CN108119300A - 降低风力发电机组载荷的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种降低风力发电机组载荷的方法及装置,其中,该方法包括:获取风力发电机组的第一转速;根据预设的转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的第一整数倍频;将陷波滤波器的中心频率设置为所述第一整数倍频,以使所述陷波滤波器对所述第一整数倍频进行衰减处理。本发明实施例提供的降低风力发电机组载荷的方法及装置,能够用以降低风力发电机组的载荷。
Description
技术领域
本发明实施例涉及风力发电技术领域,尤其涉及一种降低风力发电机组载荷的方法及装置。
背景技术
在兆瓦风力发电机组中,通常将叶轮转动频率称为1P频率,叶轮转动频率的整数倍频通常称为例如2P、3P、6P、9P等。在1.5Mw、2.0Mw、2.5Mw、3.0Mw等机型中,当风力发电机组在额定风速以上运行时,在发电机组的转速信号中存在叶轮转动频率的3倍频,即3P频率,相应的在风力发电机组的变桨速率给定值中也存在3P频率,这一方面导致了电气变桨执行机构温升增加,另一方面在塔筒fore-aft方向上的加速度信号中3P频率会进一步增大,导致塔筒的载荷增加。而在6Mw直驱风力发电机组中,从并网转速至额定转速的整个转速运行区间内,风力发电机组的转速和电磁扭矩给定值信号中都存在较明显的1P、2P、3P、6P等频率信号,并且在额定风速以上运行时,风力发电机组的变桨速率给定值中也较明显的存在相同的频率。
针对上述问题,现有技术在3Mw以下的风力发电机组中设计了具有固定中心频率的陷波滤波器,该陷波滤波器能够对额定转速时叶轮转动频率的3P频率进行过滤,但是,当风力发电机组在额定转速附近运行时,风力发电机组的转速实际上存在20%的额定转速的波动范围,而当风力发电机组的转速在波动范围内波动时,风力发电机组的叶轮转动频率的3P频率也会随之变化,此时,陷波滤波器将无法对变化后的3P频率进行过滤,导致后续利用该频率进行变桨或扭矩控制时,存在明显的载荷输入。而对于6Mw的风力发电机组而言,鉴于在整个风力发电机组转速运行区间都明显存在1P、2P、3P、6P等频率信号,因此只设置一个固定中心频率的陷波滤波器,同样无法满足在整个发电机运行转速范围内对相关频率大幅衰减的目标。
发明内容
本发明实施例提供一种降低风力发电机组载荷的方法及装置,用以降低风力发电机组的载荷。
本发明实施例第一方面提供一种降低风力发电机组载荷的方法,该方法包括:
获取风力发电机组的第一转速;
根据预设的转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的第一整数倍频;
将陷波滤波器的中心频率设置为所述第一整数倍频,以使所述陷波滤波器对所述第一整数倍频进行衰减处理。
本发明实施例第二方面提供一种控制装置,该装置包括:
获取模块,用于获取风力发电机组的第一转速;
确定模块,用于根据预设的转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的第一整数倍频;
执行模块,用于将陷波滤波器的中心频率设置为所述第一整数倍频,以使所述陷波滤波器对所述第一整数倍频进行衰减处理。
本发明实施例,通过实时的或周期性的获取风力发电机组的转速,并根据转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,确定相应的叶轮转动频率的整数倍频,再通过将陷波滤波器的中心频率设置为该整数倍频,使得陷波滤波器能够对该叶轮转动频率的整数倍频进行衰减处理。由此可知,本发明实施例中陷波滤波器的中心频率是随风力发电机组转速的变化而变化的,因此,能够针对变化的风力发电机组的转速,实现对叶轮转动频率的整数倍频的有效滤波,而不会像现有技术那样,因为陷波滤波器的中心频率是一个固定值,而无法适应风力发电机组转速波动的问题。并且,由于本发明实施例能够实现对叶轮转动频率的整数倍频的准确滤波,因此,在后续变桨控制和扭矩控制过程中,能够减少由于叶轮转动频率的整数倍频所导致的载荷输入,从而达到了降低风力发电机载荷的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的降低风力发电机组载荷的方法的流程示意图;
图2为本发明一实施例提供的步骤S101的执行方法的流程示意图;
图3为风力发电机组的并网转速未经过图1所示方法处理时,风力发电机组的电磁扭矩控制波特图;
图4为风力发电机组的并网转速经过图1所示方法处理时,风力发电机组的电磁扭矩控制波特图;
图5为风力发电机组的并网转速未经过图1所示方法处理时,风力发电机组的转速的频谱图;
图6为风力发电机组的并网转速经过图1所示方法处理时,风力发电机组的转速的频谱图;
图7为风力发电机组的额定转速未经过图1所示方法处理时,风力发电机组的电磁扭矩控制波特图;
图8为风力发电机组的额定转速在经过图1所示方法处理时,风力发电机组的电磁扭矩控制波特图;
图9为风力发电机组的额定转速未经过图1所示方法处理时,风力发电机组的转速的频谱图;
图10为风力发电机组的额定转速在经过图1所示方法处理时,风力发电机组的转速的频谱图;
图11为发明一实施例提供的控制装置的结构示意图;
图12为发明一实施例提供的获取模块11的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤的过程或结构的装置不必限于清楚地列出的那些结构或步骤而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程或装置固有的其它步骤或结构。
图1为本发明一实施例提供的降低风力发电机组载荷的方法的流程示意图,该方法可以由一设置在风力发电机组上的控制装置执行。如图1所示,该方法包括如下步骤:
步骤S101、获取风力发电机组的第一转速。
本实施例中所涉及的第一转速为经过低通滤波处理的风力发电机组的转速。具体的,图2为本发明一实施例提供的步骤S101的执行方法的流程示意图,如图2所示,步骤S101包括如下子步骤:
步骤S201、实时或周期性的获取风力发电机组的第二转速。
在风力发电机组中叶轮的转动速度与风力发电机组的转动速度在数值上是相等的,因此,实际场景中,叶轮转动频率的1P频率及其整数倍频是随着风力发电机组转速的变化而变化的。而实际应用中,当风力发电机组在额定转速附近运行时,其转速实际上是存在20%额定转速的波动范围的,因此,若风力发电机的转速发生变化,而陷波滤波器的中心频率不发生变化的话,则无法准确的对叶轮转动频率的1P频率或整数倍频进行衰减。因此,为了达到准确过滤风力发电机组的叶轮转动频率的整数倍频的目的,本实施例需要对风力发电机组的转速进行实时或周期性的获取,以便根据获取到的转速,确定相应的陷波滤波器的中心频率,使得陷波滤波器的中心频率始终与风力发电机的转速相匹配。
在图2所示实施例中,还包括步骤S202、通过低通滤波器对所述第二转速进行滤波处理,获得所述风力发电机组的第一转速。
步骤S202的执行方式和有益效果与现有技术类似,在这里不再赘述。
在图1所示实施例中,还包括步骤S102、根据预设的转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的第一整数倍频。
由于风力发电机组在运行过程中,其整个转速运行区间都存在着较明显的1P、2P、3P、6P等频率信号,因此,为了降低风力发电机组的载荷,优选的,可以根据风力发电机组的转速对上述倍频信号中的一个或几个进行过滤也可以对上述所有倍频信号进行过滤。例如可以对风力发电机组的转速所对应的叶轮转动频率的1P、2P、3P、6P进行过滤。
而由于风力发电机组的叶轮转动频率及其整数倍频是随风力发电机组转速的变化而变化的,因此,在对风力发电机组的叶轮转动频率及其至少一个整数倍频进行过滤前,需要先根据风力发电机组当前的转速,确定对应的叶轮转动频率以及对应叶轮转动频率的整数倍频。其具体的方法可以是预先根据风力发电机组的转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的数量关系,建立转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,再根据该映射关系确定当前转速对应的叶轮转动频率,以及该叶轮转动频率的整数倍频。
以叶轮转动频率的1P、2P、3P、6P为例,优选的,可以根据如下映射关系:
分别确定当前转速所对应的叶轮转动频率(即1P),以及所述叶轮转动频率的2P、3P、6P。
其中,n为当前经过滤波处理的风力发电机组的转速,i为叶轮转动频率的整数倍,例如i可以是1,2,3,6,9,12…..中的任意正整数,本示例中,i分别取1,2,3,6,ωiP为叶轮转动频率的i倍倍频,本示例中,分别根据上述映射关系,计算叶轮转动频率的1倍频,2倍频,3倍频和6倍频。
在图1所示实施例中,还包括步骤S103、将陷波滤波器的中心频率设置为所述第一整数倍频,以使所述陷波滤波器对所述第一整数倍频进行衰减处理。
为了实现陷波滤波器的中心频率与风力发电机组转速的匹配,在步骤S102之后,还需要根据步骤S102中获得的整数倍频对陷波滤波器的中心频率进行重新设置。本实施例中的实现方法主要是根据陷波滤波器的工作原理,将陷波滤波器中传递函数的频率参数设置为上述获得的整数倍频(即第一整数倍频),从而使得陷波滤波器能够以重置后的传递函数对风力发电机组当前的叶轮转动频率及其整数倍频进行过滤衰减。
以叶轮转动频率的1倍频ω1P、2倍频ω2P、3倍频ω3P、6倍频ω6P为例,优选的,可以将传递函数:
中的频率参数ωiP,分别设置为1倍频ω1P、2倍频ω2P、3倍频ω3P、6倍频ω6P从而分别通过1倍频、2倍频、3倍频以及6倍频时对应的传递函数对当前叶轮转动频率的1倍频、2倍频、3倍频和6倍频进行过滤。其中,H(s)为陷波滤波器的传递函数,d1、d2为所述陷波滤波器的阻尼,s为复变量。
示例的,图3-图10为实际测试图,其中,图3为风力发电机组的并网转速未经过图1所示方法处理时,风力发电机组的电磁扭矩控制波特图,图4为风力发电机组的并网转速经过图1所示方法处理时,风力发电机组的电磁扭矩控制波特图,图5为风力发电机组的并网转速未经过图1所示方法处理时,风力发电机组的转速的频谱图,图6为风力发电机组的并网转速经过图1所示方法处理时,风力发电机组的转速的频谱图。通过图3与图4的对比,以及图5与图6的对比可以发现,无论是在频域还是时域,采用图1所示方法之后,对并网转速下风力发电机组的叶轮转动频率及其整数倍频信号有很好的衰减。
图7为风力发电机组的额定转速未经过图1所示方法处理时,风力发电机组的电磁扭矩控制波特图,图8为风力发电机组的额定转速在经过图1所示方法处理时,风力发电机组的电磁扭矩控制波特图,图9为风力发电机组的额定转速未经过图1所示方法处理时,风力发电机组的转速的频谱图,图10为风力发电机组的额定转速在经过图1所示方法处理时,风力发电机组的转速的频谱图。通过对比同样可以发现,无论是在频域还是时域,采用图1所示方法之后,对额定转速下风力发电机组的叶轮转动频率及其整数倍频信号有很好的衰减。
进一步的,由图4、图6、图8、图10可知,无论是在频域还是时域,虽然同为叶轮转动频率及其整数倍频1P、2P、3P、6P等频率,由于发电机转速并不相同,因而叶轮转动频率及其整数倍频1P、2P、3P、6P等频率在实际数值上却是不相同的。采用图1所示方法之后,在风力发电机组的并网转速至额定转速的整个运行范围内,只需设计一个陷波滤波器即可,该陷波滤波器可以根据风力发电机组的转速自动调整其中心频率,从而实现对并网转速至额定转速之间的每个叶轮转动频率及其整数倍频进行过滤的目的。从本示例中可以看出,无论是从理论控制还是实际测试,均可以达到对叶轮转动频率及其整数倍频1P、2P、3P、6P等频率的衰减。
本实施例,通过实时或周期性的获取风力发电机组的转速,并根据预设的转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,确定相应的叶轮转动频率的整数倍频,进一步的,再根据预设的叶轮转动频率的整数倍频与陷波滤波器的中心频率之间的映射关系,实现对陷波滤波器的中心频率的确定。由此可知,本实施例中陷波滤波器的中心频率是随风力发电机组转速的变化而变化的,因此,能够针对变化的风力发电机组的转速,实现对叶轮转动频率的整数倍频的有效滤波,而不会像现有技术那样,因为陷波滤波器的中心频率是一个固定值,而无法适应风力发电机组转速波动的问题。并且,由于本实施例能够实现对叶轮转动频率的整数倍频的准确滤波,因此,在后续变桨控制和扭矩控制过程中,能够减少由于叶轮转动频率的整数倍频所导致的载荷输入,从而达到了降低风力发电机载荷的目的。
图11为发明一实施例提供的控制装置的结构示意图,如图11所示,该控制装置包括:
获取模块11,用于获取风力发电机组的第一转速;
确定模块12,用于根据预设的转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的第一整数倍频;
执行模块13,用于将陷波滤波器的中心频率设置为所述第一整数倍频,以使所述陷波滤波器对所述第一整数倍频进行衰减处理。
其中,所述第一整数倍频包括所述第一转速所对应的叶轮转动频率的至少一个整数倍频。
所述确定模块12,具体用于:
根据映射关系:
分别确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的至少一个整数倍频;
其中,n为所述风力发电机组的第一转速,i为叶轮转动频率的整数倍,ωiP为叶轮转动频率的i倍倍频。
所述执行模块13,具体用于:
将陷波滤波器中传递函数的频率参数设置为所述第一整数倍频。
本实施例提供的控制装置,能够用于执行图1所示的实施例,其执行方式和有益效果类似,在这里不再赘述。
图12为发明一实施例提供的获取模块11的结构示意图,如图12所示,在图11所示结构的基础上,所述获取模块11包括:
第一获取子模块111,用于实时或周期性的获取风力发电机组的第二转速;
滤波模块112,用于通过低通滤波器对所述第二转速进行滤波处理,获得所述风力发电机组的第一转速。
本实施例提供的控制装置,能够用于执行图2所示的实施例,其执行方式和有益效果类似,在这里不再赘述。
最后需要说明的是,本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或者部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可存储于一计算机可读存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可以为磁盘、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。
本发明实施例中的各个功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独的物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现,并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种降低风力发电机组载荷的方法,其特征在于,包括:
获取风力发电机组的第一转速;
根据预设的转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的第一整数倍频;
将陷波滤波器的中心频率设置为所述第一整数倍频,以使所述陷波滤波器对所述第一整数倍频进行衰减处理。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取风力发电机组的第一转速,包括:
实时或周期性的获取风力发电机组的第二转速;
通过低通滤波器对所述第二转速进行滤波处理,获得所述风力发电机组的第一转速。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述第一整数倍频包括所述第一转速所对应的叶轮转动频率的至少一个整数倍频。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法,其特征在于,所述根据预设的转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的第一整数倍频,包括:
根据映射关系:
<mrow>
<msub>
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<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>P</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
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</mfrac>
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<mn>2</mn>
<mo>&times;</mo>
<mi>&pi;</mi>
<mo>&times;</mo>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>n</mi>
<mn>30</mn>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mi>&pi;</mi>
<mo>&times;</mo>
<mi>i</mi>
</mrow>
分别确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的至少一个整数倍频;
其中,n为所述风力发电机组的第一转速,i为叶轮转动频率的整数倍,ωiP为叶轮转动频率的i倍倍频。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述将陷波滤波器的中心频率设置为所述第一整数倍频,包括:
将陷波滤波器中传递函数的频率参数设置为所述第一整数倍频。
6.一种控制装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取风力发电机组的第一转速;
确定模块,用于根据预设的转速与叶轮转动频率的整数倍频之间的映射关系,确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的第一整数倍频;
执行模块,用于将陷波滤波器的中心频率设置为所述第一整数倍频,以使所述陷波滤波器对所述第一整数倍频进行衰减处理。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,包括:所述获取模块,包括:
第一获取子模块,用于实时或周期性的获取风力发电机组的第二转速;
滤波模块,用于通过低通滤波器对所述第二转速进行滤波处理,获得所述风力发电机组的第一转速。
8.根据权利要求6或7所述的装置,其特征在于,所述第一整数倍频包括所述第一转速所对应的叶轮转动频率的至少一个整数倍频。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的装置,其特征在于,所述确定模块,具体用于:
根据映射关系:
<mrow>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mrow>
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</mrow>
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<mi>n</mi>
<mn>30</mn>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mi>&pi;</mi>
<mo>&times;</mo>
<mi>i</mi>
</mrow>
分别确定所述第一转速所对应的叶轮转动频率的至少一个整数倍频;
其中,n为所述风力发电机组的第一转速,i为叶轮转动频率的整数倍,ωiP为叶轮转动频率的i倍倍频。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述执行模块,具体用于:
将陷波滤波器中传递函数的频率参数设置为所述第一整数倍频。
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CN201611073628.XA Pending CN108119300A (zh) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | 降低风力发电机组载荷的方法及装置 |
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CN (1) | CN108119300A (zh) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2016
- 2016-11-29 CN CN201611073628.XA patent/CN108119300A/zh active Pending
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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