CN112523942B - 一种保护塔筒扭转的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种保护塔筒扭转的控制方法，包括以下步骤：检测机舱前、后方向的加速度值；根据加速度值计算塔筒的扭转弧度值；根据扭转弧度值，按照保护塔筒扭转控制策略对风力发电机组进行保护控制；保护塔筒扭转控制策略设置有第一阈值、第二阈值，两个阈值结合扭转弧度值分区域，采用对发电机降转速或以固定转速斜率停机的方式，对风力发电机组进行保护控制。本发明可以解决风力发电机组在偏航过程中因塔筒扭转振动过大而对塔筒造成破坏的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种保护塔筒扭转的控制方法。
背景技术
水平轴风力发电机组的机械结构主要由塔筒、机舱、轮毂组成。在风力发电机组的运行过程中，由于风的多变性以及塔筒自身结构、刚度和阻尼的综合条件影响，会引起塔筒结构的振动。塔筒振动引起的故障也是风力发电机组运行过程中最重要、最常见的故障之一，塔筒振动会导致塔筒结构的变形、附加应力、结构强度变化等，从而影响风力发电机组的寿命，严重时将导致风力发电机组倒塌。因此，对风力发电机组的塔筒振动监测保护研究有着重要的现实意义。
风力发电机组塔筒的振动主要有三种形式，分别为前后弯曲振动、左右弯曲振动以及扭转振动，目前，风力发电机组通常只监测了前后弯曲振动、左右弯曲振动，未对扭转振动进行监测；仅在有特殊测试需求时，使用应力贴片或三轴传感器的方式对扭转振动进行监测，只作为数据收集使用。风力发电机组也没有设置对于塔筒扭转振动相应的控制保护策略，可能会出现风力发电机组在偏航过程中，因塔筒扭转振动过大而造成的对塔筒造成破坏。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种保护塔筒扭转的控制方法，以解决现有技术中存在的风力发电机组在偏航过程中因塔筒扭转振动过大而对塔筒造成破坏的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
第一方面，提供了一种保护塔筒扭转的控制方法，包括以下步骤：
检测机舱前、后方向的加速度值；
根据加速度值计算塔筒的扭转弧度值；
根据扭转弧度值，按照保护塔筒扭转控制策略对风力发电机组进行保护控制。
进一步的，使用单轴加速度传感器检测机舱前、后方向的加速度值。
进一步的，单轴加速度传感器为2个，在机舱平台上以塔筒中心为基准对称安装。
进一步的，按照以下公式计算塔筒的扭转弧度值：
在上式中，psi表示塔筒扭转弧度值，J表示塔筒顶部转动惯量，C表示塔筒扭转刚度，az1表示加速度传感器1检测的机舱第一前、后方向加速度值，az2表示加速度传感器2检测的机舱第二前、后方向加速度值，R1表示加速度传感器1与塔筒第一轴心距离，R2表示加速度传感器2与塔筒第二轴心距离。
进一步的，保护塔筒扭转控制策略具体如下：
当塔筒扭转弧度值小于或等于第一阈值时时，风力发电机组继续正常运行；
当塔筒扭转弧度值大于第一阈值、小于或等于第二阈值时，主控系统报出警告，减小桨叶角度，控制发电机转速下降直至低于同步转速，控制发电机转矩控制模式调整为追踪风能吸收控制模式；
当当塔筒扭转弧度值大于第二阈值时，主控系统报出故障，禁止桨叶进行超出预设角度的收桨动作，控制发电机转速按固定斜率下降直至发电机停机，禁止任何方向的偏航动作。
进一步的，第一阈值为塔筒扭转极限载荷的25％～35％，第二阈值为塔筒扭转极限载荷的45～55％。
第二方面，提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现第一方面提供的保护塔筒扭转的控制方法。
第三方面，提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，计算机程序程序被处理器执行时实现第一方面提供的保护塔筒扭转的控制方法。
由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：
使用保护塔筒扭转控制策略保护风力发电机组，可以防止风力发电机组塔筒扭转载荷过大，使得塔筒扭转振动控制在安全阈值内，避免对塔筒造成破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例1的加速度传感器安装位置俯视角度示意图；
图2为本发明实施例1的控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
本实施例提供了一种保护塔筒扭转的控制方法，包括以下步骤：
检测机舱前、后方向的加速度值；
根据加速度值计算塔筒的扭转弧度值；
根据扭转弧度值，按照保护塔筒扭转控制策略对风力发电机组进行保护控制。
以下对实施例1工作原理进行详细说明：
首先，如图1所示，在机舱平台上，以塔筒中心为基准，在与机舱-风轮轮毂轴线(La)相垂直的线(Lb)上，对称安装2个加速度传感器，用来检测机舱前、后方向的加速度值。在本实施例中，加速度传感器与塔筒中心的距离不作限定；加速度传感器的安装方式不作限定，在本实施例中采用粘接方式。加速度传感器优选使用单轴加速度传感器，因为在本实施例中只需要检测机舱前、后方向的加速度值，再通过机舱前、后方向的加速度值计算出塔筒的扭转振动数据；使用单轴加速度传感器可以节约成本。
以下是本实施例保护塔筒扭转的控制方法，如图2所示，按以下步骤进行：
1、检测机舱前、后方向的加速度值
在风力发电机组的偏航过程中，主控系统首先判断机组是否执行停机操作。如果已经停机，此时塔筒不会产生扭转振动。
如果没有停机，主控系统通过安装的2个加速度传感器，检测检测机舱前、后方向的加速度值。在本实施例中，将机舱安装风轮叶片的一端作为前方向，机舱的另一端作为后方向。
2、根据加速度值计算塔筒的扭转弧度值
按以下公式(1)对塔筒的扭转弧度值进行计算：
在上式(1)中，psi表示塔筒扭转弧度值，J表示塔筒顶部转动惯量，C表示塔筒扭转刚度，az1表示加速度传感器1检测的机舱第一前、后方向加速度值，az2表示加速度传感器2检测的机舱第二前、后方向加速度值，R1表示加速度传感器1与塔筒的第一轴心距离，R2表示加速度传感器2与塔筒的第二轴心距离。
3、根据扭转弧度值，按照保护塔筒扭转控制策略对风力发电机组进行保护控制
在本实施例中设置两个阈值，分别是第一阈值limit1、第二阈值limit2。两个阈值结合扭转弧度值psi，分3个区域对风力发电机组进行保护控制。limit1、limit2根据塔筒扭转极限载荷进行确定，不同型号的风力发电机组塔筒扭转极限载荷数值各不相同，可以根据塔筒的结构设计文件查询得到。在本实施例中，设置limit1为超过塔筒扭转极限载荷的25％～35％，即用塔筒扭转极限载荷值乘以25％～35％，优选为乘以30％；limit2为超过塔筒扭转极限载荷的45％～55％，即塔筒扭转极限载荷值乘以45％～55％，优选为乘以50％。
保护塔筒扭转控制策略具体如下：
(1)当psi≤limit1时，说明塔筒的扭转振动在风力发电机组的结构可承受范围之内，此时风力发电机组继续正常运行。
(2)当limit2≥psi＞limit1时，说明塔筒的扭转振动已经超出风力发电机组的塔筒扭转极限载荷。此时主控系统报出警告，减小桨叶角度，以降低风能吸收；控制发电机转速快速下降，直到转速降低到同步发电转速以下；控制发电机转矩控制模式调整设为追踪最佳风能吸收控制模式。
(3)当进行了上述策略(2)的保护控制操作后，可能会出现因控制效果滞后，而造成psi在短时间内进一步增大的情况，在一定时间后，psi可能变得比阈值limit2更大。当psi＞limit2时，说明此时塔筒的扭转振动已经严重超出了风力发电机组的塔筒扭转极限载荷。此时主控系统报出故障，禁止桨叶进行超出预设的、大角度收桨动作，控制发电机转速按固定斜率下降直至发电机停机；同时立即禁止任何方向的偏航动作，降低塔筒端头受力，防止因机舱偏航动作导致塔筒扭转弧度更严重。
通过本实施例的技术方案，可以防止风力发电机组塔筒扭转载荷过大，使得塔筒扭转振动控制在安全阈值内，避免对塔筒造成破坏。
实施例2
提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现实施例1提供的保护塔筒扭转的控制方法。
实施例3
提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，计算机程序程序被处理器执行时实现实施例1提供的保护塔筒扭转的控制方法。
最后应说明的是：以上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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (6)
1.一种保护塔筒扭转的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测机舱前、后方向的加速度值；
根据所述加速度值，结合塔筒顶部转动惯量、塔筒扭转刚度、加速度传感器与塔筒的轴心距离，计算塔筒的扭转弧度值，计算公式如下：
在上式中，psi表示塔筒扭转弧度值，J表示塔筒顶部转动惯量，C表示塔筒扭转刚度，az1表示加速度传感器1检测的机舱第一前、后方向加速度值，az2表示加速度传感器2检测的机舱第二前、后方向加速度值，R1表示加速度传感器1与塔筒的第一轴心距离，R2表示加速度传感器2与的塔筒第二轴心距离；
根据所述扭转弧度值，按照保护塔筒扭转控制策略对风力发电机组进行保护控制；所述保护塔筒扭转控制策略具体如下：
当塔筒扭转弧度值小于或等于第一阈值时，风力发电机组继续正常运行；
当塔筒扭转弧度值大于第一阈值、小于或等于第二阈值时，主控系统报出警告，减小桨叶角度来收回桨叶，控制发电机转速下降直至低于同步转速，控制发电机转矩控制模式调整为追踪风能吸收控制模式；
当塔筒扭转弧度值大于第二阈值时，主控系统报出故障，禁止桨叶进行超出预设角度的收桨动作，控制发电机转速按固定斜率下降直至发电机停机，禁止任何方向的偏航动作。
2.根据权利要求1所述的一种保护塔筒扭转的控制方法，其特征在于：使用单轴加速度传感器检测机舱前、后方向的加速度值。
3.根据权利要求2所述的一种保护塔筒扭转的控制方法，其特征在于：所述单轴加速度传感器为2个，在机舱平台上以塔筒中心为基准对称安装。
4.根据权利要求1所述的一种保护塔筒扭转的控制方法，其特征在于：所述第一阈值为塔筒扭转极限载荷的25％～35％，第二阈值为塔筒扭转极限载荷的45％～55％。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1-4中任一所述的保护塔筒扭转的控制方法。
6.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一所述的保护塔筒扭转的控制方法。
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