CN104298266B - 用于风力发电机组的共振控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于风力发电机组的共振控制方法及控制系统，其中，用于风力发电机组的共振控制方法包括：获取风力发电机组机舱内的振动加速度数据；如果振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值，则将风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制风力发电机组限功率运行。本发明通过根据振动加速度数据来判断风力发电机组的振动状态，并以此为依据对风力发电机组的运行转速进行控制，或者控制风力发电机组限功率运行，从而避免风力发电机组发生共振，保证风力发电机组运行的安全性。

Description

用于风力发电机组的共振控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及共振控制技术，尤其涉及一种用于风力发电机组的共振控制方法及控制系统。

背景技术

风力发电机组是通过各部件相互作用进行能量传递的，在此过程中每个部件会产生振动，当振动的频率和某个部件的固有频率相同时，就会发生共振。

目前风力发电机组的实际运行过程中会出现共振的问题，当风力发电机组在运行过程中某部件发生共振时，可表现为在特定转速下与发电机定转子支架发生共振，此时振动能量巨大，导致风力发电机组无法正常运行。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于风力发电机组的共振控制方法及控制系统，避免风力发电机组发生共振，保证风力发电机组运行的安全性。

根据本发明的一方面，本发明提供一种用于风力发电机组的共振控制方法，包括：获取风力发电机组机舱内预定部件的振动加速度数据；如果振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值，则将风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制风力发电机组限功率运行。

根据本发明的一方面，本发明提供一种用于风力发电机组的共振控制系统，包括：振动数据获取装置，用于获取所述风力发电机组机舱内预定部件的振动加速度数据；第一振动控制装置，用于如果所述振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值，则将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行。

本发明提供的用于风力发电机组的共振控制方法及控制系统通过根据振动加速度数据来判断风力发电机组的振动状态，并以此为依据对风力发电机组的运行转速进行控制，或者控制风力发电机组限功率运行，从而避免风力发电机组发生共振，保证风力发电机组运行的安全性。

附图说明

图1为本发明示例性实施例的用于风力发电机组的共振控制方法的流程图；

图2为本发明优选实施例的用于风力发电机组的共振控制方法的流程图；

图3为经过本发明实施例的处理前后的振动加速度数据的变化示意图；

图4为本发明示例性实施例的用于风力发电机组的共振控制系统的逻辑框图；

图5为本发明优选实施例的用于风力发电机组的共振控制系统的逻辑框图。

具体实施方式

本发明提供一种用于风力发电机组的共振控制方法及控制系统，通过获取风力发电机组机舱内指定部件的振动加速度数据，根据所述振动加速度数据的值确定风力发电机组的振动状态，以对所述风力发电机组执行共振消除控制，例如将风力发电机组的运行转速调整到预设的转速或以下，或者控制风力发电机组限功率运行，从而衰减风力发电机组的振动能量，保证风力发电机组运行的安全性。

下面结合附图对本发明实施例的用于风力发电机组的共振控制方法及控制系统进行详细描述。

图1是示出本发明示例性实施例的用于风力发电机组的共振控制方法的流程图。

参照图1，在步骤S110，获取风力发电机组机舱内预定部件的振动加速度数据。所述预定部件应为设置在机舱内的振动部件或体现所述风力发电机组振动特征的风机部件。可通过设置在风力发电机组机舱内所述预定部件上的振动传感器采集所述振动加速度数据。

在步骤S120，确定振动加速度数据是否大于预设的第一加速度阈值。如果是，则执行步骤S130，否则执行步骤S110。

在步骤S130，将风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制风力发电机组限功率运行。其中，第一转速可以设为10转/分钟，即风力发电机组的最小转速设定值；控制风力发电机组限功率运行可以将功率限制在200KW。

通过上述步骤S110～步骤S130的方法，通过根据振动加速度数据来判断风力发电机组的振动状态，并以此为依据对风力发电机组的运行转速进行控制，或者控制风力发电机组限功率运行，从而避免风力发电机组发生共振，保证风力发电机组运行的安全性。

图2是示出本发明优选实施例的用于风力发电机组的共振控制方法的流程图。

参照图2，在步骤S110，获取风力发电机组机舱内的振动加速度数据。

根据本发明的示例性实施例，在步骤S110中，获取风力发电机组机舱内预定位置在轴向上和径向上的振动加速度数据，所述预定位置可以是在风力发电机定转子支架等振动部件上，具体地，可以在定转子支架等振动部件上安装振动传感器，通过采集该传感器的信号来获取风力发电机组机舱内的振动加速度数据。

根据本发明的优选实施例，在获取风力发电机组机舱内预定位置在轴向上和径向上的振动加速度数据之后，还可以对获取的振动加速度数据进行带通滤波，从而仅仅使特定频率的数据通过，防止其他频率数据的干扰。例如：定转子支架固有频率为8.4Hz，设置带通滤波器中心频率为8.4Hz，带宽为3Hz，即机舱加速度数据中只有8.4Hz+/-1.5Hz的数据能通过，其他频率的数据不能通过。从而对能够只针对容易引发共振的振动加速度数据进行分析判断，排除其它数据的干扰。

在步骤S111，获取风力发电机组的输出功率。需要说明的是，本实施例对步骤S110和步骤S111的执行顺序不做限制，步骤S111也可以在步骤S110之前执行。

在步骤S112，确定输出功率是否大于预设的第一功率阈值(例如800KW)。如果输出功率大于预设的第一功率阈值，则执行步骤S120；如果输出功率小于所述预设的第一功率阈值，则执行步骤S121。

在步骤S120，确定振动加速度数据是否大于预设的第一加速度阈值。

具体地，如果获取的轴向上的振动加速度数据大于预设的第一轴向加速度阈值，或者，获取的径向上的所述振动加速度数据大于预设的第一径向加速度阈值，则确定振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值。通过从轴向和径向两个方向监测振动加速度数据。如果轴向或径向上任一方向的振动加速度数据超过相应的预设阈值，则执行步骤S130。

在步骤S121，确定所述振动加速度数据是否大于预设的第二加速度阈值。具体地，与步骤S120类似地，如果在步骤S110中获取的轴向上的振动加速度数据大于预设的第二轴向加速度阈值，或者，在步骤S110中获取的径向上的所述振动加速度数据大于预设的第二径向加速度阈值，则确定所述振动加速度数据大于预设的第二加速度阈值。其中，由于在步骤S121前，已确定风力发电机组的输出功率小于第一功率阈值，所以在此综合考虑输出功率和振动加速度的情况下，可将所述第二加速度阈值设置为大于所述第一加速度阈值。例如，第二加速度阈值可以设置为第一加速度阈值的倍数(例如3.0倍)，第二轴向加速度阈值可以设置为第一轴向加速度阈值的所述倍数，第二径向加速度阈值可以设置为第一径向加速度阈值的所述倍数。如果确定所述振动加速度数据大于预设的第二加速度阈值，则执行步骤S130，否则返回执行步骤S110。

在步骤S130，将风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制风力发电机组限功率运行。图2中的步骤S130的处理可参考图1中的步骤S130的处理，在此不再赘述。

本发明的优选实施例通过增加风力发电机组的输出功率也作为判断振动状态的依据，使本发明对振动状态的判断更加准确。

进一步地，根据本发明的优选实施例，在执行步骤S130之后，还可以执行步骤S140～步骤S160。

在步骤S140，获取风力发电机组的桨距角。在获取风力发电机组的桨距角之前，可以先等待预设的第一时间长度。例如等待1分钟，使风力发电机组的转速或输出功率趋于稳定。

在步骤S150，确定桨距角是否大于预设的桨距角阈值(例如7度)，如果获取的桨距角大于预设的桨距角阈值，则执行步骤S160，否则执行步骤S140。

在步骤S160，将所述风力发电机组的最小转速设定值调整到大于等于预设的第二转速(如15转/分钟)，并解除对所述风力发电机组的功率限制。其中，第二转速应该大于引发共振时的转速。

通过步骤S140～步骤S160的处理，在振动能量达到安全的级别并稳定运行一段时间后，使风力发电机组的运行转速快速穿越共振转速，既避免了共振发生，又提高了风力发电机组的发电量。

更进一步地，根据本发明的优选实施例，在执行S160之后，还可以执行步骤S170～步骤S190。

在步骤S170，获取风力发电机组的运行参数。例如，获取风速、最小转速设定值。

在步骤S180，根据所述运行参数确定所述风力发电机组的运行状态是否满足转速恢复条件。其中，满足转速恢复条件包括：风速在不小于预设的第二时间长度(例如5分钟)内持续小于预设的风速阈值(例如5.5米/秒)、所述风力发电机组的输出功率大于预设的第二功率阈值(例如1200KW)、或者所述输出功率小于第二功率阈值并且风力发电机组的最小转速设定值小于预设的最小转速阈值，所述最小转速阈值可以设置为第二转速乘以预定的系数(例如0.9)。如果所述风力发电机组的运行状态满足转速恢复条件，则执行步骤S190，否则执行步骤S170。

在步骤S190，将所述风力发电机组的最小转速设定值调整为第一转速。

通过步骤S170～步骤S190的处理，在所述风力发电机组快速穿越共振频带后，继续执行控制使所述风力发电机组回到初始正常运行状态。

图3为经过本发明实施例的处理前后的振动加速度数据的变化示意图。在图3中分别示出定转子支架处在轴向和径向上的振动加速度的变化。通过图3可以看出，在振动状态发生后，通过本发明的技术方案的处理，振动现象得到了抑制，从而避免了风力发电机组发生共振，保证了风力发电机组运行的安全。

图4是示出本发明示例性实施例的用于风力发电机组的共振控制系统的逻辑框图。

参照图4，本发明的用于风力发电机组的共振控制系统包括振动数据获取装置410和第一振动控制装置420。

振动数据获取装置410用于获取风力发电机组机舱内的振动加速度数据。根据本发明的示例性实施例，振动数据获取装置410获取所述风力发电机组机舱内预定位置在轴向上和径向上的振动加速度数据。

根据本发明的优选实施例，振动数据获取装置410可以包括：滤波装置(图中未示出)，用于对所述振动数据获取装置获取的振动加速度数据进行带通滤波。滤波装置的具体处理与其所产生的有益技术效果可以参考图1中步骤110中对带通滤波处理的相关描述，在此不再赘述。

第一振动控制装置420用于如果振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值，则将风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制风力发电机组限功率运行。

根据本发明的示例性实施例，如果振动数据获取装置410获取的轴向上的振动加速度数据大于预设的第一轴向加速度阈值，或者，振动数据获取装置410获取的径向上的所述振动加速度数据大于预设的第一径向加速度阈值，则第一振动控制装置420将风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制风力发电机组限功率运行。其中，第一转速可以设置为风力发电机组的最小转速设定值。

图5是示出本发明优选实施例的用于风力发电机组的共振控制系统的逻辑框图。

参照图5，本发明的用于风力发电机组的共振控制系统除了振动数据获取装置410、第一振动控制装置420之外，还包括：输出功率获取装置430，用于获取所述风力发电机组的输出功率。

相应地，第一振动控制装置420用于如果输出功率获取装置430获取的输出功率大于预设的第一功率阈值，并且振动数据获取装置410获取的振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值，则将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行。

除此以外，第一振动控制装置420还用于如果输出功率获取装置430获取的输出功率小于所述预设的第一功率阈值，并且振动数据获取装置410获取的振动加速度数据大于预设的第二加速度阈值，则将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行，其中，所述第二加速度阈值大于所述第一加速度阈值。

具体地，如果振动数据获取装置410获取的轴向上的振动加速度数据大于预设的第二轴向加速度阈值，或者，振动数据获取装置410获取的径向上的所述振动加速度数据大于预设的第二径向加速度阈值，则第一振动控制装置420将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行。

进一步地，本发明的用于风力发电机组的共振控制系统还包括：延时装置440，用于在执行所述将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行的处理后，等待预设的第一时间长度。

桨距角获取装置450用于获取所述风力发电机组的桨距角。

第二振动控制装置460用于如果桨距角获取装置450获取的桨距角大于预设的桨距角阈值，则将所述风力发电机组的最小转速设定值调整到大于等于预设的第二转速，并解除对所述风力发电机组的功率限制。

延时装置440、桨距角获取装置450与第二振动控制装置460所产生的有益技术效果可参考图2中对步骤S140～步骤S160的相关描述，在此不再赘述。

更进一步地，本发明的用于风力发电机组的共振控制系统还包括运行参数获取装置470和转速控制装置480。具体地，运行参数获取装置470，用于在将所述风力发电机组的最小转速设定值调整到大于等于预设的第二转速，并解除对所述风力发电机组的功率限制以后，获取所述风力发电机组的运行参数。

转速控制装置480用于如果根据所述运行参数确定所述风力发电机组的运行状态满足转速恢复条件，则将所述风力发电机组的最小转速设定值调整为第一转速。其中，满足转速恢复条件包括：运行参数获取装置470获取的风速在不小于预设的第二时间长度内持续小于预设的风速阈值、风力发电机组的输出功率大于预设的第二功率阈值、或者所述输出功率小于第二功率阈值并且运行参数获取装置获取的风力发电机组的最小转速设定值小于预设的最小转速阈值。

通过上述本发明的实施例的用于风力发电机组的共振控制方法及控制系统，通过根据振动加速度数据来判断风力发电机组的振动状态，并以此为依据对风力发电机组的运行转速进行控制，或者控制风力发电机组限功率运行，从而避免风力发电机组发生共振，保证风力发电机组运行的安全性。

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。

Claims (14)

1.一种用于风力发电机组的共振控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述风力发电机组机舱内预定部件的振动加速度数据；

如果所述振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值，则将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行；

其中，所述获取所述风力发电机组机舱内预定部件的振动加速度数据的处理包括：

获取所述预定部件在轴向上和径向上的振动加速度数据，

所述振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值包括：获取的轴向上的振动加速度数据大于预设的第一轴向加速度阈值，或者，获取的径向上的所述振动加速度数据大于预设的第一径向加速度阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述风力发电机组的输出功率；

如果所述输出功率大于预设的第一功率阈值，并且所述振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值，则将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述输出功率小于所述预设的第一功率阈值，并且所述振动加速度数据大于预设的第二加速度阈值，则将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行，其中，所述第二加速度阈值大于所述第一加速度阈值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述振动加速度数据大于预设的第二加速度阈值包括：获取的轴向上的振动加速度数据大于预设的第二轴向加速度阈值，或者，获取的径向上的所述振动加速度数据大于预设的第二径向加速度阈值。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取所述风力发电机组机舱内预定部件的振动加速度数据的处理还包括：

对获取的振动加速度数据进行带通滤波。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在执行所述将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行的处理后，

等待预设的第一时间长度，

获取所述风力发电机组的桨距角，

如果获取的桨距角大于预设的桨距角阈值，则将所述风力发电机组的最小转速设定值调整到大于等于预设的第二转速，并解除对所述风力发电机组的功率限制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在将所述风力发电机组的最小转速设定值调整到大于等于预设的第二转速，并解除对所述风力发电机组的功率限制以后，

获取所述风力发电机组的运行参数，

如果根据所述运行参数确定所述风力发电机组的运行状态满足转速恢复条件，则将所述风力发电机组的最小转速设定值调整为第一转速，其中，所述满足转速恢复条件包括：风速在不小于预设的第二时间长度内持续小于预设的风速阈值、所述风力发电机组的输出功率大于预设的第二功率阈值、或者所述输出功率小于所述第二功率阈值并且风力发电机组的最小转速设定值小于预设的最小转速阈值。

8.一种用于风力发电机组的共振控制系统，其特征在于，所述系统包括：

振动数据获取装置，用于获取所述风力发电机组机舱内预定部件的振动加速度数据；

第一振动控制装置，用于如果所述振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值，则将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行；

其中，所述振动数据获取装置获取所述风力发电机组机舱内预定部件在轴向上和径向上的振动加速度数据，

所述振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值包括：所述振动数据获取装置获取的轴向上的振动加速度数据大于预设的第一轴向加速度阈值，或者，所述振动数据获取装置获取的径向上的所述振动加速度数据大于预设的第一径向加速度阈值。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

输出功率获取装置，用于获取所述风力发电机组的输出功率，

其中，所述第一振动控制装置用于如果所述输出功率大于预设的第一功率阈值，并且所述振动加速度数据大于预设的第一加速度阈值，则将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一振动控制装置还用于如果所述输出功率小于所述预设的第一功率阈值，并且所述振动加速度数据大于预设的第二加速度阈值，则将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行，其中，所述第二加速度阈值大于所述第一加速度阈值。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述振动加速度数据大于预设的第二加速度阈值包括：所述振动数据获取装置获取的轴向上的振动加速度数据大于预设的第二轴向加速度阈值，或者，所述振动数据获取装置获取的径向上的所述振动加速度数据大于预设的第二径向加速度阈值。

12.根据权利要求8～11中任一项所述的系统，其特征在于，所述振动数据获取装置还包括：

滤波装置，用于对所述振动数据获取装置获取的振动加速度数据进行带通滤波。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

延时装置，用于在执行所述将所述风力发电机组的运行转速调整到预设的第一转速或以下，或者控制所述风力发电机组限功率运行的处理后，等待预设的第一时间长度；

桨距角获取装置，用于获取所述风力发电机组的桨距角；

第二振动控制装置，用于如果获取的桨距角大于预设的桨距角阈值，则将所述风力发电机组的最小转速设定值调整到大于等于预设的第二转速，并解除对所述风力发电机组的功率限制。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

运行参数获取装置，用于在将所述风力发电机组的最小转速设定值调整到大于等于预设的第二转速，并解除对所述风力发电机组的功率限制以后，获取所述风力发电机组的运行参数，

转速控制装置，用于如果根据所述运行参数确定所述风力发电机组的运行状态满足转速恢复条件，则将所述风力发电机组的最小转速设定值调整为第一转速，

其中，所述满足转速恢复条件包括：运行参数获取装置获取的风速在不小于预设的第二时间长度内持续小于预设的风速阈值、所述风力发电机组的输出功率大于预设的第二功率阈值、或者所述输出功率小于所述第二功率阈值并且运行参数获取装置获取的风力发电机组的最小转速设定值小于预设的最小转速阈值。