CN106194581A - 一种提高风电机组传动链运行稳定性的方法及系统 - Google Patents

一种提高风电机组传动链运行稳定性的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高风电机组传动链运行稳定性的方法及系统，该方法包括：S1.获取发电机的转速信号、风机叶片的桨距角位置信号以及风电机组转矩闭环控制的转矩指令；S2.根据转速信号计算得到传动链转矩加阻分量，根据桨距角位置信号计算得到增益系数；S3.根据传动链转矩加阻分量和增益系数计算最终加阻分量，用最终加阻分量调整风电机组转矩闭环控制的转矩指令，得到最终转矩控制指令；S4.通过最终控制转矩控制指令控制风电机组。该系统包括参数获取模块、计算模块和控制模块。本发明具有算法简单，容易实现，不需要实时检测传动链是否处于低频振荡状态，即可有效抑制传动链的低频振荡，提高风电机组传动链运行的稳定性的优点。

Description

一种提高风电机组传动链运行稳定性的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种风电机组控制方法及控制系统领域，尤其涉及一种提高风电机组传动链运行稳定性的方法及系统。
背景技术
风电机组传动链一般由叶片-轮毂-齿轮箱-发电机组成，由于设计、制造工艺或装配的问题，传动链的阻尼可能会出现偏低的情况，这将导致传动链上出现低频振荡。这将会影响风电机组的正常运行，降低传动链组件的寿命和机组控制性能。
申请公开号CN105071436A的发明专利，公开了一种抑制风电机组传动链低频振荡的方法。该方法由变流器根据周期时间内发电机瞬时转速ω偏离滤波转速ωf的代数和累计偏差∑e1与绝对值累计偏差∑e2的差值比较实现传动链低频振荡检测；变流器根据滤波转速ωf的微分量乘以比例系数Kp产生附加阻尼功率Pdamp，主控给定有功功率Pctrl叠加附加阻尼功率Pdamp作为变流器最终执行有功功率Pconv。该方法需要对传动链是否有低频振荡进行检测，控制算法相对较为复杂。另外阻尼功率Pdamp的计算由变流器完成，而给定功率Pctrl的计算由主控完成，有可能造成功率指令不匹配或功率波动的问题。
因此，有必要开发一种简单易行、有效可靠的提高风电机组传动链运行稳定性的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种控制算法简单，容易实现，能够有效的抑制传动链低频振荡，提高风电机组传动链运行稳定性的提高风电机组传动链运行稳定性的方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种提高风电机组传动链运行稳定性的方法，包括如下步骤：
S1.获取发电机的转速信号、风机叶片的桨距角位置信号以及风电机组转矩闭环控制的转矩指令；
S2.根据所述转速信号计算得到传动链转矩加阻分量，根据所述桨距角位置信号计算得到增益系数；
S3.根据所述传动链转矩加阻分量和所述增益系数计算最终加阻分量，用所述最终加阻分量调整所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令，得到最终转矩控制指令；
S4.通过所述最终控制转矩控制指令控制风电机组。
作为本方法的进一步改进，所述步骤S2中传动链转矩加阻分量通过对所述发电机的转速信号进行至少一次滤波计算得到。
作为本方法的进一步改进，所述滤波计算的滤波算法包括陷滤波、一阶低通滤波、二阶低通滤波。
作为本方法的进一步改进，所述步骤S2中增益系数通过对所述风机叶片的桨距角位置信号进行查表计算后得到；所述查表计算的方法包括线性插值方法、非线性插值方法、曲线拟合方法。
作为本方法的进一步改进，所述步骤S3中所述最终加阻分量由所述传动链转矩加阻分量乘以所述增益系数得到。
作为本方法的进一步改进，所述步骤S3中最终转矩控制指令由所述最终加阻分量加上所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令得到。
一种提高风电机组传动链运行稳定的系统，包括参数获取模块、计算模块和控制模块；
所述参数获取模块用于获取发电机的转速信号、风机叶片的桨距角位置信号以及风电机组转矩闭环控制的转矩指令；
所述计算模块用于根据所述转速信号计算得到传动链转矩加阻分量，根据所述桨距角位置信号计算得到增益系数；还用于根据所述传动链转矩加阻分量和所述增益系数计算最终加阻分量，用所述最终加阻分量调整所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令，得到最终转矩控制指令；
所述控制模块用于通过所述最终控制转矩控制指令控制风电机组。
作为本系统的进一步改进，所述计算模块通过对所述发电机的转速信号进行至少一次滤波计算得到所述传动链转矩加阻分量；
所述计算模块通过对所述风机叶片的桨距角位置信号进行查表计算后得到所述增益系数；
所述计算模块通过将所述传动链转矩加阻分量乘以所述增益系数得到所述最终加阻分量。
作为本系统的进一步改进，所述计算模块进行所述滤波计算的滤波算法包括陷滤波、一阶低通滤波、二阶低通滤波；所述计算模块进行所述查表计算的方法包括线性插值方法、非线性插值方法、曲线拟合方法。
作为本系统的进一步改进，所述计算模块将所述传动链转矩加阻分量乘以所述增益系数得到所述最终加阻分量；将所述最终加阻分量加上所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令得到所述最终转矩控制指令。
一种提高风电机组传动链运行稳定的系统，包括发电机转速编码器、变流器转速采集模块、主控系统、变桨系统、变流器系统，所述发电机转速编码器采集风电机组发电机转速脉冲信号，并发送至所述变流器转速采集模块；
所述变流器转速采集模块将所述发电机转速脉冲信号转化为发电机转速信号，并发送至所述主控系统；
所述变桨系统获取当前风机叶片的桨距角位置信号并发送至主控系统；
所述主控系统根据所述发电机转速信号计算传动链转矩加阻分量，根据所述风机叶片的桨距角位置信号计算增益系数，根据所述传动链转矩加阻分量和所述增益系数计算最终加阻分量，并用所述最终加阻分量调整所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令，得到最终转矩控制指令，并将所述最终转矩控制指令发送至所述变流器系统；
所述变流器系统根据所述最终转矩控制指令对风电机组进行控制。
作为本系统的进一步改进，所述主控系统将所述传动链转矩加阻分量乘以所述增益系数得到所述最终加阻分量；将所述最终加阻分量加上所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令得到所述最终转矩控制指令。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明仅需要获取发电机的转速信号、风机叶片的桨距角位置信号以及风电机组转矩闭环控制的转矩指令，通过简单的计算即可获得风电机组的最终转矩控制指令，算法简单，容易实现，不需要实时检测传动链是否处于低频振荡状态，即可有效抑制传动链的低频振荡，提高风电机组传动链运行的稳定性。
附图说明
图1为本发明具体实施例流程示意图。
图2为本发明具体实施例结构示意图。
图3为本发明具体实施例试验结果分析对比图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提高风电机组传动链运行稳定性的方法，包括如下步骤：S1.获取发电机的转速信号、风机叶片的桨距角位置信号以及风电机组转矩闭环控制的转矩指令；S2.根据转速信号计算得到传动链转矩加阻分量，根据桨距角位置信号计算得到增益系数；S3.根据传动链转矩加阻分量和增益系数计算最终加阻分量，用最终加阻分量调整风电机组转矩闭环控制的转矩指令，得到最终转矩控制指令；S4.通过最终控制转矩控制指令控制风电机组。
在本实施例中，步骤S2中传动链转矩加阻分量通过对发电机的转速信号进行至少一次滤波计算得到。滤波计算的滤波算法包括陷滤波、一阶低通滤波、二阶低通滤波。在本实施例中，对发电机的转速信号进行滤波，可以是一次滤波，也可以是多重滤波。所采用的滤波算法不仅仅包括如上所示的滤波算法，对于其它滤波算法，同样适用。步骤S2中增益系数通过对风机叶片的桨距角位置信号进行查表计算后得到；查表计算的方法包括线性插值方法、非线性插值方法、曲线拟合方法。当然，查表计算的方法不仅仅包括本实施例所例举的方法。步骤S3中最终加阻分量由传动链转矩加阻分量乘以增益系数得到。在本实施例中，最终加阻分量通过式(1)所示公式计算：
Qdamp＝K×Qdamp0 (1)
式(1)中，Qdamp为最终加阻分量，Qdamp0为传动链转矩加阻分量，K为增益系数。
最终转矩控制指令由最终加阻分量加上风电机组转矩闭环控制的转矩指令得到。在本实施例中，最终转矩控制指令通过式(2)所示公式计算得到：
Tcmd＝Qdamp+Tpi (2)
式(2)中，Qdamp为最终加阻分量，Tcmd为最终转矩控制指令，Tpi为风电机组转矩闭环控制的转矩指令。
如图2所示，本实施例提高风电机组传动链运行稳定的系统，包括参数获取模块、计算模块和控制模块；参数获取模块用于获取发电机的转速信号、风机叶片的桨距角位置信号以及风电机组转矩闭环控制的转矩指令；计算模块用于根据转速信号计算得到传动链转矩加阻分量，根据桨距角位置信号计算得到增益系数；还用于根据传动链转矩加阻分量和增益系数计算最终加阻分量，用最终加阻分量调整风电机组转矩闭环控制的转矩指令，得到最终转矩控制指令；控制模块用于通过最终控制转矩控制指令控制风电机组。
在本实施例中，计算模块通过对发电机的转速信号进行至少一次滤波计算得到传动链转矩加阻分量；计算模块通过对风机叶片的桨距角位置信号进行查表计算后得到增益系数；计算模块通过将传动链转矩加阻分量乘以增益系数得到最终加阻分量。计算模块进行滤波计算的滤波算法包括陷滤波、一阶低通滤波、二阶低通滤波；计算模块进行查表计算的方法包括线性插值方法、非线性插值方法、曲线拟合方法。
在本实施例中，计算模块将传动链转矩加阻分量乘以增益系数得到最终加阻分量；将最终加阻分量加上风电机组转矩闭环控制的转矩指令得到最终转矩控制指令。在本实施例中，计算模块通过式(1)所示公式计算最终加阻分量，通过式(2)所示公式计算最终转矩控制指令。
本实施例中，通过将本发明的方法与没有传动链加阻的情况进行仿真对比，如图3所示，图3中加粗的曲线为本发明技术方案具有传动链加阻的曲线，细线为作为对比的传统的无传动链加阻的曲线，通过图3可以看出，通过传动链加阻可以极大的抑制了有功功率波动，说明本发明能够有效的提高风电机组传动链的运行稳定性。
本实施例提高风电机组传动链运行稳定的系统，包括发电机转速编码器、变流器转速采集模块、主控系统、变桨系统、变流器系统，发电机转速编码器采集风电机组发电机转速脉冲信号，并发送至变流器转速采集模块；变流器转速采集模块将发电机转速脉冲信号转化为发电机转速信号，并发送至主控系统；变桨系统获取当前风机叶片的桨距角位置信号并发送至主控系统；主控系统根据发电机转速信号计算传动链转矩加阻分量，根据风机叶片的桨距角位置信号计算增益系数，根据传动链转矩加阻分量和增益系数计算最终加阻分量，并用最终加阻分量调整风电机组转矩闭环控制的转矩指令，得到最终转矩控制指令，并将最终转矩控制指令发送至变流器系统；变流器系统根据最终转矩控制指令对风电机组进行控制。主控系统将传动链转矩加阻分量乘以增益系数得到最终加阻分量；将最终加阻分量加上风电机组转矩闭环控制的转矩指令得到最终转矩控制指令。在本实施例中，主控系统通过式(1)所示公式计算最终加阻分量，通过式(2)所示公式计算最终转矩控制指令。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (12)

1.一种提高风电机组传动链运行稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.获取发电机的转速信号、风机叶片的桨距角位置信号以及风电机组转矩闭环控制的转矩指令；
S2.根据所述转速信号计算得到传动链转矩加阻分量，根据所述桨距角位置信号计算得到增益系数；
S3.根据所述传动链转矩加阻分量和所述增益系数计算最终加阻分量，用所述最终加阻分量调整所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令，得到最终转矩控制指令；
S4.通过所述最终控制转矩控制指令控制风电机组。
2.根据权利要求1所述的提高风电机组传动链运行稳定性的方法，其特征在于：所述步骤S2中传动链转矩加阻分量通过对所述发电机的转速信号进行至少一次滤波计算得到。
3.根据权利要求2所述的提高风电机组传动链运行稳定性的方法，其特征在于：所述滤波计算的滤波算法包括陷滤波、一阶低通滤波、二阶低通滤波。
4.根据权利要求1所述的提高风电机组传动链运行稳定性的方法，其特征在于：所述步骤S2中增益系数通过对所述风机叶片的桨距角位置信号进行查表计算后得到；所述查表计算的方法包括线性插值方法、非线性插值方法、曲线拟合方法。
5.根据权利要求1至4任一项所述的提高风电机组传动链运行稳定性的方法，其特征在于：所述步骤S3中所述最终加阻分量由所述传动链转矩加阻分量乘以所述增益系数得到。
6.根据权利要求5所述的提高风电机组传动链运行稳定性的方法，其特征在于：所述步骤S3中最终转矩控制指令由所述最终加阻分量加上所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令得到。
7.一种提高风电机组传动链运行稳定的系统，其特征在于：包括参数获取模块、计算模块和控制模块；
所述参数获取模块用于获取发电机的转速信号、风机叶片的桨距角位置信号以及风电机组转矩闭环控制的转矩指令；
所述计算模块用于根据所述转速信号计算得到传动链转矩加阻分量，根据所述桨距角位置信号计算得到增益系数；还用于根据所述传动链转矩加阻分量和所述增益系数计算最终加阻分量，用所述最终加阻分量调整所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令，得到最终转矩控制指令；
所述控制模块用于通过所述最终控制转矩控制指令控制风电机组。
8.根据权利要求7所述的提高风电机组传动链运行稳定的系统，其特征在于：所述计算模块通过对所述发电机的转速信号进行至少一次滤波计算得到所述传动链转矩加阻分量；
所述计算模块通过对所述风机叶片的桨距角位置信号进行查表计算后得到所述增益系数；
所述计算模块通过将所述传动链转矩加阻分量乘以所述增益系数得到所述最终加阻分量。
9.根据权利要求8所述的提高风电机组传动链运行稳定的系统，其特征在于：所述计算模块进行所述滤波计算的滤波算法包括陷滤波、一阶低通滤波、二阶低通滤波；所述计算模块进行所述查表计算的方法包括线性插值方法、非线性插值方法、曲线拟合方法。
10.根据权利要求7至9任一项所述的提高风电机组传动链运行稳定的系统，其特征在于：所述计算模块将所述传动链转矩加阻分量乘以所述增益系数得到所述最终加阻分量；将所述最终加阻分量加上所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令得到所述最终转矩控制指令。
11.一种提高风电机组传动链运行稳定的系统，包括发电机转速编码器、变流器转速采集模块、主控系统、变桨系统、变流器系统，其特征在于：所述发电机转速编码器采集风电机组发电机转速脉冲信号，并发送至所述变流器转速采集模块；
所述变流器转速采集模块将所述发电机转速脉冲信号转化为发电机转速信号，并发送至所述主控系统；
所述变桨系统获取当前风机叶片的桨距角位置信号并发送至主控系统；
所述主控系统根据所述发电机转速信号计算传动链转矩加阻分量，根据所述风机叶片的桨距角位置信号计算增益系数，根据所述传动链转矩加阻分量和所述增益系数计算最终加阻分量，并用所述最终加阻分量调整所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令，得到最终转矩控制指令，并将所述最终转矩控制指令发送至所述变流器系统；
所述变流器系统根据所述最终转矩控制指令对风电机组进行控制。
12.根据权利要求11所述的提高风电机组传动链运行稳定的系统，其特征在于：所述主控系统将所述传动链转矩加阻分量乘以所述增益系数得到所述最终加阻分量；将所述最终加阻分量加上所述风电机组转矩闭环控制的转矩指令得到所述最终转矩控制指令。
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