輸入轉(zhuǎn)速信號及控 制輸出信號中的轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值進(jìn)行濾波處理，濾除其在機艙振動頻率值附近的頻率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，其特征在于： 當(dāng)風(fēng)機運行在額定狀態(tài)以下時，變槳裝置不被判斷為激勵源； 當(dāng)風(fēng)機運行在額定狀態(tài)以上時，所述的變槳模型的特征頻率為變槳位置隨變槳目標(biāo)值 變化的頻率； 當(dāng)判斷變槳裝置為激振源時，所述的振動消減步驟是對變槳控制器的輸入轉(zhuǎn)速信號及 控制輸出信號中的變槳目標(biāo)值進(jìn)行濾波處理，濾除其在機艙振動頻率值附近的頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一項所述的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，其特征在于所 S2 +2ζ,ω^ + ω,2 述的振動消減步驟采用的濾波公式為y + 2&其中，ζ為阻尼，ω為頻率，s為 -2 2 2 , 拉普拉斯算子。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，其特征在于所述的接近為 在所述振動頻率值± 5 %的范圍內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，其特征在于： 所述的計算步驟還包括計算機艙振動加速度有效值，并將得到的振動加速度有效值與 閥值a進(jìn)行比較，當(dāng)該振動加速度有效值超過閥值a時啟動所述振動消減步驟的消減激活 判斷步驟； 所述的振動消減步驟之后，還包括再次采集、計算機艙振動加速度有效值，并將其與閥 值b進(jìn)行比較，并當(dāng)該振動加速度有效值不小于閥值b時重復(fù)振動消減步驟，直至機艙的振 動加速度有效值小于閥值b的消減退出判斷步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法，其特征在于所述的閥值a 為振動報警值的二分之一，所述的閥值b為振動報警值的四分之一。
11. 一種應(yīng)用權(quán)利要求1-10中任一項所述方法的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，其 特征在于包括： 采集模塊，用于獲取風(fēng)電機組的機艙振動信號； 計算模塊，用于根據(jù)機艙振動信號，計算機艙振動頻率值； 識別模塊，用于根據(jù)計算得到的振動頻率判斷激振源； 振動消減模塊，用于根據(jù)激振源濾除控制信號中的激振頻率。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，其特征在于： 所述的計算模塊還用于計算機艙振動加速度有效值； 還包括消減激活判斷模塊，用于將計算模塊得到的振動加速度有效值與閥值a進(jìn)行比 較，并在振動加速度有效值超過閥值a時啟動所述振動消減模塊； 還包括消減退出判斷模塊，用于在振動消減步驟之后再次采集、計算機艙振動加速度 有效值，并將其與閥值b進(jìn)行比較，并當(dāng)該振動加速度有效值不小于閥值b時由振動消減模 塊重復(fù)振動消減步驟，直至機艙的振動加速度有效值小于閥值b時使振動消減模塊退出。
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法及系統(tǒng)，該方法包括：采集步驟，獲取風(fēng)電機組的機艙振動信號；計算步驟，根據(jù)機艙振動信號，計算機艙振動頻率值；識別步驟，根據(jù)計算得到的振動頻率判斷激振源；振動消減步驟，根據(jù)激振源濾除控制信號中的激振頻率。該系統(tǒng)包括采集模塊、計算模塊、識別模塊和振動消減模塊。本發(fā)明一種風(fēng)電機組振動的監(jiān)測和控制方法及系統(tǒng)，可徹底解決因變槳調(diào)節(jié)和傳動鏈旋轉(zhuǎn)頻率等引起的機艙振動問題，且不需要增加任何設(shè)備成本。
【IPC分類】F03D7-00
【公開號】CN104632522
【申請?zhí)枴緾N201510002190
【發(fā)明人】劉昊, 李強, 吳行健
【申請人】國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月4日