柔性塔筒共振避让控制方法、电子设备和系统与流程

本公开涉及风力发电，具体地，涉及一种柔性塔筒共振避让控制方法、电子设备和系统。

背景技术：

1、随着新能源产业的迅猛发展。为捕获更多风能，高塔筒、长叶片技术应运而生，极大提高了风电机组的单机容量和发电能力。相较于传统的低容量刚性塔筒风电机组，柔性塔筒风电机组的固有频率更低，若风电机组长期运行在塔筒一阶固有频率附近，由共振产生的疲劳载荷将会严重降低风电机组的运行寿命，甚至直接影响机组的安全稳定。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种柔性塔筒共振避让控制方法、电子设备和系统，以实现共振频率的有效避让，保障风电机组安全运行。

2、为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种柔性塔筒共振避让控制方法，该方法包括：

3、响应于接收到高频采样指令，确定第一采样模式下的当前周期的第一运行参数，其中，所述第一运行参数包括第一风轮旋转频率、第一塔筒振动频率、第一塔筒振动峰值和第一塔筒振动有效值；

4、若所述当前周期的所述第一塔筒振动峰值和所述第一塔筒振动有效值满足预设条件，则在风轮转速处于第一风轮转速限制区间的情况下，控制风电机组采用第一转速跳跃控制策略；

5、若所述第一风轮旋转频率或所述第一塔筒振动频率在第一频率范围内，且所述第一塔筒振动峰值和所述第一塔筒振动有效值满足所述预设条件的连续次数大于第一次数阈值，则在所述风轮转速处于第二风轮转速限制区间的情况下，控制所述风电机组采用第二转速跳跃控制策略，所述第一风轮转速限制区间小于所述第二风轮转速限制区间。

6、可选地，确定满足所述预设条件，包括：

7、根据所述第一塔筒振动峰值和上一周期的塔筒振动峰值，确定峰值增长比例；

8、根据所述第一塔筒振动有效值和上一周期的塔筒振动有效值，确定有效值增长比例；

9、若所述峰值增长比例大于第一增长比例阈值，并且所述有效值增长比例大于第二增长比例阈值，则确定满足所述预设条件。

10、可选地，所述第一转速跳跃控制策略中控制风轮转速改变的第一速率，小于所述第二转速跳跃控制策略中控制风轮转速改变的第二速率。

11、可选地，所述方法还包括：

12、若所述第一风轮旋转频率或所述第一塔筒振动频率在所述第一频率范围内，且所述第一塔筒振动峰值和所述第一塔筒振动有效值满足所述预设条件的连续次数大于第二次数阈值，则控制所述风电机组停机，所述第二次数阈值大于所述第一次数阈值。

13、可选地，在接收到所述高频采样指令之前，所述方法还包括：

14、确定第二采样模式下的当前周期的第二运行参数，其中，所述第二运行参数包括第二风轮旋转频率、第二塔筒振动频率、第二塔筒振动峰值和第二塔筒振动有效值，其中，所述第一采样模式下的采样频率大于所述第二采样模式下的采样频率，所述第一采样模式下的采样时长大于所述第二采样模式下的采样时长；

15、若所述第二风轮旋转频率和所述第二塔筒振动频率在第二频率范围之外，则控制所述风电机组采用风轮最大能量跟踪模式的控制策略，所述第二频率范围大于所述第一频率范围；

16、若所述第二风轮旋转频率或所述第二塔筒振动频率在所述第二频率范围之内，则生成所述高频采样指令。

17、可选地，所述方法还包括：

18、若所述当前周期的所述第一塔筒振动峰值和所述第一塔筒振动有效值满足预设条件，则在所述风轮转速未处于第一风轮转速限制区间的情况下，控制所述风电机组采用风轮最大能量跟踪模式的控制策略。

19、可选地，所述方法还包括：

20、若所述第一风轮旋转频率或所述第一塔筒振动频率在第一频率范围内，且所述第一塔筒振动峰值和所述第一塔筒振动有效值满足所述预设条件的连续次数大于第一次数阈值，则在所述风轮转速未处于第二风轮转速限制区间的情况下，控制所述风电机组采用风轮最大能量跟踪模式的控制策略。

21、可选地，所述方法还包括：

22、根据塔筒一阶固有频率和第一系数组，确定所述第一风轮转速限制区间；

23、根据所述塔筒一阶固有频率和第二系数组，确定所述第二风轮转速限制区间，其中，所述第一系数组的最小值大于所述第二系数组的最小值，所述第一系数组的最大值小于所述第二系数组的最大值。

24、可选地，所述响应于接收到的高频采样指令，确定第一采样模式下的当前周期的第一运行参数，包括：

25、响应于接收到的高频采样指令，获取第一采样模式下当前周期的风轮转速信号和塔筒振动信号；

26、对所述风轮转速信号进行快速傅里叶变换，确定所述第一风轮旋转频率；

27、对所述塔筒振动信号进行快速傅里叶变换，确定所述第一塔筒振动频率；

28、将所述塔筒振动信号在预设范围内的最大值，确定为所述第一塔筒振动峰值；

29、将所述当前周期内所述塔筒振动信号的加权平均值，确定为所述第一塔筒振动有效值。

30、本公开第二方面提供一种柔性塔筒共振避让控制装置，该装置包括：

31、第一确定模块，用于响应于接收到的高频采样指令，确定第一采样模式下的当前周期的第一运行参数，其中，所述第一运行参数包括第一风轮旋转频率、第一塔筒振动频率、第一塔筒振动峰值和第一塔筒振动有效值；

32、第一控制模块，用于若所述当前周期的所述第一塔筒振动峰值和所述第一塔筒振动有效值满足预设条件，则在所述风轮转速处于第一风轮转速限制区间的情况下，控制所述风电机组采用第一转速跳跃控制策略；

33、第二控制模块，用于若所述第一风轮旋转频率或所述第一塔筒振动频率在第一频率范围内，且所述第一塔筒振动峰值和所述第一塔筒振动有效值满足所述预设条件的连续次数大于第一次数阈值，则在所述风轮转速处于第二风轮转速限制区间的情况下，控制所述风电机组采用第二转速跳跃控制策略，所述第一风轮转速限制区间小于所述第二风轮转速限制区间。

34、可选地，所述第一控制模块包括：

35、第一确定子模块，用于根据所述第一塔筒振动峰值和上一周期的塔筒振动峰值，确定峰值增长比例；

36、第二确定子模块，用于根据所述第一塔筒振动有效值和上一周期的塔筒振动有效值，确定有效值增长比例；

37、第三确定子模块，用于若所述峰值增长比例大于第一增长比例阈值，并且所述有效值增长比例大于第二增长比例阈值，则确定满足所述预设条件。

38、可选地，所述第一转速跳跃控制策略中控制风轮转速改变的第一速率，小于所述第二转速跳跃控制策略中控制风轮转速改变的第二速率。

39、可选地，所述装置还包括：

40、第三控制模块，用于若所述第一风轮旋转频率或所述第一塔筒振动频率在所述第一频率范围内，且所述第一塔筒振动峰值和所述第一塔筒振动有效值满足所述预设条件的连续次数大于第二次数阈值，则控制所述风电机组停机，所述第二次数阈值大于所述第一次数阈值。

41、可选地，所述装置还包括：

42、第二确定模块，用于确定第二采样模式下的当前周期的第二运行参数，其中，所述第二运行参数包括第二风轮旋转频率、第二塔筒振动频率、第二塔筒振动峰值和第二塔筒振动有效值，其中，所述第一采样模式下的采样频率大于所述第二采样模式下的采样频率，所述第一采样模式下的采样时长大于所述第二采样模式下的采样时长；

43、第四控制模块，用于若所述第二风轮旋转频率和所述第二塔筒振动频率在第二频率范围之外，则控制所述风电机组采用风轮最大能量跟踪模式的控制策略，所述第二频率范围大于所述第一频率范围；

44、指令生成模块，用于若所述第二风轮旋转频率或所述第二塔筒振动频率在所述第二频率范围之内，则生成所述高频采样指令。

45、可选地，所述第一控制模块还用于若所述当前周期的所述第一塔筒振动峰值和所述第一塔筒振动有效值满足预设条件，则在所述风轮转速未处于第一风轮转速限制区间的情况下，控制所述风电机组采用风轮最大能量跟踪模式的控制策略。

46、可选地，所述第二控制模块还用于若所述第一风轮旋转频率或所述第一塔筒振动频率在第一频率范围内，且所述第一塔筒振动峰值和所述第一塔筒振动有效值满足所述预设条件的连续次数大于第一次数阈值，则在所述风轮转速未处于第二风轮转速限制区间的情况下，控制所述风电机组采用风轮最大能量跟踪模式的控制策略。

47、可选地，所述装置还包括：

48、第三确定模块，用于根据塔筒一阶固有频率和第一系数组，确定所述第一风轮转速限制区间；

49、第四确定模块，用于根据所述塔筒一阶固有频率和第二系数组，确定所述第二风轮转速限制区间，其中，所述第一系数组的最小值大于所述第二系数组的最小值，所述第一系数组的最大值小于所述第二系数组的最大值。

50、可选地，所述第一确定模块包括：

51、获取子模块，用于响应于接收到的高频采样指令，获取第一采样模式下当前周期的风轮转速信号和塔筒振动信号；

52、第四确定子模块，用于对所述风轮转速信号进行快速傅里叶变换，确定所述第一风轮旋转频率；

53、第五确定子模块，用于对所述塔筒振动信号进行快速傅里叶变换，确定所述第一塔筒振动频率；

54、第六确定子模块，用于将所述塔筒振动信号在预设范围内的最大值，确定为所述第一塔筒振动峰值；

55、第七确定子模块，用于将所述当前周期内所述塔筒振动信号的加权平均值，确定为所述第一塔筒振动有效值。

56、本公开第三方面提供一种非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开第一方面提供的所述方法的步骤。

57、本公开第四方面提供一种电子设备，包括：

58、存储器，其上存储有计算机程序；

59、控制器，所述计算机程序被控制器执行时，实现本公开第一方面提供的所述方法的步骤。

60、本公开第五方面提供一种柔性塔筒共振避让控制系统，该系统包括：

61、风轮转速传感器，设置在风电机组主轴或者轮毂内部，用于获取风轮转速信号；

62、塔筒振动传感器，设置在风电机组机舱内部或者塔筒顶部，用于获取塔筒振动信号；

63、数据采集器，用于将所述风轮转速信号和所述塔筒振动信号传输至工控机组；

64、所述工控机组，包括本公开第二方面提供的所述装置，或本公开第四方面提供的所述电子设备。

65、通过上述技术方案，若当前周期的第一塔筒振动峰值和第一塔筒振动有效值满足预设条件，则在第一风轮转速处于第一风轮转速限制区间的情况下，控制风电机组采用第一转速跳跃控制策略；若第一风轮旋转频率或第一塔筒振动频率在第一频率范围内，且第一塔筒振动峰值和第一塔筒振动有效值满足预设条件的连续次数大于第一次数阈值，则在第一风轮转速处于第二风轮转速限制区间的情况下，控制风电机组采用第二转速跳跃控制策略。其中，第一风轮转速限制区间小于第二风轮转速限制区间。如此，能够基于风轮转速和塔筒振动的实际运行状态，对风电机组采用的转速跳跃控制策略进行调整，改变风轮转速限制区间，即改变安全裕度，能够提高对塔筒和风电机组共振趋势判断的准确性，使风电机组实现共振频率的有效避让，保障风电机组安全运行。

66、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。