CN116044659A - 一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法，该方法是首先判断风机的风向信号是否异常，若风向信号无异常，则由风机的控制器直接计算风机与接收到的风向之间的偏差，控制风机偏航系统进行偏航对风；若发现风向信号异常，则通过在风机处安装的振动传感器监测得到的振动加速度来计算风机的风向，由风机的控制器计算风机与计算得到的风向之间的偏差，再根据计算得到的风向来确认偏航方向，最终控制风机偏航系统进行偏航对风；本发明无需额外增加设备，只需要在控制器的程序中增加相应控制方法即可优化风机的偏航，实现风机的完全对风，其实现成本低且实施简单，有效保证了风机的安全。

Description

一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法

技术领域

本发明涉及风机偏航控制的技术领域，尤其是指一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法。

背景技术

偏航系统是风力发电机组的重要组成部分，保证风力发电机组始终处于迎风状态，提高风能的利用效率，如果对风不准，将产生不多不利的影响，如降低风电机组的发电效率，振动加大等。当风向变化时，风力发电机组通过风向测量装置来获取风向，由控制器计算风力发电机组与风向之间的偏差，并控制偏航系统进行偏航对风。但一旦风向标损坏或无风获取风向时，风力发电机组则无法进行偏航对风，尤其是对于交通不便、风速大的海上风力发电机组来说，若无法偏航，会存在着很大的安全风险。

发明内容

本发明的目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法，通过振动传感器对风机的振动进行监测，利用监测得到的振动数据计算出风机的受力大小和方向，从而得到风向，由控制器计算风机与风向之间的偏差，并控制偏航系统进行偏航对风，从而保证风机的安全。

本发明通过下述技术方案实现：一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法，该方法是首先判断风机的风向信号是否异常，若风向信号无异常，则由风机的控制器直接计算风机与接收到的风向之间的偏差，控制风机偏航系统进行偏航对风；若发现风向信号异常，则通过在风机处安装的振动传感器监测得到的振动加速度来计算风机的风向，由风机的控制器计算风机与计算得到的风向之间的偏差，再根据计算得到的风向来确认偏航方向，最终控制风机偏航系统进行偏航对风。

进一步，该方法包括以下步骤：

S1、判断风机的风向信号是否异常，若风向信号无异常，则风机直接进入偏航控制模式，根据接收到的风向信号来计算风机与风向之间的偏差以及获取偏航方向后，执行步骤S4；若发现风向信号异常，则风机进入基于振动监测的偏航控制模式，执行步骤S2；

S2、通过在风机处安装的振动传感器监测得到的振动加速度来计算风机的受力大小及受力方向，从而得到此时风机所受到的风向；

S3、风机的控制器计算风机与风向之间的偏差，并根据风向来确认偏航方向；

S4、根据计算风机与风向之间的偏差以及偏航方向，控制风机偏航系统进行偏航对风，直至风机完全对风。

进一步，所述步骤S2包括以下步骤：

在风机的轮毂中心轴上安装有能够进行三轴向测量的振动传感器，由振动传感器监测得到的振动加速度计算出风机的受力大小和受力方向：

F＝ma；(1)

其中，F为风机的受力，m为风机机舱和叶轮的质量，a为振动传感器监测得到的振动加速度；

当风机完全对风时，风机仅受到一个沿轮毂到机舱方向的力，沿此轮毂到机舱方向振动，预设此沿轮毂到机舱方向的轴线为纵轴Y，垂直于纵轴Y的轴线为横轴X，则当风机完全对风时，振动传感器仅监测到的纵轴方向上的加速度为a_Y，则根据公式(1)，风机的受力F为纵轴Y上受力F_Y，即F＝F_Y＝ma_Y，风机的受力F即为此时风机的风向；当风机不完全对风时，振动传感器监测到的纵轴方向上的加速度为a_Y，横轴方向上的加速度为a_X，则根据公式(1)，纵轴Y上受力F_Y＝ma_Y，横轴X上受力F_X＝ma_X，风机的受力F为纵轴Y上受力F_Y和横轴X上受力F_X的合力，风机的受力F即为此时风机的风向。

进一步，在步骤S3中，根据风向来确认偏航方向包括以下步骤：

S301、根据步骤S2得到的风向计算出风向与纵轴Y的夹角α1；

S302、控制风机按预设方向偏航后，再计算偏航后的风向与纵轴Y的夹角α2；

S303、比较夹角α1和夹角α2的大小，若α1＞α2，则继续按该预设方向偏航；若α1＜α2，则按与该预设方向相反的方向偏航。

进一步，所述预设方向包括顺时针方向和逆时针方向。

进一步，所述步骤S4包括以下步骤：

当风机完全对风时，风机仅受到一个沿轮毂到机舱方向的力，沿此轮毂到机舱方向振动，预设此沿轮毂到机舱方向的轴线为纵轴Y，垂直于纵轴Y的轴线为横轴X，则当控制风机偏航系统进行偏航对风，风向与纵轴Y的夹角为0时，判断风机偏航至完全对风。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明通过振动传感器对风机的振动进行监测，利用监测得到的振动数据计算出风机的受力大小和方向，从而得到风向，由控制器计算风力发电机组与风向之间的偏差，并控制偏航系统进行偏航对风，本发明无需额外增加设备，只需要在控制器的程序中增加相应控制方法即可，实现成本低且实施简单，有效保证了风机的安全。

附图说明

图1为风机完全对风时的风机纵轴及受力方向示意图。

图2为风机受力合成及方向示意图。

图3为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1至图3所示，为本实施例所提供的基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法，该方法是首先判断风机的风向信号是否异常，若风向信号无异常，则由风机的控制器直接计算风机与接收到的风向之间的偏差，控制风机偏航系统进行偏航对风；若发现风向信号异常，则通过在风机处安装的振动传感器监测得到的振动加速度来计算风机的风向，由风机的控制器计算风机与计算得到的风向之间的偏差，再根据计算得到的风向来确认偏航方向，最终控制风机偏航系统进行偏航对风，包括以下步骤：

S1、判断风机的风向信号是否异常，若风向信号无异常，则风机直接进入偏航控制模式，根据接收到的风向信号来计算风机与风向之间的偏差以及获取偏航方向后，执行步骤S4；若发现风向信号异常，则风机进入基于振动监测的偏航控制模式，执行步骤S2；

S2、通过在风机处安装的振动传感器监测得到的振动加速度来计算风机的受力大小及受力方向，从而得到此时风机所受到的风向，包括以下步骤：

在风机的轮毂中心轴上安装有能够进行三轴向测量的振动传感器LE2183S，振动传感器LE2183S内置有3个振动传感器(加速度计，0.1～50Hz)，能够在A、B和C方向上进行三轴向测量，设置量程为-2g～+2g，由振动传感器LE2183S监测得到的振动加速度计算出风机的受力大小和受力方向：

F＝ma；(1)

其中，F为风机的受力，m为风机机舱和叶轮的质量，a为振动传感器监测得到的振动加速度；

当风机完全对风时，风机仅受到一个沿轮毂到机舱方向的力，沿此轮毂到机舱方向振动，预设此沿轮毂到机舱方向的轴线为纵轴Y，垂直于纵轴Y的轴线为横轴X，则当风机完全对风时，振动传感器仅监测到的纵轴方向上的加速度为a_Y，则根据公式(1)，风机的受力F为纵轴Y上受力F_Y，即F＝F_Y＝ma_Y，风机的受力F即为此时风机的风向；当风机不完全对风时，振动传感器监测到的纵轴方向上的加速度为a_Y，横轴方向上的加速度为a_X，则根据公式(1)，纵轴Y上受力F_Y＝ma_Y，横轴X上受力F_X＝ma_X，风机的受力F为纵轴Y上受力F_Y和横轴X上受力F_X的合力，风机的受力F即为此时风机的风向，风向与纵轴Y的夹角为α。

S3、风机的控制器计算风机与风向之间的偏差，并根据风向来确认偏航方向，其中根据风向来确认偏航方向包括以下步骤：

S301、根据步骤S2得到的风向计算出风向与纵轴Y的夹角α1；

S302、控制风机按预设方向偏航后，再计算偏航后的风向与纵轴Y的夹角α2；

S303、比较夹角α1和夹角α2的大小，若α1＞α2，则继续按该预设方向偏航；若α1＜α2，则按与该预设方向相反的方向偏航。

S4、根据计算风机与风向之间的偏差以及偏航方向，控制风机偏航系统进行偏航对风，直至风机完全对风，包括以下步骤：

当风机完全对风时，风机仅受到一个沿轮毂到机舱方向的力，沿此轮毂到机舱方向振动，预设此沿轮毂到机舱方向的轴线为纵轴Y，垂直于纵轴Y的轴线为横轴X，则当控制风机偏航系统进行偏航对风，风向与纵轴Y的夹角为0时，判断风机偏航至完全对风。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法，其特征在于：该方法是首先判断风机的风向信号是否异常，若风向信号无异常，则由风机的控制器直接计算风机与接收到的风向之间的偏差，控制风机偏航系统进行偏航对风；若发现风向信号异常，则通过在风机处安装的振动传感器监测得到的振动加速度来计算风机的风向，由风机的控制器计算风机与计算得到的风向之间的偏差，再根据计算得到的风向来确认偏航方向，最终控制风机偏航系统进行偏航对风。

2.根据权利要求1所述的一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、判断风机的风向信号是否异常，若风向信号无异常，则风机直接进入偏航控制模式，根据接收到的风向信号来计算风机与风向之间的偏差以及获取偏航方向后，执行步骤S4；若发现风向信号异常，则风机进入基于振动监测的偏航控制模式，执行步骤S2；

S2、通过在风机处安装的振动传感器监测得到的振动加速度来计算风机的受力大小及受力方向，从而得到此时风机所受到的风向；

S3、风机的控制器计算风机与风向之间的偏差，并根据风向来确认偏航方向；

S4、根据计算风机与风向之间的偏差以及偏航方向，控制风机偏航系统进行偏航对风，直至风机完全对风。

3.根据权利要求2所述的一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

在风机的轮毂中心轴上安装有能够进行三轴向测量的振动传感器，由振动传感器监测得到的振动加速度计算出风机的受力大小和受力方向：

F＝ma；(1)

其中，F为风机的受力，m为风机机舱和叶轮的质量，a为振动传感器监测得到的振动加速度；

当风机完全对风时，风机仅受到一个沿轮毂到机舱方向的力，沿此轮毂到机舱方向振动，预设此沿轮毂到机舱方向的轴线为纵轴Y，垂直于纵轴Y的轴线为横轴X，则当风机完全对风时，振动传感器仅监测到的纵轴方向上的加速度为a_Y，则根据公式(1)，风机的受力F为纵轴Y上受力F_Y，即F＝F_Y＝ma_Y，风机的受力F即为此时风机的风向；当风机不完全对风时，振动传感器监测到的纵轴方向上的加速度为a_Y，横轴方向上的加速度为a_X，则根据公式(1)，纵轴Y上受力F_Y＝ma_Y，横轴X上受力F_X＝ma_X，风机的受力F为纵轴Y上受力F_Y和横轴X上受力F_X的合力，风机的受力F即为此时风机的风向。

4.根据权利要求2所述的一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法，其特征在于，在步骤S3中，根据风向来确认偏航方向包括以下步骤：

S301、根据步骤S2得到的风向计算出风向与纵轴Y的夹角α1；

S302、控制风机按预设方向偏航后，再计算偏航后的风向与纵轴Y的夹角α2；

S303、比较夹角α1和夹角α2的大小，若α1＞α2，则继续按该预设方向偏航；若α1＜α2，则按与该预设方向相反的方向偏航。

5.根据权利要求4所述的一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法，其特征在于：所述预设方向包括顺时针方向和逆时针方向。

6.根据权利要求2所述的一种基于振动监测的风机自动偏航控制的优化方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

当风机完全对风时，风机仅受到一个沿轮毂到机舱方向的力，沿此轮毂到机舱方向振动，预设此沿轮毂到机舱方向的轴线为纵轴Y，垂直于纵轴Y的轴线为横轴X，则当控制风机偏航系统进行偏航对风，风向与纵轴Y的夹角为0时，判断风机偏航至完全对风。

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