CN203480332U - 一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是有关于一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统，包括加速度信号传感器、滤波器、陷波器及PID控制器，加速度信号传感器的输入端与塔筒连接，输出端依次连接滤波器和陷波器，陷波器的输出端连接PID控制器，PID控制器的输出端输出电机转矩信号。本实用新型克服了海洋能发电机组对水流速度变化引起的塔筒左右振动过大的问题，实现了海流能发电机组的稳定运行，对减少海洋能发电机组塔筒以及其他相关部件的维护成本。

Description

一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统

技术领域

本实用新型涉及发电机组调控领域，特别是涉及一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统。

背景技术

海流能发电机组利用潮汐洋流现象产生的海水流动进行发电，有效的利用我国沿海地区的海流能，可以创造出巨大的经济价值，成为新能源开发利用的一个新技术。海流能发电机组通常采取水平轴机构，机组安装于海平面以下，在轮毂处连接叶片。当海水流动经过叶片的时候带动叶片旋转，进而带动传动链中的低速轴和齿轮箱，进而驱动发电机进行发电。

海流能发电机组的叶轮处的海流速度会受到海面波浪的动能和势能以及叶轮处海流动能的影响，与波浪的高度、波浪的运动周期、海平面以下分布的水平压强梯度、地转偏向力以及海水密度等因素相关，造成叶轮处海流速度变化明显，使叶片受到波动变化的海流扭矩。另外由于叶片在水中旋转，容易出现气蚀现象，产生破裂的气泡冲击叶片表面，也会造成叶片受到的海流扭矩变化。这会产生作用于叶轮表面的左右方向上变化的推力以及传动链左右方向上变化的扭矩，将使得海洋能发电机组塔筒在机组运行的过程中在左右方向上产生较大的振动，因此机组塔筒的极限载荷和偏劳载荷将会过高。

如何能创设一种能减少由于塔筒振动引起的机组其他部件的振动、提高发电机组运行寿命的新的海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统,实属当前重要研发课题之一。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统，使其减小塔筒的振动，降低塔筒及其他相关部件载荷，提高发电机组的运行寿命，从而克服现有的发电机组塔筒左右振动引起的机组其他部件的振动，降低机组的运行寿命的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统，包括加速度信号传感器、滤波器、陷波器及PID控制器，加速度信号传感器的输入端与塔筒连接，输出端依次连接滤波器和陷波器，陷波器的输出端连接PID控制器，PID控制器的输出端输出电机转矩信号。

作为一种改进，所述的滤波器包括两个串联的滤波器。

所述的滤波器为低通滤波器。

所述的加速度信号传感器为伺服式加速度传感器。

本实用新型还涉及应用上述海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统的海流能发电机组塔筒。

进一步地，所述的海流能发电机组有三个叶片。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型提出的风力海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统主要应用于海洋能发电机组塔筒左右振动控制，在机组叶片处海流速度变化时，将塔架左右振动加速度通过信号测量和处理以及加速度信号控制输出电机转矩信号，减小塔筒因流速变化引起的左右振动，降低了塔筒的载荷，满足了海洋能发电机组控制性能和机组运行寿命的要求。

2、克服了海洋能发电机组对水流速度变化引起的塔筒左右振动过大的问题,实现了海流能发电机组的稳定运行，对减少海洋能发电机组塔筒以及其他相关部件的维护成本，提高其工作性能和运行时间有重要意义。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统的示意图。

具体实施方式

参照图1所示，本实用新型所提供的海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统，包括加速度信号传感器、滤波器、陷波器及PID控制器，加速度信号传感器的输入端与塔筒连接，输出端依次连接滤波器和陷波器，陷波器的输出端连接PID控制器，PID控制器的输出端输出电机转矩信号。

下面对本实用新型提供的海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统做进一步解释。

首先在海洋能发电机组的塔顶处安装塔筒左右加速度信号传感器，将机舱振动的机械位移量转换为数值信号，从而对塔筒左右加速度信号的数值进行测量和记录。较优的，本海洋能发电机组塔筒控制系统采用伺服式加速度传感器，传感器的振动系统连接着一个电磁线圈，在测量得到塔筒左右方向的加速度输入信号时，质量测点偏离平衡位置，该位移大小经伺服放大器放大后转换为电流输出，通过电磁线圈产生电磁信号，即完成对塔筒左右加速度的测量。海洋能发电机组的机舱工作环境受到海水密度变化，海水腐蚀性以及温度变化等方面的影响，伺服加速度传感器能够在闭环状态下工作，增强了抗干扰的能力，提高测量精度和动态性能。

塔筒左右加速度信号处理系统接收塔筒左右加速度信号传感器采集到的信号。信号处理系统包括滤波器和陷波器，滤波器优选为两个低通滤波器。

由于塔筒左右加速度信号传感器测量出的加速度信号会受到测量过程中噪声的影响，所以在加速度信号传感器之后连接两个低通滤波器和一个陷波器。

具体的，海流能发电机组一般具有三个叶片，在叶片旋转过程中的转速三倍频和转速六倍频处会产生较大的噪声。

所以在加速度信号传感器之后连接两个低通滤波器，低通滤波器Ⅰ主要对采集到的加速度信号进行转速三倍频噪声的滤波。其传递函数计算公式为：

其中s为拉普拉斯变换变量，z₁为低通滤波器Ⅰ的阻尼系数，w₁为低通滤波器Ⅰ的频率。

低通滤波器Ⅱ主要对采集到的加速度信号进行转速六倍频噪声的滤波。其传递函数的计算公式为：

其中s为拉普拉斯变换变量，z₂为低通滤波器Ⅱ的阻尼系数，w₂为低通滤波器Ⅱ的频率。

低通滤波器后连接陷波器，陷波器主要对加速度信号进行限值，保证整个信号的稳定性和有效性。其传递函数的计算公式为：

其中s为拉普拉斯变换变量，d₁,d₂为陷波器的阻尼系数，υ₁,υ₂为陷波器的频率。

左右加速度信号在经过滤波器和陷波器和进行信号处理之后，从陷波器的输出端通过数据导线输入到PID控制器。

PID（Proportion Integration Differentiation）控制器记录接收到的塔筒左右加速度信号的测量值，然后与预先设定的加速度参考值进行比较，然后用这个差值计算新的输入值，使系统的数据达到或者保持在参考值。PID控制器的输出端输出电机转矩信号至变流器，其中PID控制输出的电磁转矩Q为: $Q=K_{P}e+K_I\∫e+K_D\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}}.$

其中，K_P、K_I、K_D分别为比例系数、积分系数和微分系数，e为接收到的塔筒左右加速度信号的测量值和参考加速度的差值。

海洋能发电机组塔筒左右振动的能量受到塔筒阻尼的影响进行衰减，其中以临界阻尼回到平衡位置所需时间最短，此时塔筒左右振动会很快地靠近平衡位置。电机转矩对塔筒的作用力主要在塔筒左右方向上，所以根据海流流速变化造成的塔筒左右振动的大小，通过该PID控制器进行电机转矩的调节，进而调节塔筒的阻尼特性使其达到临界阻尼状态，能够有效的消除左右振动的影响。通过综合考虑海洋能发电机组的动态性能和静态性能，对比例，积分和微分系数这三个参数进行合理的设定，使得PID控制器输出的电机转矩Q能够满足控制要求，兼顾系统稳定性和对目标参考曲线的快速跟踪等多项性能指标。该电机转矩信号最后与海洋能发电机组的转速转矩控制环路输出的电机转矩信号相加，使得塔筒的左右振动被该控制系统通过调整电机转矩的大小对塔筒左右振动的能量进行吸收，降低了机组塔筒左右振动的幅值，达到了调节海洋能发电机组塔筒左右方向振动的效果。

海洋能发电机组中叶片由于受到海流作用力的变化会引起塔筒左右方向的振动，造成塔筒的极限载荷和疲劳载荷较大，不利于机组的稳定运行。而本实用新型具体实施方式所设计的海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统，根据塔筒左右加速度振动信号对机组的电机转矩进行调整，进而减小塔筒左右的振动，能满足控制系统的性能需求，降低了海洋能发电机组的维护成本，实现了机组的稳定高效运行。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统，其特征在于：包括加速度信号传感器、滤波器、陷波器及PID控制器，加速度信号传感器的输入端与塔筒连接，输出端依次连接滤波器和陷波器，陷波器的输出端连接PID控制器，PID控制器的输出端输出电机转矩信号。 

2.根据权利要求1所述的一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统，其特征在于：所述的滤波器包括两个串联的滤波器。 

3.根据权利要求1所述的一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统，其特征在于：所述的滤波器为低通滤波器。 

4.根据权利要求1所述的一种海洋能发电机组塔筒左右振动控制系统，其特征在于：所述的加速度信号传感器为伺服式加速度传感器。