CN105846738A - 一种风力发电机传动链振荡抑制方法 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机传动链振荡抑制方法，在风力发电机运行过程中，采用四个步骤对主控转矩控制器输出的发电机给定转矩进行实时的灵活修正：利用FFT模块实时计算发电机转速信号中传动链振荡频率下对应的幅值；根据幅值，通过扰动法控制计算出补偿相位角；利用动态带通滤波器，根据输入的发电机转速信号以及补偿相位角，实时计算出一个频率为，幅值为的补偿转矩；修正后实际传给变流器执行的总输出转矩。通过这种修正，实时动态调整阻尼力矩的最优相位角以及最优增益参数，实现机组参数的个性化设置，达到抑制传动链振荡的效果，降低齿轮箱弹性支撑、联轴器等相关柔性部件的故障率，能有效提高风力发电机组的稳定性。

Description

一种风力发电机传动链振荡抑制方法

技术领域

本发明涉及一种大型风力发电机组的传动链振荡抑制方法。

背景技术

为了保证风力发电机在功率爬升过程中，风机能够吸收最大的风能，目前国内外对大型风力发电机的转矩控制一般采用查表法完成，即一个转速对应一个固定的最优转矩。然而，随着机组容量的不断增大、低风速机组的开发，叶片长度的不断加长，由于风切变的存在，机组在风轮垂直方向的不平衡力不断增大，加之机组过渡区内控制转矩变化斜率不断增大，导致机组传动链承受的外部激励不断增大，当传动链本身阻尼不足以抑制外部激励所带来的传动链响应时，机组传动链就会发生振荡，导致齿轮箱弹性支撑、联轴器等柔性部件的损坏。

目前国内外对于大型机组的传动链振荡抑制方法，多为在转矩控制中加入阻尼器，但使用的阻尼器无相位修正功能，且增益参数固定。而机组在实际运行中，受PLC计算周期以及线路信号延时的影响，所需实际反向阻尼力矩往往与计算阻尼相差一定的相位延时角，且机组最优增益参数也与机组本身特性相关，直接使用传统的阻尼器得不到很好的抑制效果。

发明内容

为了克服机组大型化过程中，不断增大的外部激励造成的传动链振荡，本发明提出了一种风力发电机传动链振荡抑制方法，其采用的技术方案是：一种风力发电机传动链振荡抑制方法，包括如下步骤：

（一）利用FFT模块实时计算发电机转速信号 中传动链振荡频率下对应的幅值；

（二）根据幅值，通过扰动法控制计算出补偿相位角；

（三）利用动态带通滤波器，根据输入的发电机转速信号以及补偿相位角，实时计算出一个频率为，幅值为的补偿转矩；

（四）对主控转矩控制器输出的发电机给定转矩进行修正，实际传给变流器执行的总输出转矩。

所述步骤（二）中，补偿相位角的计算方法为：

（1）将与设定值进行比较；

（2）若小于设定值，则；

（3）若大于设定值，设置，其中为自行设置的初始补偿相位角，并统计的持续时间；

（4）若步骤的持续时间小于10分钟，则重新计算此时设定中心频率下对应的幅值，并重复步骤（1）；

（5）若的大于设定值持续时间在10分钟以上，则进行以下操作：

（6）将赋值给，调整补偿相位角，重新计算此时设定中心频率下对应的幅值；

（7）若步骤（6）重新计算的小于，则将与设定值进行比较，当,重复步骤（6），直至小于设定值；

（8）若步骤（6）重新计算的大于，则进行以下操作：

（9）将赋值给，调整补偿相位角，重新计算此时设定中心频率下对应的幅值；

（10）将与设定值进行比较，当,重复步骤（9），直至小于设定值。

所述步骤（三）中，动态带通滤波器采用如下递推公式：

其中k为增益系数，，，，，，，为带通滤波器中心角频率，为品质因素，为带通滤波器上限截止角频率，为带通滤波器下限截止角频率，为采样时间，为滤波器输入信号，为滤波器输出信号。

所述步骤（三）中，转矩补偿具体计算方式为：

（1）根据机组特性，设置动态带通滤波器的初始化参数、、的初始化参数；

（2）将发电机转速、转矩补偿值分别按照时间顺序存入数组x(n)、y(n)中，其中x[0]、y[0]为初始时刻值；x[n]、y[n]为当前时刻值，将数组x(n)、y(n)中相应时刻数值带入所述动态带通滤波器中，即得到实时计算的补偿转矩。

通过以上所述方法，根据机组动态特性智能的产生一种中心频率、相位角、幅值自适应变化的补偿力矩，对风力发电机组变流器执行的总输出转矩进行实时的灵活修正，实时动态调整阻尼力矩的最优相位角以及最优增益参数，实现机组参数的个性化设置，达到抑制传动链振荡的效果，降低齿轮箱弹性支撑、联轴器等相关柔性部件的故障率，有效提高风力发电机组的稳定性。

附图说明

图为一种风力发电机传动链振荡抑制方法的原理框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

在风机运行过程中，按照以下四个步骤确定变流器执行的总输出转矩：

（一）利用FFT模块实时计算发电机转速信号中传动链振荡频率下对应的幅值；

（二）根据幅值，通过扰动法控制计算出补偿相位角；

（三）利用动态带通滤波器，根据输入的发电机转速信号以及补偿相位角，实时计算出一个频率为，幅值为的补偿转矩；

（四）对主控转矩控制器输出的发电机给定转矩进行修正，实际传给变流器执行的总输出转矩。

所述步骤（二）中，补偿相位角按照以下计算方法进行计算：

（1）将与设定值进行比较；

（2）若小于设定值，则；

（3）若大于设定值，设置，其中为自行设置的初始补偿相位角，并统计的持续时间；

（4）若步骤的持续时间小于10分钟，则重新计算此时设定中心频率下对应的幅值，并重复步骤（1）；

（5）若的大于设定值持续时间在10分钟以上，则进行以下操作：

（6）将赋值给，调整补偿相位角，重新计算此时设定中心频率下对应的幅值；

（7）若步骤（6）重新计算的小于，则将与设定值进行比较，当,重复步骤（6），直至小于设定值；

（8）若步骤（6）重新计算的大于，则进行以下操作：

（9）将赋值给，调整补偿相位角，重新计算此时设定中心频率下对应的幅值；

（10）将与设定值进行比较，当,重复步骤（9），直至小于设定值。

所述步骤（三）中，动态带通滤波器采用如下的递推公式：

其中k为增益系数，，，，，，，为带通滤波器中心角频率，为品质因素，为带通滤波器上限截止角频率，为带通滤波器下限截止角频率，为采样时间，为滤波器输入信号，为滤波器输出信号。

所述步骤（三）中，转矩补偿通过以下方式计算：

（1）根据机组特性，设置动态带通滤波器的初始化参数、、的初始化参数；

（2）将发电机转速、转矩补偿值分别按照时间顺序存入数组x(n)、y(n)中，其中x[0]、y[0]为初始时刻值；x[n]、y[n]为当前时刻值，将数组x(n)、y(n)中相应时刻数值带入所述动态带通滤波器中，即得到实时计算的补偿转矩。

通过对变流器执行的总输出转矩进行实时的灵活修正，可实时动态调整阻尼力矩的最优相位角以及最优增益参数，实现机组参数的个性化设置，降低齿轮箱弹性支撑、联轴器等相关柔性部件的故障率，有效提高风力发电机组的稳定性。

虽然经过对本发明结合具体实施例进行描述，对于在本技术领域熟练的人士，根据上文的叙述做出的替代、修改与变化将是显而易见的。因此，在这样的替代，修改和变化落入本发明的权利要求的精神和范围内时，应该被包括在本发明中。

Claims (4)

1.一种风力发电机传动链振荡抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：

（一）利用FFT模块实时计算发电机转速信号 中传动链振荡频率下对应的幅值；

（二）根据幅值，通过扰动法控制计算出补偿相位角；

（三）利用动态带通滤波器，根据输入的发电机转速信号以及补偿相位角，实时计算出一个频率为，幅值为的补偿转矩；

（四）对主控转矩控制器输出的发电机给定转矩进行修正，实际传给变流器执行的总输出转矩。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机传动链振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤（二）中，补偿相位角的计算方法为：

（1）将与设定值进行比较；

（2）若小于设定值，则；

（3）若大于设定值，设置，其中为自行设置的初始补偿相位角，并统计的持续时间；

（4）若步骤的持续时间小于10分钟，则重新计算此时设定中心频率下对应的幅值，并重复步骤（1）；

（5）若的大于设定值持续时间在10分钟以上，则进行以下操作：

（6）将赋值给，调整补偿相位角，重新计算此时设定中心频率下对应的幅值；

（7）若步骤（6）重新计算的小于，则将与设定值进行比较，当,重复步骤（6），直至小于设定值；

（8）若步骤（6）重新计算的大于，则进行以下操作：

（9）将赋值给，调整补偿相位角，重新计算此时设定中心频率下对应的幅值；

（10）将与设定值进行比较，当,重复步骤（9），直至小于设定值。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机传动链振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤（三）中，动态带通滤波器采用如下递推公式：

其中k为增益系数，，，，，，，为带通滤波器中心角频率，为品质因素，为带通滤波器上限截止角频率，为带通滤波器下限截止角频率，为采样时间，为滤波器输入信号，为滤波器输出信号。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电机传动链振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤（三）中，转矩补偿具体计算方式为：

（1）根据机组特性，设置动态带通滤波器的初始化参数、、的初始化参数；

（2）将发电机转速、转矩补偿值分别按照时间顺序存入数组x(n)、y(n)中，其中x[0]、y[0]为初始时刻值；x[n]、y[n]为当前时刻值，将数组x(n)、y(n)中相应时刻数值带入所述动态带通滤波器中，即得到实时计算的补偿转矩。