[发明专利]一种风电机组塔架振动控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种风电机组塔架振动控制方法及系统。本发明要解决的技术问题是现有的测量塔顶机舱单一方向的振动加速度会导致测量精度不准，塔架的振动控制效果不好。本发明通过对塔顶水平面内任意方向的加速度或速度进行矢量合，或测量并计算以塔顶水平面与塔架中轴线的交点为球心的球面半径方向的振动加速度，并利用带通滤波器对合加速度或合速度进行一阶与二阶滤波，得到基于风机塔顶振动加速度的控制叶片变桨速率的变桨控制振动输入值，再将其与基于风机发电机转速的变桨控制振动输入值进行矢量相加，最终利用上述两方面的振动输入值控制风机的变桨速率，以达到精确测量并降低塔顶机舱在其所受合力方向的一阶和/或二阶固有频率振幅的效果。

技术领域

本发明涉及一种风电机组塔架振动控制方法及系统，尤其涉及一 种水平轴风电机组塔架振动控制方法及系统。

背景技术

风力发电是一种绿色、清洁、环保的能源利用方式，在海上以及 陆地上自然风较大的地区通过安装风力发电装置可以充分利用该地 区的自然能源，将其转化为电能，从而创造巨大的经济利益。

然而，随着目前风电机组的风轮直径越来越大，塔架高度也越来 越高，机组共振发生的概率也越来越大，发生共振的主要原因一方面 在于湍流、塔影、风切变以及风机载荷等指标的变化使得风电机组的 塔架和机舱产生振动，另一方面在风机的变桨控制中由于载荷转矩的 变化而易导致塔架和机舱内部的传动系统的振动。比如对于定桨恒速 风电机组，塔架的振动直接受到风载影响，对塔架的振动通常采用加 设振动超限保护开关；而对于变速恒频风电机组，除了风载以外，当 风轮转速变化，风轮旋转频率接近塔架一阶固有频率时会导致瞬间共 振，此时则通过对变桨系统的控制调节来调节塔架振动的动态阻尼， 从而起到减振的作用。

现有技术中很多均采用降低刚度和频率，从而使得塔架柔性增 加，这样使得塔架/机舱的固有频率与激振频率交叉发生共振的概率 降低，但这样也降低了风电机组系统的结构强度，导致其使用寿命大 大降低。现有的风电机组塔架振动控制方法对变桨要求较高，不管是 通过测量塔顶的某一方向的振动加速度还是振动速度值，其均会出现 变桨轴承以及相应的传动机构的损耗严重的问题，同时测量精度也不 准确，忽视了其它方向的振动因素，因而导致实际的振动控制效果较 差。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明为了克服现有的仅测量塔顶机舱单一方向的振动加速度 而导致的测量精度不准，塔架的振动控制效果不好的问题。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种风电机组塔架振 动控制方法，包括如下的步骤：

1)同时测量风机塔顶机舱轴向和径向方向的振动加速度，并清 除上述两个方向的振动加速度的数据干扰信号；并对上述清差后的振 动加速度进行积分，以分别得到塔顶上述两个方向的振动速度；

2)计算上述两个方向的振动速度的矢量合，以得到塔顶振动合 速度；

3)利用带通滤波器对该振动合速度进行带通滤波，以提取出在 塔顶的所述振动合速度方向的一阶固有频率信号，然后利用二阶滤波 器对上述带通滤波器的滤波结果进行二阶滤波，以得到基于风机塔顶 振动加速度的控制叶片变桨速率的变桨控制振动输入值；

4)测量发电机转速以得到发电机转速的测量值，并将该测量值 与发电机转速的设定值进行比较，再对该比较结果进行比例积分运 算，得到基于风机发电机转速的控制叶片变桨速率的变桨控制振动输 入值；

5)将上述基于风机塔顶振动加速度的变桨控制振动输入值和上 述基于风机发电机转速的变桨控制振动输入值进行矢量相加，利用该 矢量相加值用于控制风机的变桨速率，以降低风机塔架在其所受合力 方向的一阶和/或二阶固有频率振动幅度。