风力发电机组转速共振保护方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及风力发电机组技术领域，尤其涉及到一种风力发电机组转速共振保护方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.随着风力发电技术的发展以及市场的需求，风力发电机组容量越来越大，叶片越来越长。加之国内风电开始平价上网，为降低机组成本，以应对风力发电平价上网挑战，通过优化设计，不断降低叶片重量和刚度，导致叶片变形越来越大，固有频率也越来越低。同时塔筒高度不断增加，重量也在不断减轻，塔筒的变形增大，固有频率也不断降低。
3.风力发电机组的整机动力学仿真和现场实际运行都表明，轻量化、大型化的叶片和塔筒将更容易发生固有频率的耦合振动，或者是在外界特定工况下将激发某些固有频率的激振，导致传动轴转速共振。由于很难完全避免此类共振，因此有必要对此类共振进行监督保护，但是又要避免误报，需要把传动轴转速共振和由于风速正常情况下的随机波动而引起的传动轴转速正常波动区分开。
4.因此，如何在较短时间内检测出风力发电机组的传动轴转速共振，是一个亟需解决的技术问题。
5.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种风力发电机组转速共振保护方法、装置、设备及存储介质，旨在解决目前风力发电机组甄别传动轴转速共振和风速正常下随机波动引起的传动轴转速正常波动困难的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明提供一种风力发电机组转速共振保护方法，所述方法包括以下步骤：
8.获取风力发电机组在目标时段的传动轴转速时间序列，并对所述传动轴转速时间序列执行差分运算，获得差分序列；
9.构建自回归滑动平均模型，并根据所述差分序列和随机白噪声序列，确定所述自回归滑动平均模型的系数；
10.获取所述自回归滑动平均模型的特征方程，确定所述特征方程的根；
11.根据每个根的阻尼系数，判断是否存在小于预设值的阻尼系数，若是，控制风力发电机组停机。
12.可选的，所述传动轴转速时间序列为：[ω
1 ω
2 ... ω
l-1 ω
l
]，l表示采样的点数，总共采样时间t＝l
×
δt，δt为采样周期，t为目标时段的时长。
[0013]
可选的，所述差分序列为：[δω
1 δω
2 ... δω
l-2 δω
l-1
]，其中δωi＝ω
i+1-ωi，i＝1，2，...，l-1。
[0014]
可选的，所述自回归滑动平均模型的表达式为：
[0015][0016]
其中，n为自回归阶数，m为滑动平均阶数，且n≥m；ak，k＝0，1，...n-1是自回归系数；y(n-k)，k＝0，1，...n-1是模型的输出；bj，j＝0，1，...m-1是滑动平均系数，u(m-j)，j＝0，1，...m-1是模型的输入。
[0017]
可选的，所述随机白噪声序列为：[ε
1 ε
2 ... ε
l-2 ε
l-1
]。
[0018]
可选的，所述自回归滑动平均模型的特征方程为：
[0019]
可选的，所述阻尼系数的表达式为：
[0020][0021][0022]
其中，im(si)表示取si的虚部，re(si)表示取si的实部，ξi表示对应根xi的阻尼系数，xi,i＝1,2,...n为特征方程的根。
[0023]
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种风力发电机组转速共振保护装置，所述风力发电机组转速共振保护装置包括：
[0024]
运算模块，用于获取风力发电机组在目标时段的传动轴转速时间序列，并对所述传动轴转速时间序列执行差分运算，获得差分序列；
[0025]
构建模块，用于构建自回归滑动平均模型，并根据所述差分序列和随机白噪声序列，确定所述自回归滑动平均模型的系数；
[0026]
确定模块，用于获取所述自回归滑动平均模型的特征方程，确定所述特征方程的根；
[0027]
判断模块，用于根据每个根的阻尼系数，判断是否存在小于预设值的阻尼系数，若是，控制风力发电机组停机。
[0028]
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种风力发电机组转速共振保护设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的风力发电机组转速共振保护方法程序，所述风力发电机组转速共振保护方法程序被所述处理器执行时实现上述的风力发电机组转速共振保护方法的步骤。
[0029]
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有风力发电机组转速共振保护方法程序，所述风力发电机组转速共振保护方法程序被处理器执行时实现上述的风力发电机组转速共振保护方法的步骤。
[0030]
本发明实施例提出的一种风力发电机组转速共振保护方法、装置、设备及存储介质，该方法包括获取风力发电机组在目标时段的传动轴转速时间序列，并对所述传动轴转速时间序列执行差分运算，获得差分序列；构建自回归滑动平均模型，并根据所述差分序列和随机白噪声序列，确定所述自回归滑动平均模型的系数；获取所述自回归滑动平均模型的特征方程，确定所述特征方程的根；根据每个根的阻尼系数，判断是否存在小于预设值的
阻尼系数，若是，控制风力发电机组停机。本发明通过利用共振机理，动态识别不同模态的阻尼系数，进而实时检测传动轴是否发生共振，保护机组运行安全，进而降低设计成本，避免反复调试测试，适用于不同机型。
附图说明
[0031]
图1为本发明一种风力发电机组转速共振保护设备的结构示意图；
[0032]
图2为本发明一种风力发电机组转速共振保护方法的流程示意图；
[0033]
图3为本发明风力发电机组转速共振保护方法的原理示意图；
[0034]
图4为本发明一种风力发电机组转速共振保护装置的结构框图。
[0035]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0036]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037]
目前，在相关技术领域，风力发电机组甄别传动轴转速共振和风速正常下随机波动引起的传动轴转速正常波动困难。
[0038]
为了解决这一问题，提出本发明的风力发电机组转速共振保护方法的各个实施例。本发明提供的风力发电机组转速共振保护方法通过利用共振机理，动态识别不同模态的阻尼系数，进而实时检测传动轴是否发生共振，保护机组运行安全，进而降低设计成本，避免反复调试测试，适用于不同机型。
[0039]
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的风力发电机组转速共振保护设备的结构示意图。
[0040]
设备可以是移动电话、智能电话、笔记本电脑、数字广播接收器、个人数字助理(pda)、平板电脑(pad)等用户设备(user equipment，ue)、手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、移动台(mobile station，ms)等。设备可能被称为用户终端、便携式终端、台式终端等。
[0041]
通常，设备包括：至少一个处理器301、存储器302以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的风力发电机组转速共振保护方法程序，所述风力发电机组转速共振保护方法程序配置为实现如前所述的风力发电机组转速共振保护方法的步骤。
[0042]
处理器301可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器301可以采用dsp(digital signal processing，数字信号处理)、fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)、pla(programmable logic array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器301也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu(central processingunit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器301可以在集成有gpu(graphics processing unit，图像处理器)，gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。处理器301还可以包括ai(artificial intelligence，人工智能)处理器，该ai处理器用于处理有关风力发电机组转速共振保护方法操作，使得风力发电机组转速共振保护方法模型可以自主训练学习，提高效率和准确度。
[0043]
存储器302可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器302还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器302中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器301所执行以实现本技术中方法实施例提供的风力发电机组转速共振保护方法。
[0044]
在一些实施例中，终端还可选包括有：通信接口303和至少一个外围设备。处理器301、存储器302和通信接口303之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与通信接口303相连。具体地，外围设备包括：射频电路304、显示屏305和电源306中的至少一种。
[0045]
通信接口303可被用于将i/o(input/output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器301和存储器302。通信接口303通过外围设备用于接收用户上传的多个移动终端的移动轨迹以及其他数据。在一些实施例中，处理器301、存储器302和通信接口303被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器301、存储器302和通信接口303中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。
[0046]
射频电路304用于接收和发射rf(radio frequency，射频)信号，也称电磁信号。射频电路304通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信，从而可获取多个移动终端的移动轨迹以及其他数据。射频电路304将电信号转换为电磁信号进行发送，或者，将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地，射频电路304包括：天线系统、rf收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码芯片组、用户身份模块卡等等。射频电路304可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于：城域网、各代移动通信网络(2g、3g、4g及5g)、无线局域网和/或wifi(wireless fidelity，无线保真)网络。在一些实施例中，射频电路304还可以包括nfc(near field communication，近距离无线通信)有关的电路，本技术对此不加以限定。
[0047]
显示屏305用于显示ui(user interface，用户界面)。该ui可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。当显示屏305是触摸显示屏时，显示屏305还具有采集在显示屏305的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器301进行处理。此时，显示屏305还可以用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘，也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中，显示屏305可以为一个，电子设备的前面板；在另一些实施例中，显示屏305可以为至少两个，分别设置在电子设备的不同表面或呈折叠设计；在再一些实施例中，显示屏305可以是柔性显示屏，设置在电子设备的弯曲表面上或折叠面上。甚至，显示屏305还可以设置成非矩形的不规则图形，也即异形屏。显示屏305可以采用lcd(liquidcrystal display，液晶显示屏)、oled(organic light-emitting diode,有机发光二极管)等材质制备。
[0048]
电源306用于为电子设备中的各个组件进行供电。电源306可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源306包括可充电电池时，该可充电电池可以支持有线充电或无线充电。该可充电电池还可以用于支持快充技术。
[0049]
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对风力发电机组转速共振保护设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0050]
本发明实施例提供了一种风力发电机组转速共振保护方法，参照图2，图2为本发明风力发电机组转速共振保护方法实施例的流程示意图。
[0051]
本实施例中，所述风力发电机组转速共振保护方法包括以下步骤：
[0052]
步骤s100：获取风力发电机组在目标时段的传动轴转速时间序列，并对所述传动轴转速时间序列执行差分运算，获得差分序列。
[0053]
步骤s200：构建自回归滑动平均模型，并根据所述差分序列和随机白噪声序列，确定所述自回归滑动平均模型的系数；
[0054]
步骤s300：获取所述自回归滑动平均模型的特征方程，确定所述特征方程的根；
[0055]
步骤s400：根据每个根的阻尼系数，判断是否存在小于预设值的阻尼系数，若是，控制风力发电机组停机。
[0056]
在本实施例中，提供一种风力发电机组转速共振保护方法，首先基于测量的传动轴转速值，记录一段时间长度的传动轴转速时间序列；其次，对获取的传动轴转速时间序列进行一阶差分，获取传动轴转速的平稳差分时间序列；再次，选取预设阶数的滑动平均自回归模型进行数据拟合，得到自回归模型的系数；然后，求取预设阶数的滑动平均自回归模型的特征根，并计算其阻尼比，作为该段数据所识别的目标阻尼比；最后，预设许可的临界阻尼比，判断目标阻尼比是否超过预设的临界阻尼比，若任意一个目标阻尼比超过预设的临界阻尼比，则出发机组快速停机，避免机组传动轴转速共振，保护机组运行安全。
[0057]
如图3所示，具体而言，风力发电机组转速共振保护包括如下详细步骤：
[0058]
步骤一：采集一段时间t的传动轴转速[ω
1 ω
2 ... ω
l-1 ω
l
]时间序列，其中l表示采样的点数，总共采样时间t＝l
×
δt，δt为采样周期；
[0059]
步骤二：对第一步采集的传动轴转速时间序列做一阶差分运算得到
[0060]
[δω
1 δω
2 ... δω
l-2 δω
l-1
]
ꢀꢀ
(1)
[0061]
其中δωi＝ω
i+1-ωi，i＝1，2，...，l-1；
[0062]
步骤三：产生长度为l-1的随机白噪声序列
[0063]
[ε
1 ε
2 ... ε
l-2 ε
l-1
]
ꢀꢀ
(2)
[0064]
步骤四：假设自回归滑动平均模型的结构为
[0065][0066]
其中n为自回归阶数，m为滑动平均阶数，且n≥m。ak，k＝0，1，...n-1是自回归系数，y(n-k)，k＝0，1，...n-1是模型的输出，bj，j＝0，1，...m-1是滑动平均系数，u(m-j)，j＝0，1，...m-1是模型的输入；
[0067]
步骤五：将传动轴转速一阶差分序列(1)和随机白噪声序列(2)带入(3)，并用递推最小二乘法，求出模型(3)中的系数值；
[0068]
步骤六：列出模型(3)的特征方程
[0069][0070]
并计算出(4)式的所有根xi，i＝1，2，...n；
[0071]
步骤七：计算(4)式所有根的阻尼系数
[0072]
[0073][0074]
其中im(si)表示取si的虚部，re(si)表示取si的实部，ξi表示对应根xi的阻尼系数；
[0075]
步骤八：得到所有阻尼系数ξi，i＝1，2，...n后，与预设的临界阻尼系数ξ0做比较，若任意一个ξi＜ξ0即控制风机停机。
[0076]
本实施例提供一种风力发电机组转速共振保护方法，本发明通过利用共振机理，动态识别不同模态的阻尼系数，进而实时检测传动轴是否发生共振，保护机组运行安全，进而降低设计成本，避免反复调试测试，适用于不同机型，解决了目前风力发电机组甄别传动轴转速共振和风速正常下随机波动引起的传动轴转速正常波动困难的技术问题。
[0077]
参照图4，图4为本发明风力发电机组转速共振保护装置实施例的结构框图。
[0078]
如图4所示，本发明实施例提出的风力发电机组转速共振保护装置包括：
[0079]
运算模块10，用于获取风力发电机组在目标时段的传动轴转速时间序列，并对所述传动轴转速时间序列执行差分运算，获得差分序列；
[0080]
构建模块20，用于构建自回归滑动平均模型，并根据所述差分序列和随机白噪声序列，确定所述自回归滑动平均模型的系数；
[0081]
确定模块30，用于获取所述自回归滑动平均模型的特征方程，确定所述特征方程的根；
[0082]
判断模块40，用于根据每个根的阻尼系数，判断是否存在小于预设值的阻尼系数，若是，控制风力发电机组停机。
[0083]
本发明风力发电机组转速共振保护装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。
[0084]
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有风力发电机组转速共振保护方法程序，所述风力发电机组转速共振保护方法程序被处理器执行时实现如上文所述的风力发电机组转速共振保护方法的步骤。因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本技术所涉及的计算机可读存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本技术方法实施例的描述。确定为示例，程序指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。
[0085]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，上述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
[0086]
另外需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以
理解并实施。
[0087]
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用cpu、专用存储器、专用元器件等来实现。一般情况下，凡由计算机程序完成的功能都可以很容易地用相应的硬件来实现，而且，用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。但是，对本发明而言更多情况下软件程序实现是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘、u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。