一种风电机组振动的监测和控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电机组振动控制领域，特别是涉及一种风电机组振动的监测和控制 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着风电机组不断朝大功率化方向发展，塔架高度、风轮直径和机舱整体的重量 都不断增加，振动问题日益突出。机组振动幅度过大不仅有可能引起故障停机，损失发电 量，还会影响机组内各部件的寿命和机组长期的安全稳定运行。
[0003] 根据实际经验，引起风电机组机舱振动的主要原因为有很多种，如图Ia-Id所示， 包括振动激励来自于叶片不平衡产生的轴向或侧向摆动、风湍流引起塔筒的前后晃动或转 矩控制引起的塔筒左右摆振等。
[0004] 现有的减少风电机组振动问题控制方法一般是把风电机组振动传感器安装在机 架上，有前后和左右两个方向的振动监测，一般情况下当振动值超过报警限值时，风机会故 障停机。这种保护方式属于被动保护，当振动值超过报警限值停机时，风机振动已经很大， 对机组已经造成一定影响。
[0005] 由此可见，上述现有的可减少风电机组振动问题的控制方法在方法与使用上，显 然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可彻底解决因变桨调节 和传动链旋转频率等引起的机舱振动问题，且不需要增加任何设备成本的新的风电机组振 动的监测和控制方法及系统，实属当前重要研发课题之一。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种风电机组振动的监测和控制方法及系统，使 其可彻底解决因变桨调节和传动链旋转频率等引起的机舱振动问题，且不需要增加任何设 备成本，从而克服现有技术的不足。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明一种风电机组振动的监测和控制方法，包括：采集步 骤，获取风电机组的机舱振动信号；计算步骤，根据机舱振动信号，计算机舱振动频率值； 识别步骤，根据计算得到的振动频率判断激振源；振动消减步骤，根据激振源滤除控制信号 中的激振频率。
[0008] 作为本发明的一种改进，所述的激振源为叶轮、传动链、变流器或变桨装置，所述 的识别步骤是通过叶轮模型、传动链模型、变流器模型、变桨模型的特征频率是否接近于所 述振动频率值的判断来确定激振源。
[0009] 当风机运行在额定状态以下时，所述的叶轮模型的特征频率为叶轮转速基频和叶 轮转速的三倍频，若此时叶轮被判断为激振源，所述的振动消减步骤是通过调节控制信号 中的变桨目标值或转矩目标值，使叶轮转速迅速通过三倍频转速区域；当风机运行在额定 状态以上时，所述的叶轮模型的特征频率为变桨位置的变化频率，若此时叶轮被判断为激 振源，所述的振动消减步骤是对变桨控制器的输入转速信号及控制输出信号中的变桨目标 值进行滤波处理，滤除其在机舱振动频率值附近的频率。
[0010]当风机运行在额定状态以下时，所述的传动链模型的特征频率为传动链的固有频 率；当风机运行在额定状态以上时，所述的传动链模型的特征频率为发电机转速围绕额定 转速波动的频率；当判断传动链为激振源时，所述的振动消减步骤对转矩控制器输入端的 发电机转速信号进行滤波处理，滤除发电机转速信号中机舱振动频率值附近的频率。
[0011] 所述的变流器模型的特征频率为发电机转矩随转矩目标值变化的频率；当判断变 流器为激振源时，所述的振动消减步骤是对转矩控制器的输入转速信号及控制输出信号中 的转矩目标值进行滤波处理，滤除其在机舱振动频率值附近的频率。
[0012] 当风机运行在额定状态以下时，变桨装置不被判断为激励源；当风机运行在额定 状态以上时，所述的变桨模型的特征频率为变桨位置随变桨目标值变化的频率；当判断变 桨装置为激振源时，所述的振动消减步骤是对变桨控制器的输入转速信号及控制输出信号 中的变桨目标值进行滤波处理，滤除其在机舱振动频率值附近的频率。
[0013] 所述的振动消减步骤采用的滤波公式
【主权项】
1. 一种风电机组振动的监测和控制方法，其特征在于包括： 采集步骤，获取风电机组的机舱振动信号； 计算步骤，根据机舱振动信号，计算机舱振动频率值； 识别步骤，根据计算得到的振动频率判断激振源； 振动消减步骤，根据激振源滤除控制信号中的激振频率。
2. 根据权利要求1所述的风电机组振动的监测和控制方法，其特征在于所述的激振源 为叶轮、传动链、变流器或变桨装置，所述的识别步骤是通过叶轮模型、传动链模型、变流器 模型、变桨模型的特征频率是否接近于所述振动频率值的判断来确定激振源。
3. 根据权利要求2所述的风电机组振动的监测和控制方法，其特征在于： 当风机运行在额定状态以下时，所述的叶轮模型的特征频率为叶轮转速基频和叶轮转 速的三倍频，若此时叶轮被判断为激振源，所述的振动消减步骤是通过调节控制信号中的 变桨目标值或转矩目标值，使叶轮转速迅速通过三倍频转速区域； 当风机运行在额定状态以上时，所述的叶轮模型的特征频率为变桨位置的变化频率， 若此时叶轮被判断为激振源，所述的振动消减步骤是对变桨控制器的输入转速信号及控制 输出信号中的变桨目标值进行滤波处理，滤除其在机舱振动频率值附近的频率。
4. 根据权利要求2所述的风电机组振动的监测和控制方法，其特征在于： 当风机运行在额定状态以下时，所述的传动链模型的特征频率为传动链的固有频率； 当风机运行在额定状态以上时，所述的传动链模型的特征频率为发电机转速围绕额定 转速波动的频率； 当判断传动链为激振源时，所述的振动消减步骤对转矩控制器输入端的发电机转速信 号进行滤波处理，滤除发电机转速信号中机舱振动频率值附近的频率。
5. 根据权利要求2所述的风电机组振动的监测和控制方法，其特征在于： 所述的变流器模型的特征频率为发电机转矩随转矩目标值变化的频率； 当判断变流器为激振源时，所述的振动消减步骤是对转矩控制器的输入转速信号及控 制输出信号中的转矩目标值进行滤波处理，滤除其在机舱振动频率值附近的频率。
6. 根据权利要求2所述的风电机组振动的监测和控制方法，其特征在于： 当风机运行在额定状态以下时，变桨装置不被判断为激励源； 当风机运行在额定状态以上时，所述的变桨模型的特征频率为变桨位置随变桨目标值 变化的频率； 当判断变桨装置为激振源时，所述的振动消减步骤是对变桨控制器的输入转速信号及 控制输出信号中的变桨目标值进行滤波处理，滤除其在机舱振动频率值附近的频率。
7. 根据权利要求3-6中任一项所述的风电机组振动的监测和控制方法，其特征在于所 S2 +2ζ,ω^ + ω,2 述的振动消减步骤采用的滤波公式为y + 2&其中，ζ为阻尼，ω为频率，s为 -2 2 2 , 拉普拉斯算子。
8. 根据权利要求2所述的风电机组振动的监测和控制方法，其特征在于所述的接近为 在所述振动频率值± 5 %的范围内。
9. 根据权利要求1所述的风电机组振动的监测和控制方法，其特征在于： 所述的计算步骤还包括计算机舱振动加速度有效值，并将得到的振动加速度有效值与 阀值a进行比较，当该振动加速度有效值超过阀值a时启动所述振动消减步骤的消减激活 判断步骤； 所述的振动消减步骤之后，还包括再次采集、计算机舱振动加速度有效值，并将其与阀 值b进行比较，并当该振动加速度有效值不小于阀值b时重复振动消减步骤，直至机舱的振 动加速度有效值小于阀值b的消减退出判断步骤。
10. 根据权利要求9所述的风电机组振动的监测和控制方法，其特征在于所述的阀值a 为振动报警值的二分之一，所述的阀值b为振动报警值的四分之一。
11. 一种应用权利要求1-10中任一项所述方法的风电机组振动的监测和控制系统，其 特征在于包括： 采集模块，用于获取风电机组的机舱振动信号； 计算模块，用于根据机舱振动信号，计算机舱振动频率值； 识别模块，用于根据计算得到的振动频率判断激振源； 振动消减模块，用于根据激振源滤除控制信号中的激振频率。
12. 根据权利要求11所述的风电机组振动的监测和控制系统，其特征在于： 所述的计算模块还用于计算机舱振动加速度有效值； 还包括消减激活判断模块，用于将计算模块得到的振动加速度有效值与阀值a进行比 较，并在振动加速度有效值超过阀值a时启动所述振动消减模块； 还包括消减退出判断模块，用于在振动消减步骤之后再次采集、计算机舱振动加速度 有效值，并将其与阀值b进行比较，并当该振动加速度有效值不小于阀值b时由振动消减模 块重复振动消减步骤，直至机舱的振动加速度有效值小于阀值b时使振动消减模块退出。
【专利摘要】本发明是关于一种风电机组振动的监测和控制方法及系统，该方法包括：采集步骤，获取风电机组的机舱振动信号；计算步骤，根据机舱振动信号，计算机舱振动频率值；识别步骤，根据计算得到的振动频率判断激振源；振动消减步骤，根据激振源滤除控制信号中的激振频率。该系统包括采集模块、计算模块、识别模块和振动消减模块。本发明一种风电机组振动的监测和控制方法及系统，可彻底解决因变桨调节和传动链旋转频率等引起的机舱振动问题，且不需要增加任何设备成本。
【IPC分类】F03D7-00
【公开号】CN104632522
【申请号】CN201510002190
【发明人】刘昊, 李强, 吴行健
【申请人】国电联合动力技术有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月4日