CN115095480B - 一种具有振动控制功能的风电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有振动控制功能的风电设备，该风电设备包括：叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、发电机、机舱、变压器、第一变流器、第二变流器和塔架；第一变流器和第二变流器分别在机舱内沿第一方向设置在机舱机身部的振动机构上，且在机舱的第二方向沿着机舱的机身部具有第一安全振动空间；变压器在机舱内沿第二方向设置与机舱尾部的振动机构上，且在机舱的第一方向沿着机舱的尾部具有第二安全振动空间，第一方向垂直于所述第二方向。本发明实施例通过第一变流器和第二变流器分别在第一安全振动空间内振动，变压器在第二安全振动空间振动，无需额外的阻尼器即可全向抑制风电设备的振动，极大降低了成本。

Description

一种具有振动控制功能的风电设备

技术领域

本发明涉及本发明涉及风力发电技术领域，更具体为一种具有振动控制功能的风电设备。

背景技术

风能作为可再生能源的重要组成部分，在双碳目标下备受关注，并取得了广泛的利用；风电设备是一种将风能转换为电能的绿色装备，十四五期间风电设备的装机量将迎来历史新高。高比例可再生能源占比下的新型电力系统需要高装机量的风电设备来支撑，同时，新型电力系统对风电设备提出了更高的要求，那就是高可靠性、高安全性、高经济性。

目前风电设备正在趋向长、柔叶片大叶片、高塔架、轻量化结构等维度发展，降成本已成为风电行业炙热的话题，且持续在践行中。然而，近两年市场上我们看到的是机组频频倒塔、叶片断裂等安全事故，振动问题凸显，产品的低成本与高质量成为一对矛盾体。

风电设备这种技术发展趋势下需要结构稳定性保护装置，且在风电行业已看到了相关的技术和产品。从软件的角度，通过变桨、转矩、偏航等控制实现机组特定方向及部位的阻尼增加，从而增加机组稳定性；从硬件的角度，通过增加调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器来实现整机的阻尼增加进而提升机组的稳定性等。通过软件、硬件分别应用或组合应用来应对高塔、柔性机组、轻量化机组所面临的振动问题、叶片转动与塔架耦合振动问题。

在现有技术中，高塔、柔性机组、轻量化机组振动特征、叶片塔架耦合振动特征从根本上讲与阻尼息息相关，解决此类问题从阻尼角度入手可得到较好地答案。实际中，从软件增加阻尼维度存在一些难点，如传感器的测量精度问题、传感器的测量干扰问题使得实施应用起来相对困难；从硬件增加阻尼维度来讲，调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器均可以很好地实现振动抑制，从公开文献中可以看出许多现场测试验证的明显效果；但是额外的增加调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器等硬件产品无形中增添了机组的成本，使得机组经济性下降。因此需要提供一种在兼顾机组成本前提下可实现阻尼增加产品，以解决由于外部风荷载诱发的整机振动问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种具有振动控制功能的风电设备，以解决现有技术中需要增加额外的阻尼器来抑制风电设备的振动，导致成本较高技术问题。

为达上述目的，本发明实施例提供了一种具有振动控制功能的风电设备，所述风电设备包括：叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、发电机、机舱、变压器、第一变流器、第二变流器和塔架；

所述第一变流器和所述第二变流器分别在所述机舱内沿第一方向设置在所述机舱机身部的振动机构上，且在所述机舱的第二方向沿着所述机舱的机身部具有第一安全振动空间；

所述变压器在所述机舱内沿所述第二方向设置与所述机舱尾部的振动机构上，且在所述机舱的所述第一方向沿着所述机舱的尾部具有第二安全振动空间；所述第一方向垂直于所述第二方向。

在一些可能的实施方式中，所述振动机构包括：滑动副元件，分别设置于所述机舱的机身部的第一平台和所述机舱的尾部的第二平台上，所述滑动副元件为直线导轨、滚珠丝杠或运动小车。

在一些可能的实施方式中，当滑动副元件为直线导轨或滚珠丝杠时，所述直线导轨或所述滚珠丝杠中的非运动部分与所述第一平台和所述第二平台固定连接；

当所述滑动副元件为运动小车时，所述第一平台和所述第二平台支撑所述运动小车的滚轮，并与所述运动小车的滚轮构成滚动摩擦副。

在一些可能的实施方式中，所述振动机构还包括：弹性元件，所述弹性元件一端分别与所述变压器、所述第一变流器或所述第二变流器固定连接，另一端与所述第一平台和所述第二平台上设置的连接结构固定连接；所述弹性元件包括圆柱螺旋弹簧或柔性杆；

所述风电设备还包括：传感器，用于实时测量所述风电设备的第一向加速度和第二向加速度的时域信号；

滤波器，用于对所述时域信号进行滤波处理实时获得所述风电设备的第一方向的一阶运行频率和第二方向的一阶运行频率；

刚度控制器，用于根据所述第一方向的一阶运行频率和所述第二方向的一阶运行频率设置所述弹性元件的刚度值。

在一些可能的实施方式中，所述振动机构还包括：阻尼元件，所述阻尼元件包括导体元件和电磁元件，所述导体元件和所述电磁元件均设置在所述变压器、所述第一变流器或所述第二变流器与所述滑动副元件之间，所述导体元件为整体式部件或分体式部件。

在一些可能的实施方式中，当所述导体元件为整体式部件时，所述导体元件固定安装在所述变压器、所述第一变流器或所述第二变流器的底部，所述电磁元件固定于所述第一平台或所述第二平台上，移动所述导体元件切割所述电磁元件产生的空间电磁场。

在一些可能的实施方式中，当所述导体元件为分体式部件时，所述电磁元件分别固定于所述滑动副元件内侧，所述导体元件分别固定安装在所述变压器、所述第一变流器和所述第二变流器的底部的两侧，且分别靠近所述电磁元件，移动所述导体元件切割所述电磁元件产生的空间电磁场。

在一些可能的实施方式中，所述电磁元件包括：若干铁芯、线圈、电阻、导线和电源模块，所述线圈缠绕在所述若干铁芯的外部，所述导线与所述电阻串联连接，用于将所述线圈与所述电源模块连接；

所述电源模块分别为所述变压器、所述第一变流器和所述第二变流器对应的电源，所述电源模块用于提供相应的电压，所述电压在所述电磁元件的回路中形成电流。

在一些可能的实施方式中，所述叶片用于吸收风能，将所述风能转化为所述轮毂和所述主轴的旋转机械能后，并带动所述齿轮箱进行增速，发电机用于将机械能转换为电能；

所述第一变流器和所述第二变流器分别与所述发电机和所述变压器串联连接，分别用于对所述发电机的输出功率的一半进行变流后，分别将输出功率的一半汇总至所述变压器中进行升压并传输至电网。

在一些可能的实施方式中，所述风电设备还包括：振动控制器，所述振动控制器用于发出振动控制信号，所述变压器、所述第一变流器或所述第二变流器对应的电源用于依据所述振动控制信号分别对电磁元件提供相应的电压，使得所述第一变流器或所述第二变流器在第一安全振动空间内振动，使得所述变压器在第二安全振动空间内振动。

上述技术方案的有益技术效果在于：

本发明实施例提供的一种具有振动控制功能的风电设备，所述风电设备包括：叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、发电机、机舱、变压器、第一变流器、第二变流器和塔架；第一变流器和第二变流器分别在所述机舱内沿第一方向设置在机舱机身部的振动机构上，且在机舱的第二方向沿着机舱的机身部具有第一安全振动空间；变压器在所述机舱内沿所述第二方向设置与机舱尾部的振动机构上，且在机舱的所述第一方向沿着机舱的尾部具有第二安全振动空间，所述第一方向垂直于所述第二方向。本发明实施例通过第一变流器和第二变流器分别在第一安全振动空间内振动，变压器在第二安全振动空间振动，无需额外的阻尼器即可全向抑制风电设备的振动，极大降低了成本。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种具有振动控制功能的风电设备的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的一种机舱内部的机构示意图；

图3是本发明实施例的第一种振动机构的示意图；

图4是本发明实施例的第二种振动机构的示意图；

图5是本发明实施例的第三种振动机构的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种电磁元件的示意图；

图7是本发明实施例的一种风电设备的电气传动链的示意图；

图8是本发明实施例的一种振动控制器的控制逻辑图。

附图标号说明：

1、叶片；2、轮毂；3、主轴；4、齿轮箱；5、发电机；6、机舱；61、第一平台；62、第二平台；63、连接结构；7、变压器；8、第一变流器；9、第二变流器；10、塔架；11、电网；12、弹性元件；13、滑动副元件；14、导体元件；15、电磁元件；151、铁芯；152、线圈；153、电阻；154、导线；155、电源模块；16、振动控制器。

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。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

图1是本发明实施例的一种具有振动控制功能的风电设备的整体结构示意图，图2是本发明实施例的一种机舱内部的机构示意图，如图1和图2所示，该风电设备包括：叶片1、轮毂2、主轴3、齿轮箱4、发电机5、机舱6、变压器7、第一变流器8、第二变流器9和塔架10；主轴3、齿轮箱4和发电机5设置于机舱6的内部，主轴3通过齿轮箱4与发电机5连接，机舱6安装在塔架10上，轮毂2设置于机舱6的前端，与机舱6内的主轴3连接，叶片1可转动地安装在轮毂2上，第一变流器8和第二变流器9分别在机舱6内沿第一方向(即X方向)设置在机舱6机身部的振动机构上，且在机舱6的第二方向沿着机舱6的机身部具有第一安全振动空间；变压器7在机舱6内沿第二方向(即Y方向)设置与机舱6尾部的振动机构上，且在机舱6的第一方向沿着机舱6的尾部具有第二安全振动空间；第一方向垂直于第二方向。

具体的，本实施例中将传统的风电设备的变流器分为两组(即第一变流器8和第二变流器9)设置在机舱6的内部，降低了单个模块的功率，使得第一变流器8和第二变流器9尺寸变小，进而使得第一变流器8和第二变流器9在机舱6的内部沿着X方向可以在机舱6前后部存在较大的距离，使得第一变流器8和第二变流器9在机舱6的Y方向具有第一安全振动空间；变压器7与机舱6的尾部沿着Y方向保持一定的机械安全距离，使得变压器7在机舱6的X方向具有第二安全振动空间。

本发明实施例通过第一变流器8和第二变流器9分别在第一安全振动空间内振动，变压器7在第二安全振动空间振动，无需额外的阻尼器即可全向抑制风电设备的振动，极大降低了成本，解决了风电设备由于振动所带来的机组经济性问题。

图3是本发明实施例的第一种振动机构的示意图，如图3所示，该振动机构包括：滑动副元件13，分别设置于机舱6的机身部的第一平台61和机舱6的尾部的第二平台62上，变压器7、第一变流器8或第二变流器9分别安装在滑动副元件13上，滑动副元件13可以为直线导轨、滚珠丝杠或运动小车。当滑动副元件13为直线导轨或滚珠丝杠时，直线导轨或滚珠丝杠中的非运动部分与第一平台61和第二平台62固定连接；当滑动副元件13为运动小车时，第一平台61和第二平台62支撑运动小车的滚轮，并与运动小车的滚轮构成滚动摩擦副。具体的，当风电设备(即主结构)发生振动时，变压器7、第一变流器8或第二变流器9(相当于质量元件)由于惯性作用会在滑动副元件13上产生与主结构反相位的运动，在反相位运动中会抵消掉主结构上的振动能量，实现了振动的抑制。本发明实施例中，通过滑动副元件13的运动带动变压器7、第一变流器8或第二变流器9运动，以抑制风电设备的振动。

如图3所示，在一些实施例中，振动机构还可以进一步包括：弹性元件12，弹性元件12一端分别与变压器7、第一变流器8或第二变流器9固定连接，另一端与第一平台61和第二平台62上设置的连接结构63固定连接，连接结构63以螺栓、焊接等形式分别与第一平台61和第二平台62固定连接，弹性元件12可以包括圆柱螺旋弹簧或柔性杆；

另外，风电设备内部配置有传感器、滤波器和刚度控制器，传感器用于实时测量风电设备的第一方向加速度的时域信号和第二方向加速度的时域信号，然后，通过滤波器对第一方向加速度的时域信号和第二方向加速度的时域信号进行滤波处理实时获得风电设备的第一方向的一阶运行频率和第二方向的一阶运行频率；刚度控制器用于根据第一方向的一阶运行频率和第二方向的一阶运行频率设置弹性元件12的刚度值。

具体的，可以根据频率公式，

计算出弹性元件12的刚度值k，其中，m为风电设备的质量，f为一阶运行频率。本发明实施例可以在既定系统的配置下，通过调整弹性元件12的刚度值k，使得整个风电设备运动系统的频率可调整。

图4是本发明实施例的第二种振动机构的示意图，图5本发明实施例的第三种振动机构的示意图，如图4和图5所示，振动机构还可以包括：阻尼元件，阻尼元件包括导体元件14和电磁元件15，导体元件14和电磁元件15均设置在变压器7、第一变流器8或第二变流器9与滑动副元件13之间，导体元件14为整体式部件或分体式部件，且导体元件14可通过螺栓或焊接方式固定在变压器7、第一变流器8或第二变流器9的底部，导体元件14可以为铜、铝等具有一定电导率的导体材质。当风电设备(即主结构)发生振动时，变压器7、第一变流器8或第二变流器9(相当于质量元件)由于惯性作用会在滑动副元件13上产生与主结构反相位的运动，在反相位运动中会切割电磁元件15产生的磁感线实现动能向热能的耗能转换，从而消耗了主结构上的振动能量，实现了振动的抑制，实现了振动的抑制。本发明实施例可以通过阻尼元件分别消耗变压器7、第一变流器8或第二变流器9运动时的动能，实现整个风电设备在Y向和X向的振动抑制。

如图4所示，在一些实施例中，当导体元件14为整体式部件时，导体元件14固定安装在变压器7、第一变流器8或第二变流器9的底部，电磁元件15固定于第一平台61或第二平台62上，移动导体元件14切割电磁元件15产生的空间电磁场。移动的导体元件14切割电磁元件15产生的空间电磁场，进而产生电磁运动阻力，即阻尼力；导体元件14与电磁元件15形成垂直方向电气气隙，电气气隙越小可提供更大的阻尼力，但对应装配难度大；电气气隙越大装配较容易实现，但是提供的阻尼力较小；可选的，电气气隙为2mm～4mm。

如图5所示，在一些实施例中，当导体元件14为分体式部件时，电磁元件15分别固定于滑动副元件13内侧，导体元件14分别固定安装在变压器7、第一变流器8和第二变流器9的底部的两侧，且分别靠近电磁元件15，移动导体元件14切割电磁元件15产生的空间电磁场。移动的导体元件14切割电磁元件15产生的空间电磁场，进而产生电磁运动阻力，即阻尼力；导体元件14与电磁元件15构成水平向电气气隙，且左右两侧均可提供阻尼力；电气气隙越小可提供更大的阻尼力，但对应装配难度大；电气气隙越大装配较容易实现，但是提供的阻尼力较小；可选的，电气气隙为2mm～4mm。

图6是本发明实施例提供的一种电磁元件的示意图，如图6所示，在一些实施例中，电磁元件15包括：若干铁芯151、线圈152、电阻153和导线154，线圈152缠绕在若干铁芯151的外部，导线154与电阻153串联连接，用于将线圈152与电源模块(E)155连接；电源模块155分别为变压器7、第一变流器8和第二变流器9对应的电源，电源模块155用于提供相应的电压，该电压对应的电动势在电磁元件15的回路中形成电流，即，在线圈152中会有持续的电流通过，此时会在空间中形成对应强度的磁场；其中，线圈152材质可以为铜、铝等；为了将降低电磁元件15的电磁涡流损耗，若干铁芯151采用多层叠片型式，例如，本实施例中是三个铁芯151层叠设置，铁芯151的材质可以硅钢片或其它软磁材料，另外，铁芯151的片数可以根据实际需要的电流大小任意设置，本实施例不做具体限制。

图7是本发明实施例的一种风电设备的电气传动链的示意图，如图7所示，在一些实施例中，传动链包括主轴3和齿轮箱4等，叶片1用于吸收风能，将风能转化为轮毂2和传动链(即主轴3带动齿轮箱4进行增速旋转)的旋转机械能后，发电机5用于将机械能转换为电能；第一变流器8和第二变流器9分别与发电机5和变压器7串联连接，分别用于对发电机5产生的功率的一半进行变流后，分别将产生的功率的一半汇总至变压器7中进行升压并传输至电网11。

具体的，第一变流器8和第二变流器9分别包括整流器(AC/DC)和逆变器(DC/AC)，第一变流器8和第二变流器9并联在发电机(M)5和变压器(T)7之间，发电机5产生的功率(P)之后，第一变流器8和第二变流器9分别承担P/2的变流任务，之后分别将各自的P/2汇总至变压器7，通过变压器7中进行升压并传输至电网11。

本发明实施例第一变流器8和第二变流器9的功率降低，使得第一变流器8和第二变流器9整体尺寸下降，可以使得第一变流器8和第二变流器9在机舱6内有足够的安全振动空间，解决了风电设备由于振动所带来的安全性、可靠性问题。

图8是本发明实施例的一种振动控制器的控制逻辑图，如图8所示，在一些实施例中，风电设备还包括：振动控制器16，振动控制器16用于发出振动控制信号，变压器7、第一变流器8或第二变流器9对应的电源依据振动控制信号分别对电磁元件15提供相应的电压，使得第一变流器8或第二变流器9可以在第一安全振动空间内振动，使得变压器7在第二安全振动空间内振动。

具体的，风电设备在外部环境中，受风荷载作用，叶片1、塔架10等机组部件与风发生作用，以及叶片1吸收风能产生旋转，之后与塔架10之间产生相互作用等，进而使得风电设备在X方向和Y方向具有一定的运动，并对应有X方向加速度和Y向加速度，风电设备内部已配置的传感器可以实时测量与存储X方向加速度的时域信号和Y向加速度的时域信号，将获得的X方向加速度时域信号和Y方向加速度的时域信号，转化为频域分析，通过滤波可实时获得风电设备的X方向的一阶运行频率和Y向的一阶运行频率；基于X方向一阶运行频率，结合频率公式，通过调整弹性元件12刚度值，可使得第一变流器8或第二变流器9的振动频率与风电设备的X向一阶运行频率实现同频；基于Y方向一阶运行频率，结合频率公式，通过调整弹性元件12刚度值，可使得变压器的振动频率与风电设备的Y方向一阶运行频率实现同频；

另外，基于X方向加速度和Y方向加速度时域信号，依据多周期幅值衰减法可获得机组X方向和Y方向实际阻尼值；机组设计开发过程中对应物理仿真模型具有已知的X方向、Y方向设计阻尼值，通过将设计阻尼值与实际阻尼值的比较可以获得X方向、Y方向需要增加的阻尼值，振动控制器16根据需要增加的阻尼值发出振动控制信号，变压器7、第一变流器8或第二变流器9对应的电源依据振动控制信号分别对电磁元件15提供相应的电压，使得第一变流器8或第二变流器9可以在第一安全振动空间内与风电设备的X向实现同频共振，使得变压器7在第二安全振动空间内与风电设备的Y向实现同频共振。本发明实施例解决了风电设备由于外部风荷载诱发的整机振动问题，以及风电设备由于叶片1自身旋转所带来的叶片1、塔架10耦合振动问题。

本发明实施例的一种具有振动控制功能的发电机组的工作原理如下：

传感器实时测量智能风电机组的第一方向加速度和第二方向加速度的时域信号；滤波器对时域信号进行滤波处理，实时获得智能风电机组的第一方向一阶运行频率和第二方向一阶运行频率；振动控制器16根据第一方向加速度和第二方向加速度的时域信号，以能离多周期幅值衰减法获得智能风电机组的第一方向实际阻尼值和第二方向实际阻尼值，然后分别将第一方向固有阻尼值与第一方向实际阻尼值比较，获得第一方向加阻阻尼Δδ1，将第二方向固有阻尼值与第二方向实际阻尼值比较，获得第二方向加阻阻尼Δδ2；其中第一方向实际阻尼值和第二方向实际阻尼值是指风电设备在设计开发过程中对应物理仿真模型具有已知的X方向和Y方向实际阻尼值。

振动控制器16根据第一方向加阻阻尼Δδ1和第二方向加阻阻尼Δδ2分别控制变压器7、第一变流器8或第二变流器9对应的电源提供相应的电压。

具体的，在X方向，当第一方向加阻阻尼Δδ1大于等于第一方向临界阻尼m(即Δδ1＞m)时，即第一方向实际阻尼值与第一方向固有阻尼值相差比较大，智能风电机组在X方向振动处于较大水平，振动控制器16控制第一变流器8的电源提供的电压值V1小于第一电压值A2且大于第二电压值A1(即A1＜V1＜A2)、且控制第二变流器9的电源提供的电压值小于第三电压值B2且大于第四电压值B1(即B1＜V2＜B2)；其中，第二电压值A1和第四电压值B1分别是第一变流器8与第二变流器9与智能风电机组的第一方向实现共振时的电压值；第一电压值A2和第三电压值B2分别是锁止第一变流器8和第二变流器9沿着智能风电机组的第一方向振动时的电压值。此时，第一变流器8、第二变流器9在智能风电机组的振动激励作用下沿X方向左右运动时可以产生较优的阻尼力值，以更好的抑制智能风电机组的振动。

当第一方向加阻阻尼Δδ1为0(即Δδ1＝0)时，即第一方向实际阻尼值与第一方向固有阻尼值相当，此时，通过振动控制器16控制第一变流器8的电源提供的电压值V1大于或者等于第一电压值A2(即V1≥A2)、且控制第二变流器9的电源提供的电压值V2大于等于第三电压值B2(即V2≥B2)，以锁止第一变流器8和第二变流器9沿着智能风电机组的第一方向振动。此时，由于在高电压输入下可以产生更大的电流，进而在电磁元件15中产生更高磁感应强度的磁场，以产生更大的阻尼力，进而限制和约束第一变流器8和第二变流器9在X方向运动。

当第一方向加阻阻尼Δδ1大于0且小于第一方向临界阻尼值m(即0＜Δδ1＜m)时，即此时智能风电机组在X方向振动处于较低水平，此时为了提升、改善机组的疲劳寿命，需要在X方向额外提供一定的阻尼值，由于在X方向的第一变流器8和第二变流器9均可以振动，为了兼顾滑动副元件13等的使用寿命，以及经济化设计问题，振动控制器16分别控制第一变流器8和第二变流器9间隙振动，即通过控制第一变流器8的电源提供的电压值V1小于第二电压值A1(V1＜A1)，在小电压输入下产生较低的电流，以在电磁元件15中产生相对弱的磁感应强度的磁场，进而提供较小的阻尼力，使得第一变流器8在智能风电机组的X方向的激励下沿X方向产生较小的运动位移以抑制智能风电机组的振动。并且，并控制第二变流器9的电源提供的电压值V2大于第三电压值B2(V2≥B2)，以锁止第二变流器9振动。

当第一变流器8的累计振动时间∑t大于或者等于预设时间a(∑t≥a)时，振动控制器16控制第一变流器8的电源提供的电压值V1大于第一电压值A2(即V1≥A2)，以锁止第一变流器8振动；并且控制第二变流器9的电源提供的电压值V2小于第四电压值B1(V2＜B1)，在小电压输入下产生较低的电流，以在电磁元件15中产生相对弱的磁感应强度的磁场，进而提供较小的阻尼力，使得第二变流器9在智能风电机组的X方向的激励下沿X方向产生较小的运动位移，以抑制智能风电机组的振动。本实施例中，通过第一变流器8和第二变流器9间隙振动，不仅可以很好地抑制智能风电机组的振动，提升、改善机组的疲劳寿命，还可以增加提高振动机构中的滑动副元件13等的使用寿命。

在Y方向，当第二方向加阻阻尼Δδ2大于或者等于第二方向临界阻尼n(Δδ2≥n)时，此时智能风电机组在Y方向振动处于较大水平，通过振动控制器16控制变压器7的电源提供的电压值V3小于第五电压值C2且大于第六电压值C1(即C1＜V3＜C2)，以保证变压器7在智能风电机组的振动激励作用下沿Y方向左右运动时可以产生较优的阻尼力值，进而起到抑制机组振动的作用。

当第二方向加阻阻尼Δδ2为0(Δδ2＝0)时，即Y方向实际阻尼值与Y方向固有阻尼值相当，此时无需变压器7振动，为了限制、约束变压器7沿着Y方向运动，第三振动控制部控制变压器7的电源的电压值V3大于第五电压值C2(即V3≥C2)，以锁止变压器7沿着智能风电机组的第二方向振动；

当第一方向加阻阻尼Δδ2大于0且小于第二方向临界阻尼n(0＜Δδ2＜n)时，即智能风电机组在Y方向振动处于较低的水平，为了提升、改善机组的疲劳寿命，需要在风电机组的Y方向额外提供一定的阻尼值，此时，控制变压器7的电源提供的电压值V3小于第六电压值C1(即V3＜C1)，小电压输入下产生较低的电流进而使得电磁元件15产生相对若的磁感应强度的磁场，以提供较小的阻尼力，使得变压器7在风电机组的Y方向激励下沿Y方向产生较小的运动位移，以抑制智能风电机组的微小振动。

其中，第六电压值C1是变压器7与智能风电机组的第二方向实现共振时的电压值；第五电压值C2是锁止变压器7沿着智能风电机组的第二方向振动时的电压值。

另外，第一方向临界阻尼值和第二方向临界阻尼值分别是指整个智能风电机组(即机组)发生一阶共振时对应的机组第一方向的阻尼值和第二方向的阻尼值。

本发明实施例中，根据第一方向加阻阻尼Δδ1和第二方向加阻阻尼Δδ2提供不同的电压，不同的电压下产生的电流不同，不同的电流在电磁元件15中产生的不同磁感应强度的磁场，进而分别控制第一变流器8、第二变流器9和变压器7的振动幅度，在抑制智能风电机组的振动的同时，提高智能风电机组的使用寿命。

本发明实施例的有益效果如下：

本发明实施例通过第一变流器8和第二变流器9分别在第一安全振动空间内振动，变压器7在第二安全振动空间振动，无需额外的阻尼器即可全向抑制风电设备的振动，极大降低了成本；

本发明实施例中，通过滑动副元件13的运动带动变压器7、第一变流器8或第二变流器9运动，以抑制风电设备的振动；

本发明实施例可以在既定系统的配置下，通过调整弹性元件12的刚度值k，使得整个风电设备运动系统的频率可调整；

本发明实施例可以通过阻尼元件分别消耗变压器7、第一变流器8或第二变流器9运动时的动能，已实现整个风电设备在Y向和X向的振动抑制；

本发明实施例的导体元件14与电磁元件15构成水平向电气气隙，且左右两侧均可提供阻尼力；

本发明实施例的第一变流器8和第二变流器9的功率降低，使得第一变流器8和第二变流器9整体尺寸下降，可以使得第一变流器8和第二变流器9在机舱6内有足够的安全振动空间；

本发明实施例中，控制器根据需要增加的阻尼值发出振动控制信号，变压器7、第一变流器8或第二变流器9对应的电源依据振动控制信号分别对电磁元件15提供相应的电压，使得第一变流器8或第二变流器9可以在第一安全振动空间内与风电设备的X向实现同频共振，使得变压器7在第二安全振动空间内与风电设备的Y向实现同频共振。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种具有振动控制功能的风电设备，其特征在于，所述风电设备包括：叶片(1)、轮毂(2)、主轴(3)、齿轮箱(4)、发电机(5)、机舱(6)、变压器(7)、第一变流器(8)、第二变流器(9)和塔架(10)；

所述第一变流器(8)和所述第二变流器(9)分别在所述机舱(6)内沿第一方向设置在所述机舱(6)机身部的振动机构上，且在所述机舱(6)的第二方向沿着所述机舱(6)的机身部具有第一安全振动空间；其中，所述第一方向为垂直于所述机舱主轴的方向，所述第一变流器和所述第二变流器设置在所述机舱主轴的两侧；

所述变压器(7)在所述机舱(6)内沿所述第二方向设置与所述机舱(6)尾部的振动机构上，且在所述机舱(6)的所述第一方向沿着所述机舱(6)的尾部具有第二安全振动空间；所述第一方向垂直于所述第二方向；

所述第一变流器(8)和所述第二变流器(9)分别与所述发电机(5)和所述变压器(7)串联连接，分别用于对所述发电机(5)产生的功率的一半进行变流后，分别将变流的一半功率汇总至所述变压器(7)中进行升压并传输至电网(11)；

所述振动机构包括：滑动副元件(13)和阻尼元件，所述阻尼元件包括导体元件(14)和电磁元件(15)，所述导体元件(14)和所述电磁元件(15)均设置在所述变压器(7)、所述第一变流器(8)或所述第二变流器(9)与所述滑动副元件(13)之间，所述导体元件(14)为整体式部件或分体式部件；电源模块(155)分别为所述变压器(7)、所述第一变流器(8)和所述第二变流器(9)对应的电源，所述电源模块(155)用于提供相应的电压，所述电压对应的电动势在所述电磁元件(15)的回路中形成电流；

所述风电设备还包括：振动控制器(16)，所述振动控制器(16)用于发出振动控制信号，所述变压器(7)、所述第一变流器(8)或所述第二变流器(9)对应的电源用于依据所述振动控制信号分别对电磁元件(15)提供相应的电压，使得所述第一变流器(8)或所述第二变流器(9)在所述第一安全振动空间内振动，使得所述变压器(7)在所述第二安全振动空间内振动。

2.根据权利要求1所述的一种具有振动控制功能的风电设备，其特征在于，所述滑动副元件(13)分别设置于所述机舱(6)的机身部的第一平台(61)和所述机舱(6)的尾部的第二平台(62)上，所述滑动副元件(13)为直线导轨、滚珠丝杠或运动小车。

3.根据权利要求2所述的一种具有振动控制功能的风电设备，其特征在于，

当滑动副元件(13)为直线导轨或滚珠丝杠时，所述直线导轨或所述滚珠丝杠中的非运动部分与所述第一平台(61)和所述第二平台(62)固定连接；

当所述滑动副元件(13)为运动小车时，所述第一平台(61)和所述第二平台(62)支撑所述运动小车的滚轮，并与所述运动小车的滚轮构成滚动摩擦副。

4.根据权利要求3所述的一种具有振动控制功能的风电设备，其特征在于，

所述振动机构还包括：

弹性元件(12)，所述弹性元件(12)一端分别与所述变压器(7)、所述第一变流器(8)或所述第二变流器(9)固定连接，另一端与所述第一平台(61)和所述第二平台(62)上设置的连接结构(63)固定连接；所述弹性元件(12)包括圆柱螺旋弹簧或柔性杆；

所述风电设备还包括：

传感器，用于实时测量所述风电设备的第一向加速度和第二向加速度的时域信号；

滤波器，用于对所述时域信号进行滤波处理实时获得所述风电设备的第一方向的一阶运行频率和第二方向的一阶运行频率；

刚度控制器，用于根据所述第一方向的一阶运行频率和所述第二方向的一阶运行频率设置所述弹性元件(12)的刚度值。

5.根据权利要求4所述的一种具有振动控制功能的风电设备，其特征在于，所述振动机构还包括：阻尼元件，所述阻尼元件包括导体元件(14)和电磁元件(15)，所述导体元件(14)和所述电磁元件(15)均设置在所述变压器(7)、所述第一变流器(8)或所述第二变流器(9)与所述滑动副元件(13)之间，所述导体元件(14)为整体式部件或分体式部件。

6.根据权利要求5所述的一种具有振动控制功能的风电设备，其特征在于，当所述导体元件(14)为整体式部件时，所述导体元件(14)固定安装在所述变压器(7)、所述第一变流器(8)或所述第二变流器(9)的底部，所述电磁元件(15)固定于所述第一平台(61)或所述第二平台(62)上，移动所述导体元件(14)切割所述电磁元件(15)产生的空间电磁场。

7.根据权利要求6所述的一种具有振动控制功能的风电设备，其特征在于，当所述导体元件(14)为分体式部件时，所述电磁元件(15)分别固定于所述滑动副元件(13)内侧，所述导体元件(14)分别固定安装在所述变压器(7)、所述第一变流器(8)和所述第二变流器(9)的底部的两侧，且分别靠近所述电磁元件(15)，移动所述导体元件(14)切割所述电磁元件(15)产生的空间电磁场。

8.根据权利要求6或7所述的一种具有振动控制功能的风电设备，其特征在于，所述电磁元件(15)包括：若干铁芯(151)、线圈(152)、电阻(153)、导线(154)和电源模块(155)，所述线圈(152)缠绕在所述若干铁芯(151)的外部，所述导线(154)与所述电阻(153)串联连接，用于将所述线圈(152)与所述电源模块(155)连接。

9.根据权利要求1所述的一种具有振动控制功能的风电设备，其特征在于，所述叶片(1)用于吸收风能，将所述风能转化为所述轮毂(2)和所述主轴(3)的旋转机械能后，并带动所述齿轮箱(4)进行增速，发电机(5)用于将机械能转换为电能。

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