CN109386436A - 风力发电机组发电机的振动消除方法和装置 - Google Patents

风力发电机组发电机的振动消除方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种风力发电机组发电机的振动消除方法和装置，该方法包括：根据初始幅值和第一相位角序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优相位角；根据最优相位角和第一幅值序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优幅值；根据最优相位角和最优幅值向发电机绕组注入谐波。采用本发明实施例中的技术方案，能够确定最优相位角和最优幅值，并向发电机绕组注入由最优相位角和最优幅值确定的谐波，从而解决发电机振动的问题。

Description

风力发电机组发电机的振动消除方法和装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种用于风力发电机组发电机的振动消除方法和装置。
背景技术
随着风力发电机组发电机功率越来越大，发电机绕组也由2套增加为4套或者更多套，不同发电机绕组的力的方向存在偏差，发电机绕组之间的力无法完全抵消，因此，发电机绕组数量的增加不可避免地会带来发电机振动的问题，使得发电机容易过早出现疲劳载荷或者螺丝松动现象，不仅会降低发电机的寿命，而且影响风力发电机组的安全运行。
发明内容
本发明实施例提供了一种风力发电机组发电机的振动消除方法和装置，能够确定最优相位角和最优幅值，并向发电机绕组注入由最优相位角和最优幅值确定的谐波，从而解决发电机振动的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种用于风力发电机组发电机的振动消除方法，包括：
根据初始幅值和第一相位角序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优相位角；
根据最优相位角和第一幅值序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优幅值；
根据最优相位角和最优幅值向发电机绕组注入谐波。
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据发电机的振动加速度确定最优相位角，包括：从第一相位角序列中确定第一相位角，并将第一相位角作为最优相位角，第一相位角对应的振动加速度小于相邻上一相位角和相邻下一相位角对应的振动加速度，第一相位角序列为步长为第一角度差的等差数列。
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据发电机的振动加速度确定最优相位角，还包括：若第一相位角不存在，则调整初始幅值并根据调整后的初始幅值和第一相位角序列重新向发电机绕组注入谐波。
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据发电机的振动加速度确定最优相位角，包括：从第一相位角序列中确定第一相位角，并将第一相位角确定为初始相位角，第一相位角对应的振动加速度小于相邻上一相位角和相邻下一相位角对应的振动加速度，第一相位角序列为步长为第一角度差的等差数列；根据初始幅值和第二相位角序列向发电机绕组注入谐波，第二相位角序列为步长为第二角度差的等差数列，第二角度差小于第一角度差；从第二相位角序列中确定第二相位角，并将第二相位角作为最优相位角，第二相位角对应的振动加速度小于相邻上一相位角和相邻下一相位角对应的振动加速度。
在第一方面的一种可能的实施方式中，第二相位角序列的最大值为初始相位角与第一角度差的和，第二相位角序列的最小值为初始相位角与第一角度差的差。
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据发电机的振动加速度确定最优幅值，包括：从第一幅值序列中确定第一幅值，并将第一幅值作为最优幅值，第一幅值对应的振动加速度小于相邻上一幅值和相邻下一幅值对应的振动加速度，第一幅值序列为步长为第一幅值差的等差数列。
在第一方面的一种可能的实施方式中，还包括：获得多台风力发电机组确定的多组最优相位角和最优幅值；根据多组最优相位角和最优幅值，得到通用最优相位角和通用最优幅值；针对任一台风力发电机组，根据通用最优相位角和通用最优幅值向该风力发电机组的发电机绕组注入谐波。
在第一方面的一种可能的实施方式中，振动加速度由第一传感器和/或第二传感器确定，其中，第一传感器安装在发电机的主轴上，第二传感器安装在发电机的定子支架上。
在第一方面的一种可能的实施方式中，谐波由风力发电机组的变流器注入发电机绕组。
第二方面，本发明实施例提供一种用于风力发电机组发电机的振动消除装置，包括：最优相位角确定模块，用于根据初始幅值和第一相位角序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优相位角；最优幅值确定模块，用于根据最优相位角和第一幅值序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优幅值；最优谐波注入模块，用于根据最优相位角和最优幅值向发电机绕组注入谐波。
在第二方面的一种可能的实施方式中，振动消除装置设置在风力发电机组的主控制器中。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的用于风力发电机组发电机的振动消除方法。
如上所述，在本发明实施例中，可以先根据初始幅值和第一相位角序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优相位角；然后根据最优相位角和第一幅值序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优幅值；然后根据最优相位角和最优幅值向发电机绕组注入谐波，以消除发电机的振动。
也就是说，本发明实施例能够自动向发电机绕组中注入不同相位角和不同幅值的谐波，确定出最优相位角和最优幅值，并向发电机绕组注入由最优相位角和最优幅值确定的谐波，从而解决发电机振动的问题，而且整个过程不需要人工干预，能够达到无人值守自动识别的功能，极大地提高了振动消除效率。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明一实施例提供的用于风力发电机组发电机的振动消除方法的流程示意图；
图2为与表1对应的振动加速度的变化趋势图；
图3为与表2对应的振动加速度的变化趋势图；
图4为本发明另一实施例提供的用于风力发电机组发电机的振动消除方法的流程示意图；
图5为本发明又一实施例提供的主控制器对变流器自动注谐波的控制流程示意图；
图6为本发明实施例提供的用于风力发电机组发电机的振动消除装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。
实际应用中，可以通过变流器向某一绕组或者多个绕组注入2倍频谐波电流(幅值、相位可调，频率为基频2倍频)，以期望产生与机组实际振动相反的作用力，从而抵消振动。
此时，如果采用手动测试调参，存在以下问题：
(1)需要人员在现场测试所有功率段的机组振动情况，手动记录变流器注入各种谐波幅值和角度下的测试结果，耗时耗力；
(2)现场风况不定，可能存在一个季度都没有大风的情况，测试人员待命时间较长。
(3)即使针对一种机型，对于不同风力发电机组也需要重新测试调参，无法形成通用性。
(4)停机更新参导致发电量的损失。
基于此，本发明实施例提供了一种用于风力发电机组发电机的振动消除方法和装置，采用本发明实施例中的技术方案，能够自动向发电机绕组中注入不同相位角和幅值的谐波，确定出最优相位角和最优幅值，并向发电机绕组注入由最优相位角和最优幅值确定的谐波，从而解决发电机振动的问题，整个过程不需要人工干预，极大地提高了振动消除效率。
图1为本发明一实施例提供的用于风力发电机组发电机的振动消除方法的流程示意图，如图1所示，该振动消除方法包括步骤101至步骤103。
在步骤101中，根据初始幅值和第一相位角序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优相位角。
也就是说，在幅值一定的情况下，通过变化相位角，寻找最优相位角。其中，初始幅值可以根据经验确定，考虑到幅值越大，能量注入越高，原则上初始幅值不宜太大，在一示例中，初始幅值可以为15A。
在步骤102中，根据最优相位角和第一幅值序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优幅值。
由于与幅值相比，相位角的确定比较容易，因此本发明实施例在已确定最优相位角的情况下，通过变化幅值，寻找最优幅值。
在步骤103中，根据最优相位角和最优幅值向发电机绕组注入谐波。
具体地，上述步骤101至步骤103中的谐波可以由风力发电机组的变流器注入发电机绕组，比如，由风力发电机组的主控制器自动给变流器下发不同幅值和相位角的谐波。
如上所述，在本发明实施例中，可以先根据初始幅值和第一相位角序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优相位角；然后根据最优相位角和第一幅值序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优幅值；然后根据最优相位角和最优幅值向发电机绕组注入谐波，以消除发电机的振动。
也就是说，本发明实施例能够自动向发电机绕组中注入不同相位角和不同幅值的谐波，确定出最优相位角和最优幅值，并向发电机绕组注入由最优相位角和最优幅值确定的谐波，从而解决发电机振动的问题，而且整个过程不需要人工干预，能够达到无人值守自动识别的功能，极大地提高了振动消除效率。
其中，振动加速度可以由第一传感器和/或第二传感器确定，第一传感器安装在发电机的主轴上，第二传感器安装在发电机的定子支架上。与采用单一传感器相比，采用两个传感器能够对最优相位角和最优幅值进行交叉验证，提高振动消除效果。
优选地，本发明实施例中的振动消除方法在大风天启动，即在风速较大或者发电机输出功率较大的工况启动，此时振动加速度的数值变化明显，有利于最优相位角和最优幅值的确定。
下面对最优相位角的具体确定方式进行详细说明。
在一示例中，从第一相位角序列中确定第一相位角，并将第一相位角作为最优相位角。
其中，第一相位角序列可以为步长为第一角度差的等差数列。
表1为本发明实施例提供的幅值固定，相位角不同时的振动加速度统计结果，其中，第一列为幅值设置值，固定为15A，第二列为不同的相位角设置值，步长为30度，第三列为主轴传感器测量数据，第四列为定子支架传感器测量数据，g为重力加速度(即振动加速度)。
表1
具体实施时，可以根据表1中的相位角设定值进行相位角粗略扫描，调整相位角设定值从0度开始以30度为步长，直到最大值360度，目的是寻找振动加速度最小时的相位角。
图2为与表1对应的振动加速度的变化趋势图。其中，圆坐标系的周向为相位角，曲线201表示主轴传感器测量数据的变化趋势，曲线202表示定子支架传感器测量数据的变化趋势。
从表1和图2中可以看出，当相位角在180度和210度时，主轴传感器和定子支架传感器的测量数据最小，振动效果比较好。其中，210度对应的振动加速度小于180度对应振动加速度，也小于240对应的振动加速度，可以直接将210度作为最优相位角。
在一示例中，若第一相位角不存在，则调整初始幅值并根据调整后的初始幅值和第一相位角序列重新向发电机绕组注入谐波，直到从第一相位角序列中确定出第一相位角。也就是说，如果0-360度扫描完成，还没有发现明显的振动较小值对应的相位角，可以试着增大幅值，比如将幅值从15A调整至25A，再次进行0-360度扫描，直到找到振动加速度最小值对应的相位角。
在另一示例中，考虑到0-360度粗略扫描的结果不够精细，还可以将上述第一相位角作为初始相位角，然后根据初始幅值和第二相位角序列向发电机绕组注入谐波。其中，第二相位角序列为步长为第二角度值的等差数列，第二角度值小于第一角度差。
接着上文中的例子，如果扫描过程中发现相位角210度对应的振动加速度小于180度对应振动加速度，也小于240度对应的振动加速度，可以直接将210度作为初始相位角，将步长调整5度，根据第二相位角序列(比如240度、235度、230度…180度)开始反向测试，从第二相位角序列中确定第二相位角，并将第二相位角作为最优相位角，第二相位角对应的振动加速度小于相邻上一相位角和相邻下一相位角对应的振动加速度。
根据本发明实施例，可以从第一幅值序列中确定最优幅值，其中，第一幅值序列为步长为第一幅值差的等差数列。
下面对最优幅值的具体确定方式进行详细说明。
表2为本发明实施例提供的相位角固定，幅值不同时的振动加速度统计结果，其中，第一列为不同的幅值设置值，步长为5A，第二列为相位角设定值，固定为210度，第三列为主轴传感器测量数据，第四列为定子支架传感器测量数据，g为重力加速度(即振动加速度)。
具体实施时，可以根据表2中的幅值设定值进行幅值扫描，从20A开始，5A为步长，直到最大值50A，目的是寻找振动加速最小时的幅值。
图3为与表2对应的振动加速度的变化趋势图。其中，圆坐标系的周向为相位角，曲线301表示主轴传感器测量数据的变化趋势，曲线302表示定子支架传感器测量数据的变化趋势。
表2
从表2和图3中可以看出，当幅值在25A和30A时，主轴传感器和定子支架传感器的测量数据最小，振动效果比较好。其中，30A对应的振动加速度小于25A对应振动加速度，也小于35A对应的振动加速度，可以直接将30A作为最优幅值。
在一示例中，幅值上限位70A，如果测试过程中发现幅值增大至70A后，振动加速度还能够继续减小，可以再适当上调幅值，直到找到最振动加速度最小值对应的幅值。需要注意的是，幅值上调时，还应该同时打开风力发电机组的安全保护功能，以防止因测试幅值过高而引起的安全问题。
图4为本发明另一实施例提供的用于风力发电机组发电机的振动消除方法的流程示意图，该振动消除方法包括步骤401至步骤403，用于处理同一型号的风力发电机组的振动问题。
在步骤401中，获得多台风力发电机组确定的多组最优相位角和最优幅值。
在步骤402中，根据多组最优相位角和最优幅值，得到通用最优相位角和通用最优幅值。
示例性地，可以将多组最优相位角的平均值作为通用最优相位角，将多组最优幅值的平均值作为通用最优幅值。
在步骤403中，针对任一台风力发电机组，根据通用最优相位角和通用最优幅值向该风力发电机组的发电机绕组注入谐波。
也就是说，针对某一种机型的风力发电机组，可以采用统一的通用最优相位角和通用最优幅值，不需要重新测试调参，简化了工作量，十分有利用于推广使用。
图5为本发明又一实施例提供的主控制器对变流器自动注谐波的控制流程示意图，该控制流程包括由主控制器执行的步骤501至步骤511，和由变流器执行的步骤5041至步骤5043，用于对本发明实施例中的振动消除方式进行详细举例说明。
在步骤501中，主控制器的自动注谐波功能启动。
在步骤502中，主控制器读取自动注谐波矩阵，比如步长为5度的相位角和步进为5A的电流幅值。示例性地，可以在初始化文件中添加自动注谐波矩阵组。
在步骤503中，主控制器根据已执行完的注谐波矩阵组标志位，识别已完成的注谐波矩阵。
在步骤504中，主控制器给变流器下发未完成的谐波值，包括相位角和幅值。
在步骤5041中，变流器配合开启谐波自动注入功能。
在步骤5042中，变流器确定是否接受主控下发的谐波值，若是，则执行步骤5043。
在步骤5043中，变流器执行下发的谐波值向发电机绕组注入谐波。以消除发电机的振动。
在步骤505中，对发电机进行振动监测。
在步骤506中，执行机组相关保护功能，避免因谐波调制影响风力发电机组的安全运行。
在步骤507中，按照功率进行振动数据的分仓处理，从而为后期的分析处理过程提供数据支撑。
在步骤508中，判断是否完成本组的测试数据，若完成，则执行步骤509。
在步骤509中，更新注谐波矩阵标志位。
在步骤510中，判断是否完成所有组的测试数据，若是，则执行步骤511，反之，执行步骤503。
在步骤511中，从所有组中选择最优谐波参数下发变流器并记录到本地，即将所有测试结果保存到标定文件，后期进行人工确认。
图6为本发明实施例提供的用于风力发电机组发电机的振动消除装置的结构示意图，如图6所示，该振动消除装置包括最优相位角确定模块601、最优幅值确定模块602和最优谐波注入模块603。
其中，最优相位角确定模块601用于根据初始幅值和第一相位角序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优相位角。
最优幅值确定模块602用于根据最优相位角和第一幅值序列向发电机绕组注入谐波，并根据发电机的振动加速度确定最优幅值。
最优谐波注入模块603用于根据最优相位角和最优幅值向发电机绕组注入谐波。
具体地，本发明实施例中的振动消除装置可以设置在设置风力发电机组的主控制器中，以避免对现有硬件结构进行改造，当然也可以设置在具有独立运算功能的逻辑运算器件中，此处不进行限定。
本发明实施例该提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的用于风力发电机组发电机的振动消除方法。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (12)

1.一种用于风力发电机组发电机的振动消除方法，其中，包括：
根据初始幅值和第一相位角序列向发电机绕组注入谐波，并根据所述发电机的振动加速度确定最优相位角；
根据所述最优相位角和第一幅值序列向所述发电机绕组注入谐波，并根据所述发电机的振动加速度确定最优幅值；
根据所述最优相位角和所述最优幅值向所述发电机绕组注入谐波。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述发电机的振动加速度确定最优相位角，包括：
从所述第一相位角序列中确定第一相位角，并将所述第一相位角作为所述最优相位角，所述第一相位角对应的振动加速度小于相邻上一相位角和相邻下一相位角对应的振动加速度，所述第一相位角序列为步长为第一角度差的等差数列。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述根据所述发电机的振动加速度确定最优相位角，还包括：
若所述第一相位角不存在，则调整所述初始幅值并根据调整后的初始幅值和所述第一相位角序列重新向所述发电机绕组注入谐波。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述发电机的振动加速度确定最优相位角，包括：
从所述第一相位角序列中确定第一相位角，并将所述第一相位角确定为初始相位角，所述第一相位角对应的振动加速度小于相邻上一相位角和相邻下一相位角对应的振动加速度，所述第一相位角序列为步长为第一角度差的等差数列；
根据所述初始幅值和第二相位角序列向所述发电机绕组注入谐波，所述第二相位角序列为步长为第二角度差的等差数列，所述第二角度差小于所述第一角度差；
从所述第二相位角序列中确定第二相位角，并将所述第二相位角作为所述最优相位角，所述第二相位角对应的振动加速度小于相邻上一相位角和相邻下一相位角对应的振动加速度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，
所述第二相位角序列的最大值为所述初始相位角与所述第一角度差的和，所述第二相位角序列的最小值为所述初始相位角与所述第一角度差的差。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述发电机的振动加速度确定最优幅值，包括：
从所述第一幅值序列中确定第一幅值，并将所述第一幅值作为所述最优幅值，所述第一幅值对应的振动加速度小于相邻上一幅值和相邻下一幅值对应的振动加速度，所述第一幅值序列为步长为第一幅值差的等差数列。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：
获得多台风力发电机组确定的多组最优相位角和最优幅值；
根据所述多组最优相位角和最优幅值，得到通用最优相位角和通用最优幅值；
针对任一台风力发电机组，根据所述通用最优相位角和通用最优幅值向该风力发电机组的发电机绕组注入谐波。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中，所述振动加速度由第一传感器和/或第二传感器确定，其中，所述第一传感器安装在所述发电机的主轴上，所述第二传感器安装在所述发电机的定子支架上。
9.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中，所述谐波由风力发电机组的变流器注入所述发电机绕组。
10.一种用于风力发电机组发电机的振动消除装置，其中，包括：
最优相位角确定模块，用于根据初始幅值和第一相位角序列向发电机绕组注入谐波，并根据所述发电机的振动加速度确定最优相位角；
最优幅值确定模块，用于根据所述最优相位角和第一幅值序列向所述发电机绕组注入谐波，并根据所述发电机的振动加速度确定最优幅值；
最优谐波注入模块，用于根据所述最优相位角和所述最优幅值向所述发电机绕组注入谐波。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述装置设置在风力发电机组的主控制器中。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其中，程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任一项所述的用于风力发电机组发电机的振动消除方法。
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