[实用新型]风机叶片在风机叶轮旋转平面的三阶频率振动抑制系统

说明书

技术领域

本实用新型属于风力发电领域，涉及一种风机叶片IN-PLANE三阶频率振动抑制系统。 

背景技术

随着风力发电机（Wind Turbine，MT，简称风机）的设计容量和叶片长度增加，叶片IN-PLANE三阶固有频率信号表现出频率越来越低且同时信号强度大幅增加的趋势（这里，IN-PLANE指的是风机叶轮旋转所在的平面，即，风机叶轮旋转平面），导致发电机转速测量值以及风机塔架（也称为塔筒）的side-side方向（与叶轮迎风方向垂直的方向，也是就与风向垂直的方向）加速度信号中，叶片IN-PLANE三阶固有频率信号明显。发电机转速测量值中明显的叶片IN-PLANE三阶固有频率信号在额定风速以上会被风机的变桨执行机构响应，风机的变桨电机会以叶片IN-PLANE三阶固有频率快速振荡，导致变桨电机温度快速上升，甚至导致变桨电机的烧毁。 

风机控制策略目前采用两种方式来应对上述问题。一方面减小设置在发电机转速-变桨控制回路中的低通滤波器的截止频率，另一方面在叶片IN-PLANE三阶固有频率处采用陷波滤波器，以此来防止变桨执行机构对叶片IN-PLANE三阶固有频率进行响应，避免额定风速以上变桨电机温度快速上升或者烧毁。 

然而，采用减小设置在发电机转速-变桨控制回路中的低通滤波器的截止频率以及采用陷波滤波器的方案，一方面并不能减小塔架side-side方向叶片IN-PLANE三阶固有频率的振动，另一方面，减小设置在发电机转速-变桨控制回路中的低通滤波器的截止频率，反而会导致发电机转速-变桨闭环控制回路中超调量增加、动态响应速度变慢等动态特性变差的现象。 

发明内容

本实用新型的目的在于减小风机在并网发电模式下运行时，在发电机转 速测量信号以及塔筒Side-side方向上叶片IN-PLANE三阶固有频率振动的幅度，避免变桨执行机构由于对叶片IN-PLANE三阶固有频率响应所发生的变桨电机温度快速上升甚至烧毁的故障。 

本实用新型的目的还在于提升发电机转速-变桨速率闭环控制回路的动态特性，包括降低超调量、缩短响应时间等。 

根据本实用新型的一方面，提供一种风机叶片IN-PLANE三阶频率振动抑制系统，所述振动抑制系统包括：发电机转速测量模块，安装在风机机舱内，测量发电机转速，以获得发电机转速测量值；比较器，连接到发电机转速测量模块，将发电机转速测量值与发电机转速设定值进行比较；比例积分控制器，连接到比较器，接收比较器的比较结果，对所述比较结果进行比例积分运算，得到发电机电磁扭矩的第一控制输入值；带通滤波器，连接到发电机转速测量模块，对发电机转速测量值进行带通滤波，从发电机转速测量值中提取出风机叶片IN-PLANE三阶固有频率信号；微分模块，连接到带通滤波器，对带通滤波器的带通滤波结果进行微分运算；比例增益模块，对微分模块的微分运算结果进行比例增益放大，得到发电机电磁扭矩的第二控制输入值；加法器，连接到比例积分控制器和比例增益模块，将发电机电磁扭矩的第一控制输入值和发电机电磁扭矩的第二控制输入值进行叠加，得到发电机电磁扭矩给定值，所述发电机电磁扭矩给定值用于控制风机的电磁扭矩，从而降低风机叶片IN-PLANE三阶频率振动幅度。 

振动抑制系统还可包括：第一低通滤波器，连接在发电机转速测量模块和比较器之间，对发电机转速测量值进行低通滤波，将低通滤波的结果提供给比较器，以与发电机转速设定值进行比较。 

振动抑制系统还可包括：第二低通滤波器，连接在比例积分控制器和加法器之间，对比例积分控制器的比例积分结果进行低通滤波，将低通滤波的结果提供给加法器作为发电机电磁扭矩的第一控制输入值。 

带通滤波器的传递函数可以是其中，s表示复变量，ξ表示阻尼系数，ω表示角频率。 

根据本实用新型的风机叶片IN-PLANE三阶固有频率振动抑制系统可以在机组处于并网发电模式时的各种工况下，大幅限制风机塔架Side-side方向上叶片IN-PLANE三阶固有频率振动幅度；可以避免变桨执行机构发生叶片IN-PLANE三阶固有频率的快速振荡而产生的变桨电机温度快速上升甚至变桨 电机烧毁现象，因此在额定风速以上运行时对风机变桨执行机构提供了很好的保护；采用本实用新型，可使得发电机转速-变桨速率闭环控制系统超调量减小、带宽增加、响应时间缩短，因此有效改善了额定风速以上机组运行时的动态响应特性和性能。 

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：