一种双馈风电机组传动链高速轴扭矩的获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种双馈风电机组传动链高速轴扭矩的 获取方法。
【背景技术】
[0002] 双馈风电机组是国内在运行的风电机组主流机型之一，根据已有报导，齿轮箱故 障在风机故障造成的机组停机维护中所占比重最大，为风场业主带来极高的系统运行和维 护代价。高速轴是双馈风电机组传动链中容易发生故障的部件，而高速轴的失效又以疲劳 损伤为主，传动链的疲劳分析和寿命评估需要检测传动轴扭矩。与横向振动相比，扭转振动 的表现形式并不明显，使得因扭振造成的传动链疲劳损伤具有较大的隐蔽性；另一方面，扭 振信号振幅小，信号微弱，提取和分析难度比较大，且由于实际机械结构的复杂性，各种振 动相互关联耦合，也导致扭振测量较为困难。随着旋转机械的大型化和高速化，传动系统越 来越复杂，扭振问题也日益突出，成为影响机械安全运行的主要问题之一。目前国内外对风 电机组传动链扭振的研究着重于在线监测、故障预防与诊断、疲劳损耗确定、扭振抑制与消 除等方面，其中传动链高速轴扭振测量是最基本也是最主要的内容。
[0003] 现有的风电机组传动链高速轴扭振测量方法主要有直接测量法和间接估算法两 种，直接测量法又可以分为接触测量法与非接触测量法。接触式测量法利用安装在被测轴 上的传感器来获取转轴的原始扭振信息，该方法需要将传感器安装在转轴上，测量信号经 过电滑环或无线电方式传给接收端进行信号处理，较为典型的应用是在轴上粘贴应变片或 在轴上沿轴截面切向安装压电式加速度计。该方法的优点是具有较高的灵敏度和较宽的频 响范围，不足之处在于需要在被测轴上安装传感器，增设传感器降低了集成度，而且会降低 可靠性，信号传输需要借助于滑环装置，此外传感器安装位置可能受限，甚至会破坏轴的原 有结构；对于大型风电机组，传动轴直径很大，会导致传感器线速度较大，会降低传感器寿 命、增加测量误差，且对传感器的维护及信号传输要求很高。非接触测量法按测量原理可分 为：测齿法、激光测扭法等，其中测齿法又可以分为相位差法、频率计数法和脉冲时序计数 法。测齿法主要是借助于安装在被测轴上的码盘、齿轮或其它等分结构在非接触式传感器 上感应出脉冲序列，对于测齿法，轴上等分结构的分度误差直接影响着测量精度，当分度误 差很大时就会产生严重失真，所以必须对采集到的数据进行分度误差补偿才能计算出正确 的扭振信息。
[0004] 间接估算法不直接测量扭矩，已有文献提出根据扭矩逆模型估算传动轴扭矩的方 法，该文献提出的方法需要借助于发电机转速、电磁转矩、风轮转速以及传动系统参数（刚 度系数和阻尼系数），其中电磁转矩可以根据电流传感器和电压传感器测量得到的电信号 计算得到，发电机转速也容易测得，而传动系统参数不容易准确获取，此外由于该测定方法 依赖于传动系统完整的模型，模型的准确性以及测量的准确性都会对估算结果造成误差， 该文献提出的逆模型估算方法无法保证其在电网故障下准确的估算扭矩。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种双馈风电机组传动链高速轴扭矩 的获取方法，该方法收敛快、计算准确、可靠性高，适用于电网故障下的扭矩确定，不依赖于 传动系统完整的数学模型，因此自适应能力更强。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0007] 本发明提供一种双馈风电机组传动链高速轴扭矩的获取方法，所述方法包括以下 步骤：
[0008] 步骤1 :获取双馈风电机组的电磁转矩；
[0009] 步骤2 :获取双馈风电机组的高速轴扭矩。
[0010] 所述步骤1包括以下步骤：
[0011] 步骤1-1 :获取双馈风电机组的三相定子电压、三相定子电流以及双馈风电机组 的实际转速；
[0012] 步骤1-2 :对获取的双馈风电机组的三相定子电压、三相定子电流进行信号调理 和AD转换；
[0013] 步骤1-3 :计算双馈风电机组的电磁转矩。
[0014] 所述步骤1-1中，分别通过电压传感器和电流传感器获取双馈风电机组的三相定 子电压、三相定子电流，并通过转速编码器获取双馈风电机组高速轴的实际转速《 g。
[0015] 所述步骤1-2中，通过第一信号调理电路和第一 A/D转换电路对双馈风电机组的 三相定子电压进行信号调理和A/D转换，得到经过信号调理和A/D转换后的双馈风电机组 的三相定子电压u as、ubs、ues;并通过第二信号调理电路和第二A/D转换电路对双馈风电机 组的三相定子电流进行信号调理和A/D转换，得到经过信号调理和A/D转换后的双馈风电 机组的三相定子电流i as、ibs、ics。
[0016] 所述步骤1-3中，双馈风电机组的电磁转矩用Tg表示，有：
[0018] 其中，？3表示双馈风电机组的定子有功功率，co s表示双馈风电机组高速轴的同步 转速，分别表不为：
[0021] 其中，fs表示电网的频率，p "表示双馈风电机组的极对数。
[0022] 所述步骤2中，双馈风电机组的高速轴估算转速用< 表示，有：
[0024] 其中，F/表示双馈风电机组的高速轴扭矩，Tg表示双馈风电机组的电磁转矩，J g表 示双馈风电机组的转动惯量，s表示拉普拉斯算子；
[0025] 双馈风电机组的高速轴扭矩1；°与双馈风电机组的高速轴估算转速< 之间同时满 足：
[0029] 其中，kp和k j别表示PI调节器的比例系数和积分系数。
[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0031] 本发明提供一种双馈风电机组传动链高速轴扭矩的获取方法，通过获取双馈风电 机组的电磁转矩进而获取双馈风电机组的高速轴扭矩，不需要增设扭矩测量传感器，且不 依赖于传动系统数学模型和传动系统参数的自适应反馈校正，提高了扭矩精度、且适应电 网故障情况下的扭矩确定，收敛快、计算准确、可靠性高。
【附图说明】
[0032] 图1是本发明实施例中双馈风电机组传动链高速轴扭矩的获取方法流程图；
[0033] 图2是本发明实施例中通过波特分析得到双馈风电机组传动链高速轴扭矩的幅 频响应示意图；
[0034] 图3是本发明实施例中通过波特分析得到双馈风电机组传动链高速轴扭矩的相 频响应示意图；
[0035] 图4是本发明实施例中双馈风电机组传动链高速轴扭矩的获取方法仿真验证示 意图；
[0036] 图5是本发明实施例中双馈风电机组故障期间仿真验证结果示意图；
[0037] 图6是本发明实施例中双馈风电机组稳态运行时仿真验证结果示意图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0039] 本发明提供一种双馈风电机组传动链高速轴扭矩的获取方法，所述方法包括以下 步骤：
[0040] 步骤1 :获取双馈风电机组的电磁转矩；
[0041] 步骤2 :获取双馈风电机组的高速轴扭矩。
[0042] 所述步骤1包括以下步骤：
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