一種風力發電機傳動鏈振蕩抑制方法
【專利摘要】一種風力發電機傳動鏈振蕩抑制方法，在風力發電機運行過程中，采用四個步驟對主控轉矩控制器輸出的發電機給定轉矩進行實時的靈活修正：利用FFT模塊實時計算發電機轉速信號中傳動鏈振蕩頻率下對應的幅值；根據幅值，通過擾動法控制計算出補償相位角；利用動態帶通濾波器，根據輸入的發電機轉速信號以及補償相位角，實時計算出一個頻率為，幅值為的補償轉矩；修正后實際傳給變流器執行的總輸出轉矩。通過這種修正，實時動態調整阻尼力矩的最優相位角以及最優增益參數，實現機組參數的個性化設置，達到抑制傳動鏈振蕩的效果，降低齒輪箱彈性支撐、聯軸器等相關柔性部件的故障率，能有效提高風力發電機組的穩定性。
【專利說明】
-種風力發電機傳動鏈振蕩抑制方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種大型風力發電機組的傳動鏈振蕩抑制方法。
【背景技術】
[0002] 為了保證風力發電機在功率爬升過程中，風機能夠吸收最大的風能，目前國內外 對大型風力發電機的轉矩控制一般采用查表法完成，即一個轉速對應一個固定的最優轉 矩。然而，隨著機組容量的不斷增大、低風速機組的開發，葉片長度的不斷加長，由于風切變 的存在，機組在風輪垂直方向的不平衡力不斷增大，加之機組過渡區內控制轉矩變化斜率 不斷增大，導致機組傳動鏈承受的外部激勵不斷增大，當傳動鏈本身阻尼不足W抑制外部 激勵所帶來的傳動鏈響應時，機組傳動鏈就會發生振蕩，導致齒輪箱彈性支撐、聯軸器等柔 性部件的損壞。
[0003] 目前國內外對于大型機組的傳動鏈振蕩抑制方法，多為在轉矩控制中加入阻尼 器，但使用的阻尼器無相位修正功能，且增益參數固定。而機組在實際運行中，受PLC計算 周期W及線路信號延時的影響，所需實際反向阻尼力矩往往與計算阻尼相差一定的相位延 時角，且機組最優增益參數也與機組本身特性相關，直接使用傳統的阻尼器得不到很好的 抑制效果。

【發明內容】

[0004] 為了克服機組大型化過程中，不斷增大的外部激勵造成的傳動鏈振蕩，本發明提 出了一種風力發電機傳動鏈振蕩抑制方法，其采用的技術方案是：一種風力發電機傳動鏈 振蕩抑制方法，包括如下步驟： (一） 利用FFT模塊實時計算發電機轉速信號 中傳動鏈振蕩頻率下對應的幅值; (二） 根據幅值％^>.，通過擾動法控制計算出補償相位角攝自:； (H)利用動態帶通濾波器，根據輸入的發電機轉速信號絞0擬及補償相位角自，實時計 算出一個頻率為1:，幅值為的補償轉矩1? ; (四)對主控轉矩控制器輸出的發電機給定轉矩進行修正，實際傳給變流器執行的總 輸出轉矩
，
[0005] 所述步驟(二）中，補償相位角錄g的計算方法為： (1)將每P:與設定值進行比較； (2 )若小于設定值馬P胃，貝IJ
(3) 若％。大于設定值聲設置
其中％為自行設置的初始補償相位角， 并統T
的持續時間； (4) 若
步驟的持續時間小于10分鐘，則重新計算此時設定中必頻率1 下對應的幅值讀1?，并重復步驟（1); (5) 畫
的大于設定值持續時間在10分鐘W上，則進行W下操作： (6) 將％6賦值給韓調整補償相位角
重新計算此時設定中必頻率i; 下對應的幅值線; (7) 若步驟（6)重新計算的.小于^3,，則將與設定值進行比較，當
，重復步驟（6)，直至讀j破小于設定值胃; (8 )若步驟（6 )重新計算的大于#$ :，則進行W下操作： (9) 將詳fP賦值給調整補償相位角
，重新計算此時設定中必頻率f 下對應的幅值; (10) 將％〇:與設定值^5阪。.。^進行比較，當^
重復步驟（9)，直至^0小 于枝志值今巧n;口乂-。
[0006] 所述步驟(H)中，動態帶通濾波器采用如下遞推公式：
其中k為增益系數，
濾波 器中必角頻率
為品質因素，旋g為帶通濾波器上限截止角頻率，游&為帶通濾 波器下限截止角頻率，1為采樣時間，《為濾波器輸入信號，f為濾波器輸出信號。
[0007] 所述步驟巨）中，轉矩補償^具體計算方式為： (1) 根據機組特性，設置動態帶通濾波器的初始化參數§^、粒、資自的初始化參數； (2) 將發電機轉速、轉矩補償值分別按照時間順序存入數組x(n)、y(n)中，其中x[0]、 y[0]為初始時刻值；x[n]、y[n]為當前時刻值，將數組x(n)、y(n)中相應時刻數值帶入所 述動態帶通濾波器中，即得到實時計算的補償轉矩T；9。
[0008] 通過W上所述方法，根據機組動態特性智能的產生一種中必頻率、相位角、幅值自 適應變化的補償力矩，對風力發電機組變流器執行的總輸出轉矩進行實時的靈活修正，實 時動態調整阻尼力矩的最優相位角W及最優增益參數，實現機組參數的個性化設置，達到 抑制傳動鏈振蕩的效果，降低齒輪箱彈性支撐、聯軸器等相關柔性部件的故障率，有效提高 風力發電機組的穩定性。
【附圖說明】
[0009] 圖為一種風力發電機傳動鏈振蕩抑制方法的原理框圖。
【具體實施方式】
[0010] 下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
[0011] 在風機運行過程中，按照W下四個步驟確定變流器執行的總輸出轉矩： (一) 利用FFT模塊實時計算發電機轉速信號挺g中傳動鏈振蕩頻率§了對應的幅值讀 (二） 根據幅值^^，通過擾動法控制計算出補償相位角鏡自:； (H) 利用動態帶通濾波器，根據輸入的發電機轉速信號^^ W及補償相位角攝g，實時計 算出一個頻率為i:，幅值為的補償轉矩1?; (四)對主控轉矩控制器輸出的發電機給定轉矩'/。^進行修正，實際傳給變流器執行的總 輸出轉矩
[0012] 所述步驟(二）中，補償相位角録&按照W下計算方法進行計算： (I) 將與設定值^如進行比較； (2) 若讀P小于設定值，則：
(3) 若％3乂于設定值減設置
其中％為自行設置的初始補償相位角，
并統巧 S續時間； (之- 步驟的持續時間小于10分鐘，則重新計算此時設定中必頻率1 下對應的幅值讀1?，并重復步驟（1); (5) 若
均大于設定值持續時間在10分鐘W上，則進行W下操作： (6) 將％&賦值給讀調整補償相位角：
重新計算此時設定中必頻率i; 下對應的幅值讀1? ; (7) 若步驟（6)重新計算的、于^i,則將與設定值讀進行比較，當
重復步驟（6)，直至維破小于設定值建|^>?&5* ; (8 )若步驟（6 )重新計算的讀^0大于身，則進行W下操作： (9)將讀;S賦值給,調整補償相位角
，重新計算此時設定中必頻率I:; 下對應的幅值4^?; (10)將％&與設定值^|^.^。^進行比較，當
，重復步驟（9)，直至.小 于設定。
[0013] 所述步驟(H)中，動態帶通濾波器采用如下的遞推公式：
其中k為增益系數， i
濾波 器中必角頻率
^品質因素，敬I為帶通濾波器上限截止角頻率，為帶通濾 波器下限截止角頻率，1|為采樣時間，X;為濾波器輸入信號，￥為濾波器輸出信號。
[0014] 所述步驟(H)中，轉矩補償76,^通過^下方式計算： (1) 根據機組特性，設置動態帶通濾波器的初始化參數Zj、k的初始化參數； (2) 將發電機轉速、轉矩補償值分別按照時間順序存入數組x(n)、y(n)中，其中x[0]、 y[0]為初始時刻值；x[n]、y[n]為當前時刻值，將數組x(n)、y(n)中相應時刻數值帶入所 述動態帶通濾波器中，即得到實時計算的補償轉矩'/；3。
[0015] 通過對變流器執行的總輸出轉矩進行實時的靈活修正，可實時動態調整阻尼力矩 的最優相位角W及最優增益參數，實現機組參數的個性化設置，降低齒輪箱彈性支撐、聯軸 器等相關柔性部件的故障率，有效提高風力發電機組的穩定性。
[0016] 雖然經過對本發明結合具體實施例進行描述，對于在本技術領域熟練的人±，根 據上文的敘述做出的替代、修改與變化將是顯而易見的。因此，在送樣的替代，修改和變化 落入本發明的權利要求的精神和范圍內時，應該被包括在本發明中。
【主權項】
1. 一種風力發電機傳動鏈振蕩抑制方法，其特征在于：包括如下步驟： (一） 利用FFT模塊實時計算發電機轉速信號 %中傳動鏈振蕩頻率?下對應的幅值韓; (二） 根據幅值％:3.，通過擾動法控制計算出補償相位角鬟 (H) 利用動態帶通濾波器，根據輸入的發電機轉速信號1? W及補償相位角義!，實時計 算出一個頻率為胃，幅值為的補償轉矩1? ; (四)對主控轉矩控制器輸出的發電機給定轉矩進行修正，實際傳給變流器執行的總 輸出轉矩卷.與％告:?。2. 根據權利要求1所述的一種風力發電機傳動鏈振蕩抑制方法，其特征在于；所述步 驟(二）中，補償相位角資。的計算方法為： (I) 將讀P與設定進行比較； (2 )若讀拷小于設定值，則麵盧雜。； (3>若為如大于設定值曲6.班。K，設置璋蚊與竭，其中幽為自行設置的初始補償相位角， 并統計續泉的持續時間； (4)若:常為步驟的持續時間小于10分鐘，則重新計算此時設定中必頻率f 下對應的幅值，并重復步驟（1); (5) 若韓辨:Ip胃K巧大于設定值持續時間在10分鐘W上，則進行W下操作： (6) 將ip:賦值給,調整補償相位角;$^>=：^;:疫奪遂綠，重新計算此時設定中必頻率H 下對應的幅值^0; (7) 若步驟（6)重新計算的％。小于則將％。與設定值唯進行比較，當 聲S.游;%>胃*，重復步驟（6)，直至小于設定值^ ; (8) 若步驟（6)重新計算的大于則進行W下操作： (9) 將為賦值給調整補償相位角掉潑^ 一進裝，重新計算此時設定中必頻率 下對應的幅值; (10 )將％e.與設定值^§編。^:進行比較，當卿6穿，重復步驟（9 )，直至雜?小 于設定值/i/如;。.r。3.根據權利要求1所述的一種風力發電機傳動鏈振蕩抑制方法，其特征在于；所述步 驟(H)中，動態帶通濾波器采用如下遞推公式：其中k為增益系數，雜9為帶通濾波 器中必角頻率，為品質因素，毅^為帶通濾波器上限截止角頻率，難&為帶通濾 波器下限截止角頻率，1|為采樣時間，裝為濾波器輸入信號，!r為濾波器輸出信號。4.根據權利要求1所述的一種風力發電機傳動鏈振蕩抑制方法，其特征在于；所述步 驟(H)中，轉矩補償^<&具體計算方式為： (1) 根據機組特性，設置動態帶通濾波器的初始化參數/5、k、旨3的初始化參數； (2) 將發電機轉速、轉矩補償值分別按照時間順序存入數組x(n)、y (η)中，其中x[0]、 y[〇]為初始時刻值；x[n]、y[n]為當前時刻值，將數組x(n)、y(n)中相應時刻數值帶入所 述動態帶通濾波器中，即得到實時計算的補償轉矩;。
【文檔編號】H02P9/00GK105846738SQ201510013213
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月12日
【發明人】蔣勇, 禹華軍, 楚崢, 許王建, 何天然
【申請人】上海電氣風電設備有限公司, 上海電氣風電設備東臺有限公司