一种抑制风力发电机组塔架左右振动的控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风力发电机组控制技术领域，特别是设及一种抑制风力发电机组塔架 左右振动的控制方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着风电机组单机容量逐渐增大，机组塔架尺寸变大、重量上升从而导致固有频 率下降。同时，机组风轮直径越来越大，机组运行转速和范围越来越小，在该几种因素交错 发展下，塔架固有频率与机组运行激振频率交叉发生共振的概率越来越大。因此，综合考虑 机组整体性能、成本等方面因素，需要一种抑制在塔架固有频率范围发生共振的控制方法。
[0003] 现有技术中通过采集机舱内部的左右方向加速度信号，并根据加速度信号计算获 得发电机第一转矩信号。第一转矩信号与用于正常功率控制的第二转矩信号叠加获得变频 控制信号，并输出给发电机变流变频器实现转矩的控制，通过在发电机电磁转矩给定的基 础上再增加一个和塔架谐振频率上的较小波动，通过相位的调整来抵消谐振的作用，从而 实现对塔架振动的抑制。
[0004] 然而该方法中用于抵消塔架谐振的补偿转矩会影响功率输出品质，如何降低该补 偿转矩对功率输出的影响亟待解决。并且，该方法未对加速度信号做消差处理，容易产生累 积偏差，获得的附加转矩容易偏离希望值，从而降低控制效果，甚至导致功率输出不足或功 率超发等问题。
[0005] 同时，该方法对塔架振动的控制都在设计初设置好参数，当频率发生改变时，例如 海上风电机组，由于基础地质不同W及打粧深度不同等因素造成塔筒频率不同，设置好的 参数不能自动调整，造成控制目标偏移，从而降低控制效果。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种抑制风力发电机组塔架左右振动的控制方法及装置，W 实现降低补偿转矩对输出功率的影响，提高抑制塔架左右振动的控制效果。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种抑制风力发电机组塔架左右振动的控制方 法，该方法包括：
[000引获取塔架左右加速度a。，对所述塔架左右加速度a。进行消差处理得到消差后的加 速度a。；
[0009] 将所述加速度a。进行积分计算和滤波处理，得到塔架一阶固有频率《对应的速 度Vn;
[0010] 将测量到的发电机转速分别通过滤波处理和比例积分调节，得到所述塔架一 阶固有频率《对应的发电机转速Qw和输出转矩Tpi;
[0011] 依据所述发电机转速〇m，所述输出转矩Tpi和上一周期补偿转矩碎计算得到补偿 转矩系数Kb;
[0012] 利用所述Vw，所述Kb和所述Q W计算得到总补偿电磁转矩Tb，将所述Tb和所述Tpi 的相加结果作为控制信号，输入风电机组进行功率控制。
[0013] 优选的，所述对所述塔架左右加速度a。进行消差处理得到消差后的加速度a。，包 括：
[0014] 将所述机舱左右加速度a。通过特殊高通滤波器和低通滤波器，得到加速度a。；
[001引其中，所述特殊高通滤波器的传递函数为：//(.V) = 牛+似-，所述低通滤 C0- (t)~ 波器的传递函数为；w切=2 2; Ch是特殊高通滤波器的阻巧比，C1是低通滤 I I CU 波器的阻巧比，《是塔架左右一阶固有频率。
[0016] 优选的，所述将所述加速度a。进行积分计算和滤波处理，得到塔架一阶固有频率 ?对应的速度心包括：
[0017] 将所述加速度a。通过积分项，获得塔架左右振动速度V e;
[001引将所述塔架左右振动速度Vc通过带通滤波器，获得塔架一阶固有频率《对应的 速度Vc;
[0019] 其中，所述积分项的传递函数为：^(.v) = i，所述带通滤波器的传递函数为： W.v)= 户+叫，;是带通滤波器阻巧比，W是塔架一阶固有频率，T 1为时间常 数。
[0020] 优选的，所述将测量到的发电机转速n m通过滤波处理，得到所述塔架一阶固有频 率《对应的发电机转速Qw，包括：
[0021] 将测量到的发电机转速通过高通滤波器和带通滤波器，得到所述塔架一阶固 有频率《对应的发电机转速Qw;
[0022] 其中，所述高通滤波器的传递函数为：!!(、'、二2 ' , 2,所述带通滤波器 文 +2&,2(m +仍 …\ 2(，(us'(l + r，'v) 的传递函数为；; Ch2是高通滤波器阻巧比，《是塔架一阶固有频 率，G是放大系数，C 2是带通滤波器阻巧比，T 2为时间常数。
[0023] 优选的，所述依据所述发电机转速〇m，所述输出转矩Tpi和上一周期补偿转矩皆 计算得到补偿转矩系数Kb，包括：
[0024] 依据所述发电机转速〇m，所述输出转矩Tpi和上一周期补偿转矩砖计算限制系数 Kt;其中，反,=(巧，,。、.-咕X爲)/化-皆)/7；,,。、.，Pm。为最大功率限制，TbmJ%最大补偿转矩 限制；
[002引将系数Kt与饱和系数K。相比较，得到系数K X;其中，Kx的表达式为：
【主权项】
1. 一种抑制风力发电机组塔架左右振动的控制方法，其特征在于，包括： 获取塔架左右加速度am，对所述塔架左右加速度am进行消差处理得到消差后的加速度 ac; 将所述加速度a。进行积分计算和滤波处理，得到塔架一阶固有频率ω对应的速度VN; 将测量到的发电机转速Ωπ分别通过滤波处理和比例积分调节，得到所述塔架一阶固 有频率ω对应的发电机转速Ω Ν和输出转矩Tpi; 依据所述发电机转速Ωπ，所述输出转矩Tpi和上一周期补偿转矩7：计算得到补偿转矩 系数Kb; 利用所述Vn，所述Kb和所述Ω Ν计算得到总补偿电磁转矩T b，将所述Tb和所述T ΡΙ的相 加结果作为控制信号，输入风电机组进行功率控制。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述塔架左右加速度a m进行消差处 理得到消差后的加速度a。，包括： 将所述机舱左右加速度am通过特殊高通滤波器和低通滤波器，得到加速度a。； 其中，所述特殊高通滤波器的传递函数为
，所述低通滤波器 的传递函数为：
ξ h是特殊高通滤波器的阻尼比，ξ i是低通滤波器 的阻尼比，ω是塔架左右一阶固有频率。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述加速度a。进行积分计算和滤波 处理，得到塔架一阶固有频率ω对应的速度V n，包括： 将所述加速度a。通过积分项，获得塔架左右振动速度V 将所述塔架左右振动速度V。通过带通滤波器，获得塔架一阶固有频率ω对应的速度 Vc; 其中，所述积分项的传递函数为：
，所述带通滤波器的传递函数为：
;I1是带通滤波器阻尼比，ω是塔架一阶固有频率，τ 时间常 数。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将测量到的发电机转速Ω m通过滤波处 理，得到所述塔架一阶固有频率ω对应的发电机转速ΩΝ，包括： 将测量到的发电机转速〇1]1通过高通滤波器和带通滤波器，得到所述塔架一阶固有频 率ω对应的发电机转速Ων; 其中，所述高通滤波器的传递函数为：
，所述带通滤波器的传 递函数为：
；〖!^是高通滤波器阻尼比，ω是塔架一阶固有频率，G 是放大系数，ξ2是带通滤波器阻尼比，τ 2为时间常数。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述发电机转速Ω m，所述输出转 矩Tpi和上一周期补偿转矩2Γ计算得到补偿转矩系数Kb，包括： 依据所述发电机转速Ωπ，所述输出转矩Tpi和上一周期补偿转矩7：计算限制系数Kt; 其中，
Pmax为最大功率限制，Tbmax为最大补偿转矩限 制； 将系数Kt与饱和系数K。相比较，得到系数K χ;其中，Kx的表达式为：
依据系数&和K Α获得补偿转矩系数K b;其中，K b= K χΧΚΑ，系数Ka为用于增加塔架左 右阻尼比的系数。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述Vn，所述Kb和所述Ω Ν计算得 到总补偿电磁转矩Tb，包括： 利用所述\，所述Kb计算得到TTb;其中，TTb= KbXVN，所述TTb为当前周期下对应塔架 左右振动速度的补偿电磁转矩； 利用所述Kb和所述Ω ^十算得到Teb;其中，Teb= KbX ΩΝ，Teb为对应发电机转速的补 偿电磁转矩； 利用所述TTb和所述T eb计算得到总补偿电磁转矩T b;其中，T b= T Tb+Teb。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 利用所述加速度a。和所述发电机转速Ω m计算得塔架当前能量最集中的频率ω p; 将所述ωρ与所述塔架一阶固有频率ω进行比较，判断频率偏移是否在较小范围内； 若否，对所述塔架一阶固有频率ω进行调整。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述塔架一阶固有频率ω进行调整， 包括： 判断所述频率偏移是否超过预设范围；若是，触发报警信号；若否，将所述塔架一阶固 有频率ω的数值调整为所述〇^的数值。
9. 一种抑制风力发电机组塔架左右振动的控制装置，其特征在于，用于实现如权利要 求1?6中任意一项所述的抑制风力发电机组塔架左右振动的控制方法，包括： 消差模块，用于对塔架左右加速度am进行消差处理得到消差后的加速度a。； 第一运算模块，用于将所述加速度a。进行积分计算和滤波处理，得到塔架一阶固有频 率ω对应的速度Vn; 第二运算模块，用于将测量到的发电机转速Ωπ通过滤波处理，得到所述塔架一阶固有 频率ω对应的发电机转速Ων; 转矩PI控制器，用于将测量到的发电机转速Ωπ通过比例积分调节，得到输出转矩 Tpi; 补偿转矩系数计算模块，用于依据所述发电机转速Ωπ，所述输出转矩Tpi和上一周期 补偿转矩?计算得到补偿转矩系数Kb; 第三运算模块，用于利用所述Vn，所述Kb和所述Ω N计算得到总补偿电磁转矩Tb，将所 述Tb和所述T PI的相加结果作为控制信号，输入风电机组进行功率控制。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 频率在线调整模块，用于利用所述加速度a。和所述发电机转速Ω m计算得塔架当前能 量最集中的频率ωρ;将所述ω p与所述塔架一阶固有频率ω进行比较，判断频率偏移是否 在较小范围内；若否，对所述塔架一阶固有频率ω进行调整。
【专利摘要】本发明公开了一种抑制风力发电机组塔架左右振动的控制方法及装置，该方法包括：获取塔架左右加速度am，对所述塔架左右加速度am进行消差处理得到消差后的加速度ac；将所述加速度ac进行积分计算和滤波处理，得到塔架一阶固有频率ω对应的速度VN；将测量到的发电机转速Ωm分别通过滤波处理和比例积分调节，得到所述塔架一阶固有频率ω对应的发电机转速ΩN和输出转矩TPI；依据所述发电机转速Ωm，所述输出转矩TPI和上一周期补偿转矩Tb*计算得到补偿转矩系数Kb；利用所述VN，所述Kb和所述ΩN计算得到总补偿电磁转矩Tb，将所述Tb和所述TPI的相加结果作为控制信号，输入风电机组进行功率控制。该方法实现降低补偿转矩对输出功率的影响，提高抑制塔架左右振动的控制效果。
【IPC分类】F03D11-04, F03D7-00
【公开号】CN104533732
【申请号】CN201510035475
【发明人】杨微, 陶友传, 陶芬, 刘杰, 韩花丽
【申请人】中船重工(重庆)海装风电设备有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月23日