CN115579911A - 一种抑制风电机组低频振荡的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提出的抑制风电机组低频振荡的控制方法及系统中，控制系统包括低频信号分离模块，用于将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号；主控系统，用于根据基波转速信号计算得到基波转速电磁转矩；抑制转矩生成模块，用于根据至少一个低频振动信号计算得到对应的至少一个振动信号电磁转矩；风机变流控制模块，用于根据基波转速电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至风电机组的发电机。本申请解决了主控系统计算速度慢和通信滞后的问题，实现了对发电机转速的准确控制与对低频振荡的抑制，确保了风电机组的稳定运行，提高了风能利用效率。
Description
技术领域
本申请涉及风电机组控制技术领域，尤其涉及一种抑制风电机组低频振荡的控制方法、系统及存储介质。
背景技术
受到海上风电机组所处环境的影响，海上风电机组会持续收到风浪流的冲击，其中大部分冲击属于低频震荡冲击。其中，由于海水较深的原因，相同功率的海上风电机组的塔筒和桩基塔架远大于路上风机，造成海上风机塔架的固有频率越来越低，例如在0.2~0.3Hz左右，极易与叶片和传动链系统的振荡情况发生共振，造成风机不安全运行。因此需要抑制风电机组的低频振荡，以确保风机稳定的安全运行。
相关技术中，主要集中在如何检测到低频振荡信号，响应于检测到低频振荡信号，风机主控系统进行故障停机处理，但是风电机组的频繁停机会造成发电量的损失，影响风电场发电量的稳定性。以及，相关技术中，还可以利用风电机组的主控系统计算附加扭矩的方案，但由于主控系统的计算周期较慢，主控与变流器通信周期时间较长（不小于20ms），加上其他时间的累计，造成附加扭矩计算的不及时，而且直接增加附加扭矩会影响基础转速下生成的主控制转矩超调，导致主控系统对低频振动控制效果差，从而会引起风机额外的转速不稳情况出现，抑制风电机组的低频振荡的效果不好。
发明内容
本申请提供一种抑制风电机组低频振荡的控制方法、系统及存储介质，以解决上述相关技术中出现的技术问题。
本申请第一方面实施例提出一种抑制风电机组低频振荡的控制系统，所述控制系统包括低频信号分离模块、主控系统、抑制转矩生成模块、风机变流控制模块；
所述低频信号分离模块，用于将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号，所述基波转速信号为当前风速对应的转速；
所述主控系统，用于根据所述基波转速信号计算得到基波转速电磁转矩；
所述抑制转矩生成模块，用于根据所述至少一个低频振动信号计算得到对应的至少一个振动信号电磁转矩；
所述风机变流控制模块，用于根据所述基波转速电磁转矩和所述至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，并将所述驱动控制信号传输至所述风电机组的发电机。
可选的，所述低频信号分离模块包括信号滤波模块和信号分离模块；
所述信号滤波模块，用于将获取的风电机组的转速信号进行高频滤波处理；
所述信号分离模块，用于将高频滤波处理后的所述转速信号进行分离得到所述基波转速信号和所述至少一个低频振动信号。
可选的，所述风机变流控制模块包括第一变流器调制波生成器、第二变流器调制波生成器、第三变流器调制波生成器和变流器信号生成器；
所述第一变流器调制波生成器，用于根据接收到的所述主控系统传输的所述基波转速电磁转矩，得到机侧变流器调制波信号；
所述第二变流器调制波生成器，用于根据接收到的所述抑制转矩生成模块传输的至少一个振动信号电磁转矩，得到对应至少一个振动抑制调制波信号；
所述第三变流器调制波生成器，用于将接收到的所述机侧变流器调制波信号和所述至少一个振动抑制调制波信号进行叠加合成，得到驱动调制波信号；
所述变流器信号生成器，用于接收所述驱动调制波信号，并将所述驱动调制波信号与变流器载波信号进行比较，生成所述驱动控制信号。
可选的，所述主控系统通过第一公式计算得到所述基波转速信号的基波转速电磁转矩，所述第一公式为：
其中，所述
为发电机电磁转矩，
为风电机组风能利用系数，
为空气密度，
为风电机组风轮半径，
为叶片的叶尖速比，
为齿轮箱的传动比，
为发电机的转速。
可选的，所述抑制转矩生成模块通过第二公式计算得到所述至少一个低频振动信号对应的至少一个振动信号电磁转矩，所述第二公式为：
其中，所述
为每个低频振动信号的角加速度值，
为机组传动系统转动惯量。
本申请第二方面实施例提出一种抑制风电机组低频振荡的控制方法，所述方法包括：
将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号，所述基波转速信号为当前风速对应的转速；
根据所述基波转速信号计算得到基波转速电磁转矩；
根据所述至少一个低频振动信号计算得到对应的至少一个振动信号电磁转矩；
根据所述基波转速电磁转矩和所述至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，并将所述驱动控制信号传输至所述风电机组的发电机。
可选的，将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号，包括：
将获取的风电机组的转速信号进行高频滤波处理；
将所述处理后的转速信号进行分离得到所述基波转速信号和所述至少一个低频振动信号。
可选的，所述根据所述基波转速电磁转矩和所述至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，包括：
根据所述基波转速电磁转矩，得到机侧变流器调制波信号；
根据所述至少一个振动信号电磁转矩，得到对应的至少一个振动抑制调制波信号；
将所述机侧变流器调制波信号和所述至少一个振动抑制调制波信号进行叠加合成，得到驱动调制波信号；
将所述驱动调制波信号与当前变流器载波信号进行比较，生成所述驱动控制信号。
本申请第三方面实施例提出的计算机存储介质，其中，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令；所述计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现如上第二方面所述的方法。
本申请第四方面实施例提出的计算机设备，其中，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时，能够实现如上第二方面所述的方法。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本申请提出的抑制风电机组低频振荡的控制系统中，控制系统包括低频信号分离模块、主控系统、抑制转矩生成模块、风机变流控制模块；低频信号分离模块，用于将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号；主控系统，用于根据基波转速信号计算得到基波转速电磁转矩；抑制转矩生成模块，用于根据至少一个低频振动信号计算得到对应的至少一个振动信号电磁转矩；风机变流控制模块，用于根据基波转速电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至风电机组的发电机。由此可知，本申请分别通过主控系统和抑制转矩生成模块计算基波电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩，从而解决了主控系统计算速度慢和通信滞后的问题，使得可以快速、实时计算出至少一个低频振动信号对应的至少一个振动信号电磁转矩。
同时，本申请根据基波转速电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩进行叠加生成驱动控制信号，使得叠加的低频振动信号转矩与产生的低频振动信号进行抵消，进而使得风电机组按照基波转速信号对应的转速运行，从而实现了对发电机转速的准确控制与对低频振荡的抑制，进而避免了风电机组振动信号的放大与共振风险，确保了风电机组在不同工况下的稳定运行，提高了风能利用效率。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请一个实施例提供的抑制风电机组低频振荡的控制系统的结构示意图；
图2为根据本申请一个实施例提供的抑制风电机组低频振荡的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的抑制风电机组低频振荡的控制方法及系统。
实施例一
图1 为根据本申请一个实施例提供的一种抑制风电机组低频振荡的控制系统的结构示意图，如图1所示，所述控制系统可以包括：
低频信号分离模块101，用于将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号，基波转速信号为当前风速对应的转速；
主控系统102，用于根据基波转速信号计算得到基波转速电磁转矩；
抑制转矩生成模块103，用于根据至少一个低频振动信号计算得到对应的至少一个振动信号电磁转矩；
风机变流控制模块104，用于根据基波转速电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至风电机组的发电机。
其中，在本公开实施例中，低频信号分离模块101包括信号滤波模块1011和信号分离模块1012；
信号滤波模块1011，用于将获取的风电机组的转速信号进行高频滤波处理；
信号分离模块1012，用于将高频滤波处理后的转速信号进行分离得到基波转速信号和至少一个低频振动信号。
以及，在本公开实施例中，上述信号滤波模块1011可以将获取的风电机组的转速信号分别进行巴特沃斯滤波器、二阶广义积分滤波、陷波、高斯低通滤波处理，滤除高频（例如，30Hz以上）转速信号。
进一步地，在本公开实施例中，上述信号分离模块1012可以将通过高频滤波处理后的转速信号进行分离得到基波转速信号，并将低于预设阈值的转信号中除基波转速信号以外的信号确认为低频振动信号。其中，预设阈值可以根据需要提前进行设定，示例的，预设阈值可以为10Hz。
需要说明的是，在本公开实施例中，上述分离后得到的低频振动信号可以包括至少一种频率的低频振动信号，示例的，在本公开实施例中，上述低频振动信号中包括0.1Hz和0.5Hz，则0.1Hz为第一类低频振动信号，0.5Hz为第二类低频振动信号。
进一步地，在本公开实施例中，上述主控系统102可以通过第一公式计算得到基波转速信号的基波转速电磁转矩，所述第一公式为：
其中，
为发电机电磁转矩，
为风电机组风能利用系数，
为空气密度，
为风电机组风轮半径，
为叶片的叶尖速比，
为齿轮箱的传动比，
为发电机的转速。
其中，在本公开实施例中，上述抑制转矩生成模块103接收到至少一个低频振动信号后，对接收到的至少一个低频振动信号进行分类处理，然后通过第二公式计算得到至少一个低频振动信号对应的至少一个振动信号电磁转矩。其中，在本公开实施例中，上述将一种振动频率，确定为一类低频振动信号。示例的，在本公开实施例中，上述低频振动信号中包括0.1Hz和0.5Hz，则0.1Hz为第一类低频振动信号，0.5Hz为第二类低频振动信号。
以及，在本公开实施例中，抑制转矩生成模块103可以通过第二公式计算得到至少一个低频振动信号对应的至少一个振动信号电磁转矩，上述第二公式为：
其中，
为每个振动信号的角加速度值，
为机组传动系统转动惯量。
其中，在本公开实施例中，上述将基波转速信号传输至主控系统中，使得可以通过主控系统计算对应的基波电磁转矩，并将至少一个低频振动信号传输至抑制转矩生成模块中，使得通过抑制转矩生成模块中的高速计算芯片来计算至少一个低频振动信号对应的振动信号电磁转矩，从而解决了风机主控系统中计算速度慢和通信滞后的问题，使得可以快速、实时计算出至少一个低频振动信号对应的至少一个振动信号电磁转矩，以便后续可以利用计算出的基波电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩实时抑制风电机组的低频振荡。
进一步地，在本公开实施例中，上述风机变流控制模块104可以包括第一变流器调制波生成器1041、第二变流器调制波生成器1042、第三变流器调制波生成器1043和变流器信号生成器1044；
第一变流器调制波生成器1041，用于根据接收到的主控系统传输的基波转速电磁转矩，得到机侧变流器调制波信号；
第二变流器调制波生成器1042，用于根据接收到的抑制转矩生成模块传输的至少一个振动信号电磁转矩，得到对应至少一个振动抑制调制波信号；
第三变流器调制波生成器1043，用于将接收到的机侧变流器调制波信号和至少一个振动抑制调制波信号进行叠加合成，得到驱动调制波信号；
变流器信号生成器1044，用于接收驱动调制波信号，并将驱动调制波信号与变流器载波信号进行比较，生成驱动控制信号。
以及，在本公开的实施例中，在上述变流器信号生成器1044生成驱动控制信号后，再通过机侧变流器的电压电流控制，使得叠加的低频振动信号转矩与产生的低频振动信号进行抵消，进而使得风电机组按照基波转速信号对应的转速运行，从而实现了对发电机转速的准确控制与对低频振荡的抑制，进而避免了风电机组振动信号的放大与共振风险，确保了风电机组在不同工况下的稳定运行，提高了风能利用效率。
综上所述，本申请提出的抑制风电机组低频振荡的控制系统中，控制系统包括低频信号分离模块、主控系统、抑制转矩生成模块、风机变流控制模块；低频信号分离模块，用于将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号；主控系统，用于根据基波转速信号计算得到基波转速电磁转矩；抑制转矩生成模块，用于根据至少一个低频振动信号计算得到对应的至少一个振动信号电磁转矩；风机变流控制模块，用于根据基波转速电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至风电机组的发电机。由此可知，本申请分别通过主控系统和抑制转矩生成模块计算基波电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩，从而解决了主控系统计算速度慢和通信滞后的问题，使得可以快速、实时计算出至少一个低频振动信号对应的至少一个振动信号电磁转矩。
同时，本申请根据基波转速电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩进行叠加生成驱动控制信号，使得叠加的低频振动信号转矩与产生的低频振动信号进行抵消，进而使得风电机组按照基波转速信号对应的转速运行，从而实现了对发电机转速的准确控制与对低频振荡的抑制，进而避免了风电机组振动信号的放大与共振风险，确保了风电机组在不同工况下的稳定运行，提高了风能利用效率。
实施例二
图2为根据本申请一个实施例提供的抑制风电机组低频振荡的控制方法的流程示意图，如图2所示，所述方法可以包括：
步骤201、将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号。
其中，在本公开实施例中，基波转速信号为当前风速对应的转速。
步骤202、根据基波转速信号计算得到基波转速电磁转矩。
步骤203、根据至少一个低频振动信号计算得到对应的至少一个振动信号电磁转矩。
步骤204、根据基波转速电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至风电机组的发电机。
可选的，将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和低频振动信号的方法可以包括以下步骤：
步骤a、将获取的风电机组的转速信号进行高频滤波处理；
步骤b、将处理后的转速信号进行分离得到基波转速信号和至少一个低频振动信号。
可选的，根据基波转速电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号的方法可以包括以下步骤：
步骤1、根据基波转速电磁转矩，得到机侧变流器调制波信号；
步骤2、根据至少一个振动信号电磁转矩，得到对应的至少一个振动抑制调制波信号；
步骤3、将机侧变流器调制波信号和至少一个振动抑制调制波信号进行叠加合成，得到驱动调制波信号；
步骤4、将驱动调制波信号与当前变流器载波信号进行比较，生成驱动控制信号。
综上所述，本申请提出的抑制风电机组低频振荡的控制方法中，控制系统包括低频信号分离模块、主控系统、抑制转矩生成模块、风机变流控制模块；
低频信号分离模块，用于将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号；主控系统，用于根据基波转速信号计算得到基波转速电磁转矩；抑制转矩生成模块，用于根据至少一个低频振动信号计算得到对应的至少一个振动信号电磁转矩；风机变流控制模块，用于根据基波转速电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，并将驱动控制信号传输至风电机组的发电机。由此可知，本申请分别通过主控系统和抑制转矩生成模块计算基波电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩，从而解决了主控系统计算速度慢和通信滞后的问题，使得可以快速、实时计算出至少一个低频振动信号对应的至少一个振动信号电磁转矩。
同时，本申请根据基波转速电磁转矩和至少一个振动信号电磁转矩进行叠加生成驱动控制信号，使得叠加的低频振动信号转矩与产生的低频振动信号进行抵消，进而使得风电机组按照基波转速信号对应的转速运行，从而实现了对发电机转速的准确控制与对低频振荡的抑制，进而避免了风电机组振动信号的放大与共振风险，确保了风电机组在不同工况下的稳定运行，提高了风能利用效率。
为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机存储介质。
本公开实施例提供的计算机存储介质，存储有可执行程序；所述可执行程序被处理器执行后，能够实现如图2所示的方法。
为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机设备。
本公开实施例提供的计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述程序时，能够实现如图2所示的方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种抑制风电机组低频振荡的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括低频信号分离模块、主控系统、抑制转矩生成模块、风机变流控制模块；
所述低频信号分离模块，用于将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号，所述基波转速信号为当前风速对应的转速；
所述主控系统，用于根据所述基波转速信号计算得到基波转速电磁转矩；
所述抑制转矩生成模块，用于根据所述至少一个低频振动信号计算得到对应的至少一个振动信号电磁转矩；
所述风机变流控制模块，用于根据所述基波转速电磁转矩和所述至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，并将所述驱动控制信号传输至所述风电机组的发电机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低频信号分离模块包括信号滤波模块和信号分离模块；
所述信号滤波模块，用于将获取的风电机组的转速信号进行高频滤波处理；
所述信号分离模块，用于将高频滤波处理后的所述转速信号进行分离得到所述基波转速信号和所述至少一个低频振动信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风机变流控制模块包括第一变流器调制波生成器、第二变流器调制波生成器、第三变流器调制波生成器和变流器信号生成器；
所述第一变流器调制波生成器，用于根据接收到的所述主控系统传输的所述基波转速电磁转矩，得到机侧变流器调制波信号；
所述第二变流器调制波生成器，用于根据接收到的所述抑制转矩生成模块传输的至少一个振动信号电磁转矩，得到对应至少一个振动抑制调制波信号；
所述第三变流器调制波生成器，用于将接收到的所述机侧变流器调制波信号和所述至少一个振动抑制调制波信号进行叠加合成，得到驱动调制波信号；
所述变流器信号生成器，用于接收所述驱动调制波信号，并将所述驱动调制波信号与当前变流器载波信号进行比较，生成所述驱动控制信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控系统通过第一公式计算得到所述基波转速信号的基波转速电磁转矩，所述第一公式为：
其中，所述
为发电机电磁转矩，
为风电机组风能利用系数，
为空气密度，
为风电机组风轮半径，
为叶片的叶尖速比，
为齿轮箱的传动比，
为发电机的转速。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抑制转矩生成模块通过第二公式计算得到所述至少一个低频振动信号对应的至少一个振动信号电磁转矩，所述第二公式为：
其中，所述
为每个低频振动信号的角加速度值，
为机组传动系统转动惯量。
6.一种抑制风电机组低频振荡的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号，所述基波转速信号为当前风速对应的转速；
根据所述基波转速信号计算得到基波转速电磁转矩；
根据所述至少一个低频振动信号计算得到对应的至少一个振动信号电磁转矩；
根据所述基波转速电磁转矩和所述至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，并将所述驱动控制信号传输至所述风电机组的发电机。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将获取的风电机组的转速信号进行处理，得到基波转速信号和至少一个低频振动信号，包括：
将获取的风电机组的转速信号进行高频滤波处理；
将所述处理后的转速信号进行分离得到所述基波转速信号和所述至少一个低频振动信号。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述基波转速电磁转矩和所述至少一个振动信号电磁转矩生成驱动控制信号，包括：
根据所述基波转速电磁转矩，得到机侧变流器调制波信号；
根据所述至少一个振动信号电磁转矩，得到对应的至少一个振动抑制调制波信号；
将所述机侧变流器调制波信号和所述至少一个振动抑制调制波信号进行叠加合成，得到驱动调制波信号；
将所述驱动调制波信号与当前变流器载波信号进行比较，生成所述驱动控制信号。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，能够实现如权利要求6-8中任一所述的方法。
10.一种计算机存储介质，其中，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令；所述计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现权利要求6-8中任一所述的方法。
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