技术领域本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风机振动预警控制方法和装置。
背景技术：
在风力发电机组(简称“风电机组”)的运行过程中，风电机组塔筒会在强阵风的作用下产生振动，影响风电机组的正常运行。其中，塔筒在来风方向会产生幅值较大的塔筒一阶固有频率振动，该振动的幅值一般会超出风电机组主控系统中所设定的振动保护阈值，严重影响风电机组的正常运行。在主控系统检测到塔筒一阶固有频率振动时，可以通过塔筒加阻尼的振动衰减方式来减小塔筒一阶固有频率振动，进而实现对风电机组的振动保护。在该振动的幅值超出振动保护阈值时，主控系统会进行振动预警并控制风机停机，以防止风电机组出现振动故障。但是，这种塔筒加阻尼的振动停机保护方法存在一个明显缺点。在强阵风的作用下，风电机组所经历的以塔筒一阶固有频率为主导的振动的前两个振动峰值，与只有气动阻尼作用下的振动的峰值相比幅值变化较小，即风电机组对前两个振动幅值的衰减作用有限，而风电机组停机之后，塔筒加阻尼功能会关闭，使塔筒一阶固有频率振动的幅值衰减缓慢，风电机组整体载荷较大，进而影响风电机组的使用寿命。
技术实现要素：
本发明的实施例提供一种风机振动预警控制方法和装置，即可避免不必要的振动停机，提高风电机组的工作效率又可更快减小风电机组的整体载荷，延长风电机组的使用寿命。为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种风机振动预警控制方法，包括：实时获取风电机组在外加阻尼下的振动数据，并识别所述振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率；如果所述振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值，且所述振动数据以所述一阶固有频率为主导频率，则延迟发出本次振动预警。根据本发明的另一方面，本发明的实施例还提供一种风机振动预警控制装置，包括：获取识别模块，用于实时获取风电机组在外加阻尼下的振动数据，并识别所述振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率；比较延迟模块，用于如果所述振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值，且所述振动数据以所述一阶固有频率为主导频率，则延迟发出本次振动预警。本发明实施例提供的风机振动预警控制方法和装置，在针对风电机组外加阻尼的风电机组在每次发出振动预警前，可根据当前振动数据是否为以一阶固有频率为主导频率的情况，来间接的判断当前的振动数据是否为快速衰减的振动数据；当振动数据的振动幅大于预设的安全阈值后，先判断当前振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率，若是，则延迟发出本次振动预警，从而与直接振动停机操作相比较，更加快速的实现振动衰减，以减少风电机组在振动中出现的损伤，提高风电机组的工作效率。附图说明图1为本发明提供的风电机组发生振动故障前后的运行数据图；图2a为本发明提供的风电机组发生振动故障后的来风方向的加速度仿真图；图2b为本发明提供的风电机组发生振动故障后的来风方向的垂直方向的加速度仿真图；图3为本发明提供的风机振动预警控制方法的一个流程图；图4为本发明提供的风机振动预警控制方法的另一个流程图；图5为本发明提供的风机振动预警控制装置的一个结构框图；图6为本发明提供的风机振动预警控制装置的另一个结构框图。具体实施方式本方案的基本构思是，针对以风电机组的固有频率为主导频率的风电机组振动数据(如强阵风引起的振动数据)进行预警控制时，在风电机组外加有振动阻尼的工作状态下可考虑延迟发出振动预警。原理是：在风电机组施加外加振动阻尼(例如：增加额外的变桨动作、发电机扭矩等)情况下，以一阶固有频率为主导频率进行的振动数据，与风电机组正常振动停机下的振动数据(即只有气动阻尼时的振动数据)比较时，前者较后者有更加快速的振动衰减趋势。因此，利用该特点，在振动超出保护阈值开始的前期，暂时不发出振动故障预警(只要发出停机预警，外加阻尼功能将被关闭)，继续利用外加阻尼对风电机组以一阶固有频率的振动幅值进行抑制，从而实现快速衰减一阶固有频率，进而降低风电机组载荷的目的。举例说明，如图1所示，为外加振动阻尼的风电机组以其一阶固有频率为主导频率在发生振动故障前后的运行数据图。图1中展示的是某一次振动故障发生前后兆瓦机组运行数据，其中“振动故障前后”主要指振动数据所集中在的风电机组在发生故障振动时的前90秒至故障振动发生时的后30秒。振动数据主要包括：来风方向的振动数据和与来风垂直方向的振动数据。同时本方案还给出了与这两种振动数据时刻对应的风速数据。图1中，在来风方向风速在非常短的时间内上升了大约10m/s，使风电机组发生振动故障。发明人对上述实际风环境下的振动数据进行振动停机以及外加阻尼继续发电两种状态下的振动数据进行模拟，并提取振动故障发生时刻(对应图1中90秒对应时刻)起之后的振动数据进行对比。这两种振动数据均以风电机组的一阶固有频率实现振动。如图2a、图2b所示，为在施加阶跃风速(模拟风电机组在强阵风下以其一阶固有频率振动)后，来风方向与来风方向的垂直方向的振动数据(例如风电机组塔筒顶部的振动加速度)。图2a、图2b中清晰显示出：不管是来风方向还是来风方向的垂直方向上，在外加阻尼(风电机组继续发电)的振动数据较振动停机的振动数据都呈现更加快速的衰减趋势。由此得出，在风电机组发生振动故障时，不一定要立即采取振动停机方式来避免机组再受到载荷损伤，如果当前的故障振动为在外加阻尼且以风电机组的一阶固有频率进行振动，或以一阶固有频率为主导频率进行振动，那么即使不进行振动停机，风电机组也会在一段时间内完成以自身的一阶固有频率的快速衰减振动，从而较振动停机更加快速的降低风电机组的振动载荷，保证风电机组的安全。这里说明，在实际风电机组继续发电状态下，通过自身的一阶固有频率的快速衰减振动过程中，应避免振动数据的振幅受外界环境因素干扰而大幅度超过预设的安全阈值，或超出安全阈值过长时间。下面结合附图对本发明实施例的风机振动预警控制方法和装置进行详细描述。实施例一图3为本发明提供的风机振动预警控制方法的流程图，该控制方法的执行主体可以为用于控制风电机组运行状态的集成控制装置，例如风电机组的主控系统或者集成在主控系统中的控制功能模块。如图3所示，该风机振动预警控制方法包括：S310，实时获取风电机组在外加阻尼下的振动数据，并识别振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率。在现有风力发电机组的运行过程中，强阵风通常会引起风电机组出现大幅度振动。现有的振动维护策略主要是根据振动的幅值来判断风电机组当前所承受的振动载荷，并在振动幅值超出安全阈值时采取振动停机，同时在风电机组正常运行时施加额外阻尼抵御和减小强阵风产生的振动载荷，使风电机组持续运行。本方案为在现有技术的基础上，对振动停机进行优化预警。首先，在风电机组运行过程中，实时获取风电机组在外加阻尼下的振动数据，如可以通过在风电机组各载荷关键位置，如塔筒顶部，机舱、叶片根部等位置上设置振动传感器、加速度传感器来实时获取。外加阻尼可施加在塔筒顶部或机舱等位置，施加阻尼的方式可通过调整风电机组的扭矩、叶轮转速、桨距角等方式。本申请方案重点关注的是风电机组外加有阻尼，而对于外加阻尼的具体位置和方式不作限定。其次，对获取的振动数据进行识别，判定振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率。通常，强阵风下会导致塔筒在来风方向产生大幅度振动，该振动极易导致风电机组承受载荷过大而引起振动停机。同时，强阵风下风电机组产生的大幅度振动也大部分为以风电机组一阶固有频率进行的振动，该频率下的振动同时也是快速衰减的振动。S320，如果振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值，且振动数据以一阶固有频率为主导频率，则延迟发出本次振动预警。其中，安全阈值为描述风电机组所承受的最大载荷时对应产生的振动幅值，可为本领域技术人员的经验值。通常，在描述风电机组的振动幅值时，是将风电机组在机舱轴向方向即来风方向上的振动幅值与来风方向的垂直方向上的振动幅值进行矢量叠加后对应的振动幅值确定为综合的振动幅值。现有当风电机组的振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值时，会立即启动振动预警，以触发或通知调度中心进行振动停机。本方案与现有技术的区别在于，当振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值时，不直接触发振动预警，而是先确定当前的振动加速度是否为以风电机组的一阶固有频率为主导频率，如果确定结果为是，则先延迟发出本次振动预警，延迟时间可以为第一预定时长。在该第一预定时长内，风电机组系统或机组维护人员可根据风电机组的振动载荷情况采取机组继续工作或振动停机等操作，灵活对风电机组进行工作状态调整。这里强调，第一预定时长的选取值很重要，既不能过长，也不能过短。如果时间过长，且振动数据的振动幅值在大于预设的安全阈值后，并没有达到本次的最大值而立即衰减，而是继续增大，即风电机组所受振动载荷继续增加，而由于延迟时间过长，不能及时进行保护处理，那么势必会对风电机组造成损害；反之，如果时间过短，风电机组虽能以一阶固有频率快速衰减较振动停机更能减少风电机组所受的振动载荷，但在前两个振动峰值周期，振动数据衰减并不明显，再加上振动数据的振动幅值在大于预设的安全阈值后，可能并不是立即衰减，由此造成的误判，而采取了振动停机保护，反而加大了振动载荷，同时降低了风电机组的工作效率。优选地，本发明中，将上述第一预定时长设置为振动数据的1.5-3个振动周期。本发明实施例的风机振动预警控制方法，通过在振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值，且振动数据以风电机组的一阶固有频率为主导频率，则先延迟发出本次振动预警第一预定时长，并在第一预定时长结束时再次判断振动数据的振动幅值是否大于安全阈值；如果不大于安全阈值，则不发出本次振动预警；如果大于安全阈值，则发出本次振动预警，从而优先选择通过风电机组在工作状态下的自身的振动衰减来缓解降低其所受的振动载荷，避免不必要的振动停机，提高了自身的工作效率。实施例二图4为本发明提供的风机振动预警控制方法的另一个流程图，该方法可视为图3所示实施例中方法步骤的一种具体实施方式。如图4所示，该风机振动预警控制方法包括：S410，实时获取风电机组在外加阻尼下的振动数据，并识别振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率。步骤S410与前述步骤S310相似。具体地，如图1所示，通常在风电机组以一阶固有频率发生强风剧烈振动且在衰减状态为快速衰减时，都是以来风方向的振动数据作为主导，且来风方向的振动数据较来风方向的垂直方向的振动数据的振动剧烈起始时刻提前，基于这两个特征更能快速准确的捕获有助于振动数据快速衰减的特征数据。因此，对步骤S410，本方案给出了具体实现方式，包括步骤S411～S412。S411，实时采集风电机组在外加阻尼下在来风方向及来风方向的垂直方向的振动数据。例如，可在塔筒顶部安装加速度传感器，并检测机舱轴向方向即来风方向以及来风方向的垂直方向的振动数据。具体地，由于来风方向和来风垂直方向加速度中交变信号的中心值由于误差往往不在0.0g，因此首先利用由低通滤波器构成的偏置滤除功能，对来风方向和来风垂直方向加速度信号中偏置值进行滤除处理。经过偏置处理之后的来风方向和来风垂直方向加速度信号为上述的振动数据。S412，若来风方向的振动数据的振动幅值大于来风方向的垂直方向上的振动数据的振动幅值，则识别来风方向的振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率。将获取的来风方向以及来风方向的垂直方向的振动数据的绝对值进行比较，如果来风方向的振动加速度绝对值大于来风方向的垂直方向的振动加速度绝对值，则认为以来风方向的振动数据为主导的振动数据。此时，利用中心频率为来风方向塔筒一阶固有频率的带通滤波器，提取来风方向的振动数据中以塔筒一阶固有频率振动的振动加速度信号，并识别该一阶固有频率是否为主导频率的振动信号。在实际应用场景中，来风方向的振动数据的振动幅值大于来风方向的垂直方向上的振动数据的振动幅值，可作为判断风机振动故障暂缓报出的第一个条件。原因在于主导方向的振动加速度的一阶固有频率对风电机组发生强阵风振动时能否实现振动的快速衰减起主导作用。因此，只要识别来风方向的振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率即可。可选地，在识别来风方向的振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率时，可采用但不限于如下两种方式。方式一，提取来风方向的振动数据中一阶固有频率对应的振动数据，如果一阶固有频率对应的振动数据的有效值占来风方向的振动数据的有效值的比例大于预设比例值，则确定来风方向的振动数据为以风电机组的一阶固有频率为主导频率。其中，振动数据的有效值即为相应数据的绝对值。例如，在某时刻下来风方向的振动数据的有效值为a，预设比例值为0.8，则当某一频率的振动加速度的有效值大于0.8a时，可认为该频率即为来风方向的振动数据的主导频率。方式二，实时获取风电机组所处环境的来风风速，若来风风速表征来风风况为阵风，则确定来风方向的振动数据为以风电机组的一阶固有频率为主导频率。如图1中所示，以阵风特别是强阵风风况引起的振动载荷，通常是引发风电机组以其一阶固有频率进行振动的主要因素。因此，通过识别环境风况是否为阵风，则可确定当前风电机组是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率进行振动。当来风方向的振动数据以风电机组的一阶固有频率为主导频率，则此条件可作为判断风机振动故障暂缓报出的第二个条件。在此之后，可继续执行步骤S320：如果振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值，且振动数据以一阶固有频率为主导频率，则延迟发出本次振动预警。具体地，基于步骤410中，识别振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率的步骤转为识别来风方向的振动数据为主导时，来风方向的振动数据是否以一阶固有频率为主导频率的步骤。S320的步骤内容可具体为：S420，如果振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值，且振动数据中来风方向的振动数据以一阶固有频率为主导频率，则延迟发出本次振动预警。如果风电机组整体的振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值，则此条件作为判断风机振动故障暂缓报出的第三个条件。上述三个条件如果同时满足，此时会开启振动故障暂缓报出功能。通过识别振动数据中来风方向的振动数据是否以一阶固有频率为主导频率，作为延迟发出本次振动预警的判断条件，可提高后期风电机组快速衰减的效果。在确定延迟发出本次振动预警后，还可继续执行如下步骤内容：S430，在延迟发出本次振动预警第一预定时长后再次判断振动数据的振动幅值是否大于安全阈值。在第一预定时长结束时再次判断振动数据的振动幅值是否大于安全阈值，其原因在于，在当前的振动加速度为以风电机组的一阶固有频率为主导频率时，如果振动数据恰好已达到或接近本次振动的最高振动幅值，那么后续振动幅值会因一阶固有频率而快速衰减，即使不采取振动停机，风电机组所受的振动载荷也会快速降低，且降低速度远快于振动停机下的振动衰减速度，当然也就不需要振动预警。在振动预警延迟第一预定时长后，再次判断振动数据的振动幅值是否大于安全阈值，以证实延迟振动预警是否合理，并可根据比较结果进行后续处理。S440，如果振动数据的振动幅值不大于安全阈值，则不发出本次振动预警；如果振动数据的振动幅值大于安全阈值，则发出本次振动预警。在上述第一预定时长结束，再次判断振动数据的振动幅值是否大于安全阈值后，可根据判断结果进行如下操作。如果振动数据的振动幅值不大于安全阈值，则表明风电机组在第一预定时长内已进入振动快速衰减状态，且靠自身固有频率的振动衰减，可达到降低振动载荷的目的，此时可不发出本次振动预警，让风电机组继续发电工作。如果振动数据的振动幅值大于安全阈值，则表明风电机组在第一预定时长内未能靠自身固有频率的振动衰减，达到降低振动载荷的目的，甚至振动载荷还可能增加，此时应发出本次振动预警，以触发风电机采取相应的振动保护措施，如采取振动停机。在步骤S440之后，还包括：S450，在每次执行延迟发出振动预警第一预定时长后的第二预定时长内不再启动延迟发出振动预警功能，且在第二预定时长内如果振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值则直接发出振动预警。例如，第一预定时长为1.5个振动周期，从风机振动故障暂缓报出时刻开始，在风电机组以一阶固有频率信号的10个振动周期内，停止第二次及以上的风机振动暂缓报出功能，从而防止风电机组以一阶固有频率振动在剩余8.5倍周期内未能完成的有效衰减，此时第二预定时长为8.5个振动周期。本发明实施例的风机振动预警控制方法，在图1所示实施例的基础上进一步示出了根据判断：①来风方向的振动数据的振动幅值大于来风方向的垂直方向上的振动数据的振动幅值；②来风方向的振动数据以风电机组的一阶固有频率为主导；③振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值；这三个条件同时满足来触发延迟预警，提高了延迟预警后风电机组的振动快速衰减的准确性，减少风电机组经受振动载荷所造成的损害。同时在每次执行一次延迟振动预警后第一预定时长时再次确认是否要发出本次振动预警，并在后续的一段时间内不再启动延迟预警功能，以防止仅以风电机组一阶固有频率振动进行快速衰减时不能弥补的振动载荷损伤。实施例三图5为本发明提供的风机振动预警控制装置的结构示意图，该装置用于执行图3所示实施例的方法步骤。如图5所示，该风机振动预警控制装置包括获取识别模块510和比较延迟模块520；其中：获取识别模块510，用于实时获取风电机组在外加阻尼下的振动数据，并识别振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率；比较延迟模块520，用于如果振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值，且振动数据以一阶固有频率为主导频率，则延迟发出本次振动预警。进一步地，如图6所示，在图5的基础上，获取识别模块510包括采集单元511，用于实时采集风电机组在外加阻尼下在来风方向及来风方向的垂直方向的振动数据；识别单元512，用于若来风方向的振动数据的振动幅值大于来风方向的垂直方向上的振动数据的振动幅值，则识别来风方向的振动数据是否以风电机组的一阶固有频率为主导频率。可选地，上述识别单元512具体用于：提取来风方向的振动数据中一阶固有频率对应的振动数据，如果一阶固有频率对应的振动数据的有效值占来风方向的振动数据的有效值的比例大于预设比例值，则确定来风方向的振动数据为以风电机组的一阶固有频率为主导频率。可选地，上述识别单元512具体用于：实时获取风电机组所处环境的来风风速，若来风风速表征来风风况为阵风，则确定来风方向的振动数据为以风电机组的一阶固有频率为主导频率。进一步地，上述比较延迟模块520还用于：如果振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值，且振动数据中来风方向的振动数据以一阶固有频率为主导频率，则延迟发出本次振动预警。进一步地，图6所示风机振动预警控制装置还包括：判断预警模块530，用于在延迟发出本次振动预警第一预定时长后再次判断振动数据的振动幅值是否大于安全阈值；执行预警模块540，用于如果不大于安全阈值，则不发出本次振动预警；如果大于安全阈值，则发出本次振动预警。进一步地，上述风机振动预警控制装置还包括：预警控制模块550，用于在每次执行延迟发出振动预警第一预定时长后的第二预定时长内不再启动延迟发出振动预警功能，且在第二预定时长内如果振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值则直接发出振动预警。本发明实施例的风机振动预警控制装置，通过在振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值，且振动数据以风电机组的一阶固有频率为主导频率，则先延迟发出本次振动预警第一预定时长，并在第一预定时长结束时再次判断振动数据的振动幅值是否大于安全阈值；如果不大于安全阈值，则不发出本次振动预警；如果大于安全阈值，则发出本次振动预警，从而优先选择通过风电机组在工作状态下的自身的振动衰减来缓解降低其所受的振动载荷，避免不必要的振动停机，提高了自身的工作效率。在此基础上，该风机振动预警控制装置，根据判断：①来风方向的振动数据的振动幅值大于来风方向的垂直方向上的振动数据的振动幅值；②来风方向的振动数据以风电机组的一阶固有频率为主导；③振动数据的振动幅值大于预设的安全阈值；这三个条件同时满足来触发延迟预警，提高了延迟预警后风电机组的振动快速衰减的准确性，减少风电机组经受振动载荷所造成的损害。同时在每次执行一次延迟振动预警后第一预定时长时再次确认是否要发出本次振动预警，并在后续的一段时间内不再启动延迟预警功能，以防止仅以风电机组一阶固有频率振动进行快速衰减时不能弥补的振动载荷损伤。需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个部件/步骤拆分为更多部件/步骤，也可将两个或多个部件/步骤或者部件/步骤的部分操作组合成新的部件/步骤，以实现本发明的目的。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。