CN116896296A - 一种风力发电机组切出风速下功率控制的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组切出风速下功率控制的方法及系统，涉及风力发电机组功率控制技术领域，包括检测并滤波机舱前后向和垂直于前后向的侧向加速度，计算机舱振动加速度判断值；检测并滤波风速，判断风速与切出风速阈值的关系；根据风速与风速阈值的关系计算发电机转速控制目标值和发电机转矩控制目标值；计算机舱振动判断值，并对机舱振动判断值进行分析确定振动源；针对振动源进行故障诊断，并优化控制；持续使用新数据增强模型，实现控制的持续学习和优化。本发明独立于风电机组原有正常运行设计风速范围，在原切出风速范围以外，在保证机组运行稳定安全前提下对机组功率控制方式进行调度，增加大风捕获能力。

Description

一种风力发电机组切出风速下功率控制的方法及系统
技术领域
本发明涉及风力发电机组功率控制技术领域，特别是一种风力发电机组切出风速下功率控制的方法及系统。
背景技术
水平轴风力发电机的风轮吸收风能旋转，进而带动连接的发电机旋转发电。在机组设计时，设计条件的选取遵循相关设计标准，风电场根据风资源条件去进行风力发电机组的选型，并设定相应的环境适应区间。这种做法会使得机组在超出环境适应区间时候立马停机，对电网不友好，也损失了“大风”捕获能力。而简单的调高切出风速必然会导致风电机组在切出风速工况下的载荷增大，特别会增加叶片、连接螺栓、塔筒、偏航轴承、轮毂等部件的疲劳和极限载荷，影响机组的安全性。
现有针对此问题的技术方案是根据实时监测风电机组风速仪测量的实时风速，当风速大于切出风速时通过降功率的方式来代替停机，从而避免立即停机造成的并网问题并同时捕获大风能量。但降功率的方式选取与机组其他部件设计存在密切的联系，降功率方式方法不当可能造成大风下大攻角下的叶片失速问题，变流器转速转矩不匹配导致的控制不稳震荡发散问题，塔架固有频率与机组转频重叠造成的共振问题等一系列问题。上述问题其与机组设计的气动边界，电气控制稳定边界等有直接的联系，原有固定的降功率方式已不再适合机组在切出风速下的功率控制发展需要。
发明内容
鉴于现有的风力发电机组功率控制中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种在原切出风速范围以外，在保证机组运行稳定安全前提下对机组功率控制方式进行调度，增加大风捕获能力的方法和系统。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机组切出风速下功率控制的方法，其包括检测并滤波机舱前后向加速度和垂直于前后向的侧向加速度；计算机舱振动加速度判断值和机舱振动判断值，并对机舱振动判断值进行分析确定振动源；检测并滤波风速，判断风速与风速阈值的关系；根据滤波风速与风速阈值的关系计算发电机转速控制目标值和发电机转矩控制目标值；所述检测并滤波机舱前后和侧向加速度包括，检测当前机舱前后向加速度FAacc，对当前机舱前后向加速度FAacc滤波，得到滤波后的机舱前后向加速度FFAacc；检测当前机舱侧向加速度SSacc，对当前机舱侧向加速度SSacc滤波，得到滤波后的机舱侧向加速度FSSAacc；获取机舱加速度阈值1Nacc_threshold1；由低通滤波器进行滤波；所述机舱振动加速度判断值的计算过程为：根据滤波后的机舱前后向加速度FFAacc与滤波后的机舱侧向加速度FSSAacc得到机舱振动加速度判断值Nacc，具体公式为：
其中，FFAacc为滤波后的机舱前后向加速度；FSSAacc为滤波后的机舱侧向加速度。
作为本发明所述风力发电机组切出风速下功率控制的方法的一种优选方案，其中：所述计算发电机转速控制目标值的具体过程包括：读取并切出风速阈值Wspeed_cutout；检测当前风速仪风速Wspeed，对当前风速仪风速Wspeed滤波，得到当前滤波后的风速仪风速FWspeed；判断当前滤波后的风速仪风速FWspeed和风速阈值Wspeed_cutout关系：若FWspeed≤Wspeed_cutout，则判断逻辑终止；若FWspeed>Wspeed_cutout，且Nacc≤1Nacc_threshold1，则获取当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转速设定值Gspeed_cutout对应表，并以当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转速设定值Gspeed_cutout对应表关系，将此发电机转速设定值作为发电机转速控制目标值。
作为本发明所述风力发电机组切出风速下功率控制的方法的一种优选方案，其中：所述发电机转矩控制目标值的具体计算过程包括：若FWspeed>Wspeed_cutout，且Nacc>1Nacc_threshold1，则获取当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转矩指令Torquedemand_cutout对应表，根据当前滤波后的风速仪风速FWspeed计算对应的发电机转矩指令Torquedemand_cutout，并将此发电机转矩指令作为风机主控转矩指令输出。
作为本发明所述风力发电机组切出风速下功率控制的方法的一种优选方案，其中：计算所述机舱振动判断值的过程为：以机舱原始加速度信号作为输入：设前后方向为x轴，垂直于前后方向的侧向为y轴，即输入为｛x(t), y(t)｝；对输入信号进行快速傅里叶变换，获取特征频率和特征频率对应幅值作为特征向量分别为：｛f1,f2，...，fn｝和｛A1,A2，...，An｝；
将得到的特征频率对应幅值特征向量输入到多元回归模型：p= w0 + w1A1 + w2A2+ ... + wnAn + ε
其中，p为机舱振动判断值，w0为回归模型的截距，w1~wn为使用历史数据训练得到的回归模型的权重系数，ε为随机误差项。
作为本发明所述风力发电机组切出风速下功率控制的方法的一种优选方案，其中：所述对机舱振动判断值进行分析确定振动源包括，根据历史统计分析，确定机舱正常工作状态下机舱振动判断值的范围为[pmin, pmax]；若pmin ≤ p ≤ pmax，则机舱振动判断值在正常范围内；若p<pmin 或 p>pmax，则机舱振动判断值异常，进行振动源的分析：分析机舱振动判断值的实时数值时间曲线，并使用传感器数组提供振动源的空间信息，结合声源定位算法确定异常位置，找到突变点；在曲线突变点前后，比较机舱振动判断值的频域特征的变化情况；根据频域特征变化，初步判断异常的频率范围；根据机舱结构，匹配该频率范围对应的关键部件；综合各轴向振动数据，确定引起频域特征变化最明显的轴向，并确定造成异常的具体部件；所述匹配该频率范围对应的关键部件的具体过程为：采集各种典型部件在不同工作状态下的振动频谱样本，通过深度学习算法，训练将频谱映射到对应部件的模型，当出现异常频率时，将异常频率输入模型，输出不同概率的问题部件；按概率从大到小的顺序，进行问题部位的排除。
作为本发明所述风力发电机组切出风速下功率控制的方法的一种优选方案，其中：所述初步判断异常的频率范围的具体过程包括：在机舱振动判断值p的时间曲线上标注出突变点的时间；
分别取突变点前后10s的机舱振动判断值p的序列，对两段时间内的序列分别进行快速傅里叶变换，得到频域特征；比较两段信号的频谱图差异，主要分析频率分量的振幅的变化情况；通过频域对比，找出在突变点前后两个信号频谱图中差异最明显的频率；以此频率为中心，设置中心频率的上下10%作为异常的频率范围。
第二方面，本发明为进一步解决现有的降功率的方式中存在的问题，实施例提供了一种风力发电机组切出风速下功率控制的系统，包括检测模块，用于检测机舱两个轴向的加速度信号，并检测风速信号；滤波模块，用于分别对加速度信号和风速信号进行滤波处理；计算模块，用于计算机舱振动加速度判断值和机舱振动判断值，并根据风速和阈值关系计算发电机控制目标；机舱振动判断值分析模块，用于分析机舱振动判断值的时间序列和频域特征，确定异常的频率范围，匹配频率范围找到异常部件。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的风力发电机组切出风速下功率控制的方法的任一步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的风力发电机组切出风速下功率控制的方法的任一步骤。
本发明有益效果为，本发明能够通过监测风电机组加速度来识别机组是否由于叶片失速、变流器控制失稳、塔架共振等造成的剧烈震荡；本发明无需通过硬件改造的方式，仅对风机主控制器进行软件升级，改造代价小；独立于风电机组原有正常运行设计风速范围，在原切出风速范围以外，在保证机组运行稳定安全前提下对机组功率控制方式进行调度，增加大风捕获能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。其中：
图1为实施例1中风力发电机组切出风速下功率控制的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种风力发电机组切出风速下功率控制的方法，包括以下步骤：
S1：检测并滤波机舱前后向和垂直于前后向的侧向加速度。
优选的，如图1所示，为风力发电机组切出风速下功率控制的方法的流程图，检测并滤波机舱前后加速度和侧向加速度包括，检测当前机舱前后向加速度FAacc，对当前机舱前后向加速度FAacc滤波，得到滤波后的机舱前后向加速度FFAacc；检测当前机舱侧向加速度SSacc，对当前机舱侧向加速度SSacc滤波，得到滤波后的机舱侧向加速度FSSAacc；获取机舱加速度阈值1Nacc_threshold1。
需要说明的是，滤波通过低通滤波器进行。
优选的， 计算机舱振动加速度判断值的计算过程为：根据滤波后的机舱前后向加速度FFAacc与滤波后的机舱侧向加速度FSSAacc得到机舱振动加速度判断值Nacc，具体公式为：
其中，FFAacc为滤波后的机舱前后向加速度；FSSAacc为滤波后的机舱侧向加速度。
S2：计算机舱振动加速度判断值和机舱振动判断值，并对机舱振动判断值进行分析确定振动源。
优选的，计算发电机转速控制目标值的具体过程包括：读取切出风速阈值Wspeed_cutout；检测当前风速仪风速Wspeed，对当前风速仪风速Wspeed滤波，得到当前滤波后的风速仪风速FWspeed；判断当前滤波后的风速仪风速FWspeed和风速阈值Wspeed_cutout关系：若FWspeed≤Wspeed_cutout，则判断逻辑终止；若FWspeed>Wspeed_cutout，且Nacc≤1Nacc_threshold1，则获取当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转速设定值Gspeed_cutout对应表，根据当前滤波后的风速仪风速FWspeed计算发电机转速设定值Gspeed_cutout，将此发电机转速设定值作为发电机转速控制目标值。
进一步的，计算机舱振动判断值的过程为：以机舱原始加速度信号作为输入：设前后方向为x轴，垂直于前后方向的侧向为y轴，即输入为｛x(t), y(t)｝；对输入信号进行快速傅里叶变换，获取特征频率和特征频率对应幅值作为特征向量分别为：｛f1,f2，...，fn｝和｛A1,A2，...，An｝；将得到的特征频率对应幅值特征向量输入到预先建立的多元回归模型：
p= w0+ w1A1+ w2A2+ ... + wnAn+ ε
其中，p为机舱振动判断值，w0为回归模型的截距，w1~wn为使用历史数据训练得到的回归模型的权重系数，ε为随机误差项。
更进一步的，对机舱振动判断值进行分析确定振动源包括，根据历史统计分析，确定机舱正常工作状态下振动判断值的范围为[pmin, pmax]；若pmin≤ p ≤pmax，则机舱振动判断值在正常范围内；若p<pmin或 p>pmax，则机舱振动判断值异常，进行振动源的分析：分析机舱振动判断值的实时数值时间曲线，并使用传感器数组提供振动源的空间信息，结合声源定位算法确定异常位置，找到突变点；在曲线突变点前后，比较机舱振动判断值的频域特征的变化情况；根据频域特征变化，初步判断异常的频率范围；根据机舱结构，匹配该频率范围对应的关键部件；综合各轴向振动数据，确定引起频域特征变化最明显的轴向，依据该轴向数据，确定造成异常的具体部件。
进一步的，匹配该频率范围对应的关键部件的具体过程为：采集各种典型部件在不同工作状态下的振动频谱样本，通过深度学习算法，训练将频谱映射到对应部件的模型，当出现异常频率时，将异常频率输入模型，输出不同概率的问题部件，按概率从大到小的顺序，进行问题部位的排除。
更进一步的，初步判断异常的频率范围的具体过程包括：在机舱振动判断值p的时间曲线上标注出突变点的时间；分别取突变点前后10s时间的机舱振动判断值p的序列，对两段时间内的机舱振动判断值p的序列分别进行快速傅里叶变换，得到频域特征；比较两段信号的频谱图差异，主要分析其频率分量的振幅的变化情况；通过频域对比，找出在突变点前后两个信号频谱图中差异最明显的频率；以此频率为中心，设置中心频率的上下10%作为异常的频率范围。
S3：检测并滤波风速，判断风速与风速阈值的关系。
进一步的，计算发电机转速控制目标值的具体过程包括：读取风速阈值Wspeed_cutout；检测当前风速仪风速Wspeed，对当前风速仪风速Wspeed滤波，得到当前滤波后的风速仪风速FWspeed；判断当前滤波后的风速仪风速FWspeed和风速阈值Wspeed_cutout关系：若FWspeed≤Wspeed_cutout，则判断逻辑终止；若FWspeed>Wspeed_cutout，且Nacc≤1Nacc_threshold1，则获取当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转速设定值Gspeed_cutout对应表，即图1中的对应表2 ，根据当前滤波后的风速仪风速FWspeed计算发电机转速设定值Gspeed_cutout，将此发电机转速设定值作为发电机转速控制目标值。
S4：根据滤波风速与风速阈值的关系计算发电机转速控制目标值和发电机转矩控制目标值。
优选的，发电机转矩控制目标值的具体计算过程包括：若FWspeed>Wspeed_cutout，且Nacc>1Nacc_threshold1，则获取当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转矩指令Torquedemand_cutout对应表，即图1中的对应表1，根据当前滤波后的风速仪风速FWspeed计算对应的发电机转矩指令Torquedemand_cutout，将此发电机转矩指令作为风机主控转矩指令输出。
可以看出，本发明采用两种功率控制方式，一是降低发电机转矩的方式，另外一种是降低发电机转速的方式，可有效解决不同型号机组在切出风速下降转矩方式与降转速方式对机组大部件失稳敏感度不同的问题。
本实施例还提供了一种风力发电机组切出风速下功率控制的系统，包括检测模块，用于检测机舱两个轴向的加速度信号，并检测风速信号；滤波模块，用于分别对加速度信号和风速信号进行滤波处理；计算模块，用于计算机舱振动加速度判断值和机舱振动判断值，并根据风速和阈值关系计算发电机控制目标；机舱振动判断值分析模块，用于分析振动判断值的时间序列和频域特征，确定异常的频率范围，匹配频率范围找到异常部件。
本实施例还提供一种计算机设备，适用于风力发电机组切出风速下功率控制的方法的情况，包括：存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的风力发电机组切出风速下功率控制的方法。
该计算机设备可以是终端，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC（近场通信）或其他技术实现。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例提出的实现风力发电机组切出风速下功率控制的方法；存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（ElectricallyErasable Programmable Read－Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（ErasableProgrammable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red－Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read－Only Memory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
综上，本发明能够通过监测风电机组加速度来识别机组是否由于叶片失速、变流器控制失稳、塔架共振等造成的剧烈震荡；本发明无需通过硬件改造的方式，仅对风机主控制器进行软件升级，改造代价小；独立于风电机组原有正常运行设计风速范围，在原切出风速范围以外，在保证机组运行稳定安全前提下对机组功率控制方式进行调度，增加大风捕获能力。
实施例2
参照表1和表2，为本发明第二个实施例，在第一个实施例的基础之上，为了验证其有益效果，提供了本发明风电机组在计算机环境下仿真数据。
首先，检测并滤波机舱前后向和垂直于前后向的侧向加速度，得到滤波后的机舱前后向加速度FFAacc和滤波后的机舱侧向加速度FSSAacc；根据加速度信号计算Nacc，并计算机舱振动判断值p，并根据机舱振动判断值p判断振动源；检测和滤波风速，计算风速和阈值的关系；并根据风速和阈值关系计算发电机控制目标值。
若FWspeed>Wspeed_cutout，且Nacc≤1Nacc_threshold1，则获取当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转速设定值Gspeed_cutout对应表，并以当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转速设定值Gspeed_cutout对应表关系，根据当前滤波后的风速仪风速FWspeed计算发电机转速设定值Gspeed_cutout，将此发电机转速设定值作为发电机转速控制目标值。
若FWspeed>Wspeed_cutout，且Nacc>1Nacc_threshold1，则获取当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转矩指令Torquedemand_cutout对应表，根据当前滤波后的风速仪风速FWspeed计算对应的发电机转矩指令Torquedemand_cutout，将此发电机转矩指令作为风机主控转矩指令输出。
上述参数中，Nacc_threshold1、FWspeed、Gspeed_cutout、Wspeed_cutout以及Torquedemand_cutout，由风电机组在计算机环境下仿真模拟或现场样机实际测试结果或批量运行机组实际运行数据等共同决定；下表为一般可选取值的范围：
表1部分参数取值表1
表2部分参数取值表2
FWspeed 0 25 28 30
Torquedemand_cutout Torque_rated Torque_rated Torque_rated*0.8 Torque_rated*0.7
FWspeed 0 25 28 30
Gspeed_cutout Gspeed_rated Gspeed_rated Gspeed_rated*0.8 Gspeed_rated*0.7
本发明采用监测风电机组运行振动情况来调度在切出风速下的功率控制方式，从而降低风电机组在切出风速下不合适的降功率方式引起的风电机组剧烈震荡；采用两种功率控制方式，一是降低发电机转矩的方式，另外一种是降低发电机转速的方式，可有效解决不同型号机组在切出风速下降转矩方式与降转速方式对机组大部件失稳敏感度不同的问题；通过延长切出风速，在原有单一控制方式不能完全保证机组运行安全的情况下，通过调整功率控制方式来进一步保证在切出风速以上安全稳定运行的前提下增加机组发电量；通过设置发电机转矩与风速之间查表的方式确定最终控制参数，但不限于风速，也可通过桨距角来代替风速；设置发电机转速设定值与风速之间查表的方式确定最终控制参数，但不限于风速，也可通过桨距角来代替风速。
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限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种风力发电机组切出风速下功率控制的方法，其特征在于：包括：
检测并滤波机舱前后向加速度和垂直于前后向的侧向加速度；
计算机舱振动加速度判断值和机舱振动判断值，并对机舱振动判断值进行分析确定振动源；
检测并滤波风速，判断风速与风速阈值的关系；
根据滤波风速与风速阈值的关系计算发电机转速控制目标值和发电机转矩控制目标值；
所述检测并滤波机舱前后和侧向加速度包括，
检测当前机舱前后向加速度FAacc，对当前机舱前后向加速度FAacc滤波，得到滤波后的机舱前后向加速度FFAacc；
检测当前机舱侧向加速度SSacc，对当前机舱侧向加速度SSacc滤波，得到滤波后的机舱侧向加速度FSSAacc；
获取机舱加速度阈值1Nacc_threshold1；
由低通滤波器进行滤波；
所述机舱振动加速度判断值的计算过程为：根据滤波后的机舱前后向加速度FFAacc与滤波后的机舱侧向加速度FSSAacc得到机舱振动加速度判断值Nacc，具体公式为：
其中，FFAacc为滤波后的机舱前后向加速度；FSSAacc为滤波后的机舱侧向加速度。
2.如权利要求1所述的风力发电机组切出风速下功率控制的方法，其特征在于：所述计算发电机转速控制目标值的具体过程包括：
读取并切出风速阈值Wspeed_cutout；
检测当前风速仪风速Wspeed，对当前风速仪风速Wspeed滤波，得到当前滤波后的风速仪风速FWspeed；
判断当前滤波后的风速仪风速FWspeed和风速阈值Wspeed_cutout关系：
若FWspeed≤Wspeed_cutout，则判断逻辑终止；
若FWspeed>Wspeed_cutout，且Nacc≤1Nacc_threshold1，则获取当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转速设定值Gspeed_cutout对应表，并以当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转速设定值Gspeed_cutout对应表关系，将此发电机转速设定值作为发电机转速控制目标值。
3.如权利要求2所述的风力发电机组切出风速下功率控制的方法，其特征在于：所述发电机转矩控制目标值的具体计算过程包括：
若FWspeed>Wspeed_cutout，且Nacc>1Nacc_threshold1，则获取当前滤波后的风速仪风速FWspeed与发电机转矩指令Torquedemand_cutout对应表，根据当前滤波后的风速仪风速FWspeed计算对应的发电机转矩指令Torquedemand_cutout，并将此发电机转矩指令作为风机主控转矩指令输出。
4.如权利要求3所述的风力发电机组切出风速下功率控制的方法，其特征在于：计算所述机舱振动判断值的过程为：
以机舱原始加速度信号作为输入：设前后方向为x轴，垂直于前后方向的侧向为y轴，即输入为｛x(t), y(t)｝；
对输入信号进行快速傅里叶变换，获取特征频率和特征频率对应幅值作为特征向量分别为：｛f1,f2，...，fn｝和｛A1,A2，...，An｝；
将得到的特征频率对应幅值特征向量输入到多元回归模型：p= w0 + w1A1 + w2A2 +... + wnAn + ε
其中，p为机舱振动判断值，w0为回归模型的截距，w1~wn为使用历史数据训练得到的回归模型的权重系数，ε为随机误差项。
5.如权利要求4所述的风力发电机组切出风速下功率控制的方法，其特征在于：所述对机舱振动判断值进行分析确定振动源包括，
根据历史统计分析，确定机舱正常工作状态下机舱振动判断值的范围为[pmin, pmax]；
若pmin ≤ p ≤ pmax，则机舱振动判断值在正常范围内；
若p < pmin 或 p > pmax，则机舱振动判断值异常，进行振动源的分析：
分析机舱振动判断值的实时数值时间曲线，并使用传感器数组提供振动源的空间信息，结合声源定位算法确定异常位置，找到突变点；
在曲线突变点前后，比较机舱振动判断值的频域特征的变化情况；
根据频域特征变化，初步判断异常的频率范围；
根据机舱结构，匹配该频率范围对应的关键部件；
综合各轴向振动数据，确定引起频域特征变化最明显的轴向，并确定造成异常的具体部件；
所述匹配该频率范围对应的关键部件的具体过程为：
采集各种典型部件在不同工作状态下的振动频谱样本，通过深度学习算法，训练将频谱映射到对应部件的模型，当出现异常频率时，将异常频率输入模型，输出不同概率的问题部件；
按概率从大到小的顺序，进行问题部位的排除。
6.如权利要求5所述的风力发电机组切出风速下功率控制的方法，其特征在于：所述初步判断异常的频率范围的具体过程包括：
在机舱振动判断值p的时间曲线上标注出突变点的时间；
分别取突变点前后10s的机舱振动判断值p的序列，对两段时间内序列分别进行快速傅里叶变换，得到频域特征；
比较两段信号的频谱图差异，主要分析频率分量的Amplitude 的变化情况；通过频域对比，找出在突变点前后两个信号频谱图中差异最明显的频率；
以此频率为中心，设置中心频率的上下10%作为异常的频率范围。
7.一种风力发电机组切出风速下功率控制的系统，基于权利要求1~6任一所述的风力发电机组切出风速下功率控制的方法，其特征在于：包括，
检测模块，用于检测机舱两个轴向的加速度信号，并检测风速信号；
滤波模块，用于分别对加速度信号和风速信号进行滤波处理；
计算模块，用于计算机舱振动加速度判断值和机舱振动判断值，并根据风速和阈值关系计算发电机控制目标；
机舱振动判断值分析模块，用于分析机舱振动判断值的时间序列和频域特征，确定异常的频率范围，匹配频率范围找到异常部件。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1~6任一所述的风力发电机组切出风速下功率控制的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，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1~6任一所述的风力发电机组切出风速下功率控制的方法的步骤。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103321854A (zh) * 2013-05-29 2013-09-25 国家电网公司 一种风力发电机组塔架振动控制方法
CN104632522A (zh) * 2015-01-04 2015-05-20 国电联合动力技术有限公司 一种风电机组振动的监测和控制方法及系统
CN105406490A (zh) * 2015-12-03 2016-03-16 国电联合动力技术有限公司 一种风电机组及其低频谐振自适应电压型补偿系统和方法
CN105863971A (zh) * 2016-06-27 2016-08-17 国电联合动力技术有限公司 一种适用于风力发电机组塔筒避振的虚拟质量控制方法
CN109611271A (zh) * 2018-12-20 2019-04-12 汕头大学 一种变速变桨距风力发电机转矩控制方法
EP3495656A1 (de) * 2017-12-08 2019-06-12 Senvion GmbH Verfahren zur bestimmung der belastungsdynamik einer windenergieanlage
CN113669198A (zh) * 2021-09-28 2021-11-19 华能酒泉风电有限责任公司 一种大风条件下风电机组功率控制方法和系统
US20220235737A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 Wobben Properties Gmbh Method for controlling a wind power installation
CN115898781A (zh) * 2022-10-31 2023-04-04 三一重能股份有限公司 风机载荷估计器的修正方法、装置及风电机组

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103321854A (zh) * 2013-05-29 2013-09-25 国家电网公司 一种风力发电机组塔架振动控制方法
CN104632522A (zh) * 2015-01-04 2015-05-20 国电联合动力技术有限公司 一种风电机组振动的监测和控制方法及系统
CN105406490A (zh) * 2015-12-03 2016-03-16 国电联合动力技术有限公司 一种风电机组及其低频谐振自适应电压型补偿系统和方法
CN105863971A (zh) * 2016-06-27 2016-08-17 国电联合动力技术有限公司 一种适用于风力发电机组塔筒避振的虚拟质量控制方法
EP3495656A1 (de) * 2017-12-08 2019-06-12 Senvion GmbH Verfahren zur bestimmung der belastungsdynamik einer windenergieanlage
CN109611271A (zh) * 2018-12-20 2019-04-12 汕头大学 一种变速变桨距风力发电机转矩控制方法
US20220235737A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 Wobben Properties Gmbh Method for controlling a wind power installation
CN113669198A (zh) * 2021-09-28 2021-11-19 华能酒泉风电有限责任公司 一种大风条件下风电机组功率控制方法和系统
CN115898781A (zh) * 2022-10-31 2023-04-04 三一重能股份有限公司 风机载荷估计器的修正方法、装置及风电机组

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
贺周耀: "计及载荷的风力发电机组变桨距控制策略研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技Ⅱ辑 *

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