本发明涉及一种减振装置及其减振方法，尤其涉及一种用于风力发电风机叶片的减振装置及其减振方法。
背景技术
风力发电是一种绿色、清洁、环保的能源利用方式，在海上以及陆地上自然风较大的地区通过安装风力发电装置可以充分利用该地区的自然能源，将其转化为电能，从而创造巨大的经济利益。
然而，风力发电装置在运行的过程中，由于叶片以及发电机转子的转动，以及地表振动等多因素的存在，使得风力发电装置在其各个部位都会存在振动现象，这样会一方面导致风力发电装置的控制输出参数的失真，另一方面也给整个装置带来了结构安全隐患。由于振动现象无法完全避免，因此，寻找一种用于风力发电装置的减振装置以及减振方法尤其重要。
现有的风力发电装置的振动来源主要包括有叶片面内轴向振动和发电机转动导致的机舱振动，两者相辅相成、互相推动，大大增加了风力发电装置的振动频率范围，使其更易产生共振现象，从而大大降低了风力发电装置的使用寿命，同时也使控制输出参数产生畸变，最终也影响风能的利用率。
技术实现要素：
（1）要解决的技术问题
本发明为了克服现有的如何减小风力发电装置的叶片和机舱振动的问题，保证风力发电机组的控制性能，也提高风力发电装置的使用寿命。
（2）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种风力发电风机叶片减振装置，包括有振波收集装置、分析计算模块和减振执行装置；所述振波收集装置包括第一振动感应模块、第二振动感应模块、第三振动感应模块、信号转换器、可编程逻辑控制模块、传输模块和信号处理模块；其中，所述第一振动感应模块安装于风力发电装置每个叶片的叶尖处，所述第二振动感应模块安装于风力发电装置每个叶片的叶根处，所述第三振动感应模块安装于风力发电装置的机舱内的发电机位置处，上述第一、第二振动感应模块用于分别感应叶片叶尖、叶根的振动加速度和振动速度，并且将上述振动加速度和振动速度值的模拟信号由所述信号转换器转换为数字信号，再由所述传输模块传输至所述可编程逻辑控制模块，在所述可编程逻辑控制模块中对上述振动加速度和振动速度信号进行逻辑处理，再由传输模块输出上述经逻辑处理后的信号至所述分析计算模块，从而完成振波信号的收集与转换。
其中，所述分析计算模块比较所述第三振动感应模块检测到的发电机转速测量值和发电机转速设定值，对该比较结果进行比例积分运算后，得到发电机电磁扭矩的第一控制参数；再依次分别对发电机转速测量值进行带通滤波、微分运算和比例增益放大，以得到发电机电磁扭矩的第二控制参数，再利用该分析计算模块对上述发电机电磁扭矩的第一控制参数和第二控制参数计算矢量合，以得到发电机电磁扭矩给定值，将该电磁扭矩给定值反馈并用于控制风机的电磁扭矩，通过减振执行装置来执行减振动作，从而降低风机叶片在其旋转平面内的多阶频率振幅。
优选地，所述第一、第二振动感应模块在感应到相应的振动信号之后，对该信号进行滤波处理，以去除噪声的影响。
优选地，所述减振执行装置为液压减震器或主动式拉索控制器；该液压减震器或主动式拉索控制器分别安装于机舱内并与发电机连接，同时，液压减震器或主动式拉索控制器也安装于两两叶片之间的叶根处。
优选地，所述分析计算模块采用为pid控制器，在该控制器内对上述振动加速度和振动速度信号的测量值和参考值进行比较，并得到比较后的差值，根据该差值以计算得到所述液压减震器的活塞移动位移与移动加速度，或主动式拉索控制器的拉紧力；所述分析计算模块采用如下公式：
其中，u为上述pid控制器的输出值，也即所述液压减震器的活塞移动位移与移动加速度，或主动式拉索控制器的拉紧力，kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数，e为上述振动加速度和振动速度或主动式拉索控制器的拉紧力的测量值与参考值之间的差值。
优选地，根据对上述振动加速度和振动速度信号的测量值和参考值进行比较，并得到比较后的差值之后，可以根据该差值以计算得到所述液压减震器的液压油流量；
本发明还提供了一种风力发电风机叶片减振方法，包括有如下步骤：
步骤一：第一、第二振动感应模块用于分别感应叶片叶尖、叶根的振动加速度和振动速度，并且将上述振动加速度和振动速度值的模拟信号由所述信号转换器转换为数字信号；
步骤二：将上述数字信号由所述传输模块传输至所述可编程逻辑控制模块，在所述可编程逻辑控制模块中对上述振动加速度和振动速度信号进行逻辑处理，再由传输模块输出上述经逻辑处理后的信号至所述分析计算模块，从而完成振波信号的收集与转换；
步骤三：分析计算模块比较所述第三振动感应模块检测到的发电机转速测量值和发电机转速设定值，对该比较结果进行比例积分运算后，得到发电机电磁扭矩的第一控制参数；
步骤四：依次分别对发电机转速测量值进行带通滤波、微分运算和比例增益放大，以得到发电机电磁扭矩的第二控制参数；
步骤五：利用所述分析计算模块对上述发电机电磁扭矩的第一控制参数和第二控制参数计算矢量合，以得到发电机电磁扭矩给定值，将该电磁扭矩给定值反馈并用于控制风机的电磁扭矩，通过减振执行装置来执行减振动作，从而降低风机叶片在其旋转平面内的多阶频率振幅。
优选地，所述分析计算模块采用为pid控制器，在该控制器内对上述振动加速度和振动速度信号的测量值和参考值进行比较，并得到比较后的差值，根据该差值以计算得到所述液压减震器的活塞移动位移与移动加速度，或主动式拉索控制器的拉紧力；所述分析计算模块采用如下公式：
其中，u为上述pid控制器的输出值，也即所述液压减震器的活塞移动位移与移动加速度，或主动式拉索控制器的拉紧力，kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数，e为上述振动加速度和振动速度或主动式拉索控制器的拉紧力的测量值与参考值之间的差值。
（3）有益效果
与现有技术相比，本发明通过将振动感应模块安装于叶片上，尤其是叶片的叶尖和叶根位置处，在风力发电装置的运行过程中对叶片振动波形进行采集，实现了振动波形的远程无线采集；同时，本发明所述的减振方法计算发电机电磁扭矩的第一控制参数和第二控制参数的矢量合，并且在结构上将液压减震器安装于两两叶片之间的叶根处，大大降低了风机叶片在其旋转平面内的多阶频率振幅，改善了机组运行时的动态响应特性，实现了叶片的稳定运行，最终大大延长了风力发电装置的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的减振装置的信号传输示意图。
附图中的标记为：1-振波收集装置，2-分析计算模块，3-减振执行装置，4-第一振动感应模块，5-第二振动感应模块，6-第三振动感应模块，7-信号转换器，8-可编程逻辑控制模块，9-传输模块，10-信号处理模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种风力发电风机叶片减振装置，包括有振波收集装置1、分析计算模块2和减振执行装置3；所述振波收集装置1包括第一振动感应模块4、第二振动感应模块5、第三振动感应模块6、信号转换器7、可编程逻辑控制模块8、传输模块9和信号处理模块10；其中，所述第一振动感应模块4安装于风力发电装置每个叶片的叶尖处，所述第二振动感应5模块安装于风力发电装置每个叶片的叶根处，所述第三振动感应模块6安装于风力发电装置的机舱内的发电机位置处，上述第一、第二振动感应模块用于分别感应叶片叶尖、叶根的振动加速度和振动速度，并且将上述振动加速度和振动速度值的模拟信号由所述信号转换器7转换为数字信号，再由所述传输模块9传输至所述可编程逻辑控制模块8，在所述可编程逻辑控制模块8中对上述振动加速度和振动速度信号进行逻辑处理，再由传输模块9输出上述经逻辑处理后的信号至所述分析计算模块2，从而完成振波信号的收集与转换。
其中，所述分析计算模块2比较所述第三振动感应模块6检测到的发电机转速测量值和发电机转速设定值，对该比较结果进行比例积分运算后，得到发电机电磁扭矩的第一控制参数；再依次分别对发电机转速测量值进行带通滤波、微分运算和比例增益放大，以得到发电机电磁扭矩的第二控制参数，再利用该分析计算模块2对上述发电机电磁扭矩的第一控制参数和第二控制参数计算矢量合，以得到发电机电磁扭矩给定值，将该电磁扭矩给定值反馈并用于控制风机的电磁扭矩，通过减振执行装置3来执行减振动作，从而降低风机叶片在其旋转平面内的多阶频率振幅。
优选地，所述第一、第二振动感应模块在感应到相应的振动信号之后，对该信号进行滤波处理，以去除噪声的影响。
优选地，所述减振执行装置3为液压减震器；该液压减震器分别安装于机舱内并与发电机连接，同时，液压减震器也安装于两两叶片之间的叶根处。
优选地，所述分析计算模块2采用为pid控制器，在该控制器内对上述振动加速度和振动速度信号的测量值和参考值进行比较，并得到比较后的差值，根据该差值以计算得到所述液压减震器的活塞移动位移与移动加速度，或主动式拉索控制器的拉紧力；所述分析计算模块采用如下公式：
其中，u为上述pid控制器的输出值，也即所述液压减震器的活塞移动位移与移动加速度，或主动式拉索控制器的拉紧力，kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数，e为上述振动加速度和振动速度或主动式拉索控制器的拉紧力的测量值与参考值之间的差值。
优选地，根据对上述振动加速度和振动速度信号的测量值和参考值进行比较，并得到比较后的差值之后，可以根据该差值以计算得到所述液压减震器的液压油流量；
本发明还提供了一种风力发电风机叶片减振方法，包括有如下步骤：
步骤一：第一、第二振动感应模块用于分别感应叶片叶尖、叶根的振动加速度和振动速度，并且将上述振动加速度和振动速度值的模拟信号由所述信号转换器7转换为数字信号；
步骤二：将上述数字信号由所述传输模块9传输至所述可编程逻辑控制模块8，在所述可编程逻辑控制模块8中对上述振动加速度和振动速度信号进行逻辑处理，再由传输模块9输出上述经逻辑处理后的信号至所述分析计算模块2，从而完成振波信号的收集与转换；
步骤三：分析计算模块2比较所述第三振动感应模块6检测到的发电机转速测量值和发电机转速设定值，对该比较结果进行比例积分运算后，得到发电机电磁扭矩的第一控制参数；
步骤四：依次分别对发电机转速测量值进行带通滤波、微分运算和比例增益放大，以得到发电机电磁扭矩的第二控制参数；
步骤五：利用所述分析计算模块2对上述发电机电磁扭矩的第一控制参数和第二控制参数计算矢量合，以得到发电机电磁扭矩给定值，将该电磁扭矩给定值反馈并用于控制风机的电磁扭矩，通过减振执行装置3来执行减振动作，从而降低风机叶片在其旋转平面内的多阶频率振幅。
优选地，所述分析计算模块2采用为pid控制器，在该控制器内对上述振动加速度和振动速度信号的测量值和参考值进行比较，并得到比较后的差值，根据该差值以计算得到所述液压减震器的活塞移动位移与移动加速度，或主动式拉索控制器的拉紧力；所述分析计算模块采用如下公式：
其中，u为上述pid控制器的输出值，也即所述液压减震器的活塞移动位移与移动加速度，或主动式拉索控制器的拉紧力，kp、ki、kd分别为比例系数、积分系数、微分系数，e为上述振动加速度和振动速度或主动式拉索控制器的拉紧力的测量值与参考值之间的差值。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。