一种串联式同向旋转双叶轮风力发电机组共振穿越的方法与流程

1.本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种串联式同向旋转双叶轮 风力发电机组共振穿越的方法。


背景技术：

2.目前主流的风力发电机组都是单叶轮风力发电机组，单叶轮风力 发电机组由叶轮、变桨系统、齿轮箱、动力传动装置、发电机、功率 调节装置以及控制和监控软件组成。由于评价上网压力，急需研究具 有高效的风能转化的风力发电机组。双叶轮风力发电机组具有高效的 风能捕获能力，但频率叠加较单叶轮机组的频率特性更为复杂，其避 免共振的控制策略是目前急需进行研究的技术。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种串联式 同向旋转双叶轮风力发电机组共振穿越的方法，可以提高风电机组的 安全性。
4.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
5.一种串联式同向旋转双叶轮风力发电机组共振穿越的方法，包括 如下步骤：
6.步骤一：控制系统采集前叶轮和后叶轮的风速风向、转速、转矩、 功率和桨叶角度等信息；
7.步骤二：控制系统预先设定共振频率点，结合采集的前叶轮和后 叶轮的信息，通过转速设定点控制算法，计算出前前叶轮和后叶轮的 转速设定点，然后把前叶轮的转速设定点传给前叶轮控制模块，把后 叶轮的转速设定点传给后叶轮控制模块。
8.在上述方案的基础上，所述转速设定点控制算法包括：共振转速 计算模块、转速折算求差模块、转速比较算法模块和转速设定点模块。
9.在上述方案的基础上，所述转速设定点控制算法的具体流程如下 所示：
10.将共振频率点传给共振转速计算模块，共振转速计算模块对共振 频率点进行单位转换处理，并将计算出的结果传给转速比较算法模 块。
11.将前叶轮转速与后叶轮转速传给转速折算求差模块，如果共振频 率处在|n1*p1
‑
n2*p2|频率范围内，则转速折算求差公式为＝|n1*前叶 轮转速
‑
n2*后叶轮转速|，其中p1为前叶轮1倍频范围，n1为前叶轮 叶片个数，p2为后叶轮1倍频范围，n2为后叶轮叶片个数，转速折 算求差模块将输出值传给转速比较算法模块。如果转速折算求差模块 输出值处于共振频率点上下10％范围之内，则转速比较算法模块输出 true，否则为false。其中10％可以根据实际情况调节。
12.在上述方案的基础上，求解转速设定点模块的具体流程如下所 示：
13.a.如果转速比较算法模块输出为false，则前叶轮转速设定点和后 叶轮转速设定点不变；
14.b.如果转速比较算法模块输出为true，且转速折算求差模块输出 值的导数(或者
变化率)的绝对值超过设定值(由双叶轮风力发电机 组确定)，则前叶轮转速设定点和后叶轮转速设定点不变；
15.c.如果转速比较算法模块输出为true，且转速折算求差模块输出 值的导数(或者变化率)的绝对值小于设定值，如果n1*前叶轮转速 ≥n2*后叶轮转速，前叶轮转速最小设定值为前叶轮转速增加m1％/n1 的转速值，后叶轮转速最大设定值为后叶轮转速减少m2％/n2的转速 值。
16.d.如果转速比较算法模块输出为true，且转速折算求差模块输出 值的导数(或者变化率)的绝对值小于设定值，如果n1*前叶轮转速 <n2*后叶轮转速，前叶轮转速最大设定值为前叶轮转速减少m1％/n1 的转速值，后叶轮转速最小设定值为后叶轮转速增加m2％/n2的转速 值。
17.e.前叶轮转速和后叶轮转速的最大设定值和最小设定值变化后， 维持一定时间后恢复原值，其中一定时间可为30秒。
18.f.m1 m2＝10，其中10能够根据实际情况进行调节。
19.发明的有益效果
20.本发明可以实现串联式同向旋转双叶轮风力发电机组共振穿越， 为双叶轮机组运行稳定性提供技术基础。
附图说明
21.本发明有如下附图：
22.图1：前叶轮转速频率特性示意图。
23.图2：后叶轮转速频率特性示意图。
24.图3：前后叶轮叶片交互转速频率特性示意图。
25.图4：控制系统框图。
26.图5：转速设定点控制算法框图。
具体实施方式
27.以下结合附图1～5对本发明作进一步详细说明。
28.本发明提供了一种串联式同向旋转双叶轮风力发电机组共振穿 越的方法，涉及的风力发电机组包括：
29.风力前涡轮和后涡轮，即前叶轮和后叶轮；
30.塔架；
31.传动链系统、发电系统、偏航系统和刹车系统等相关设备；
32.传感器系统，包括：风速风向测量装置、发电机转速前叶轮传感 器、发电机转速后叶轮传感器、发电机功率前叶轮传感器、发电机功 率后叶轮传感器、发电机转矩测量前叶轮装置和发电机转矩测量后叶 轮装置等；
33.控制系统，包括输入输出模块，控制器，通讯接口模块和通讯总 线等控制相关设备。
34.该风力发电机组为串联式同向旋转双叶轮风力发电机组。前叶轮 的转速频率特性和后叶轮的转速频率特性分别如图1和图2所示，其 中p1为前叶轮1倍频范围，n1为前叶
轮叶片个数，p2为后叶轮1 倍频范围，n2为后叶轮叶片个数。两叶轮同向旋转，由于前后叶轮 转速可能不同，前后叶轮叶片相互通过转速频率范围|n1*p1
‑
n2*p2|， 如图3所示。此频率范围可能会导致原来不发生共振的频率点产生共 振现象。
35.本发明为解决上述问题提供了一种串联式同向旋转双叶轮风力 发电机组共振穿越的方法。具体实现方式如图4所示。
36.控制系统采集前叶轮和后叶轮的转速、转矩、机组风速风向、前 叶轮和后叶轮的产生的功率和桨叶角度位置等信息。
37.预先设定共振频率点，通过转速设定点控制算法，计算出前后叶 轮的转速设定点，然后把前后叶轮的转速设定点传给前后叶轮控制模 块。
38.转速设定点控制算法实现方式如图5所示，前叶轮控制模块和后 叶轮控制算法模块不在本发明内，不做详细描述。
39.将共振频率点传给共振转速计算模块，共振转速计算模块对共振 频率点进行单位转换处理，计算出的结果传给转速比较算法模块，共 振转速计算模块也就是从单位hz到rad/s或者rpm的转化。
40.将前叶轮转速与后叶轮转速传给转速折算求差模块，如果共振频 率处在|n1*p1
‑
n2*p2|频率范围内，则转速折算求差公式为＝|n1*前叶 轮转速
‑
n2*后叶轮转速|，转速折算求差模块将输出值传给转速比较算 法。如果转速折算求差模块输出值处于共振频率点上下10％范围之 内，则转速比较算法模块输出true，否则为false。其中10％可以根据 实际情况调节。
41.求解转速设定点模块的具体算法如下：
42.a.如果转速比较算法模块输出为false，则前叶轮转速设定点和后 叶轮转速设定点不变；
43.b.如果转速比较算法模块输出为true，且转速折算求差模块输出 值的导数(或者变化率)的绝对值超过设定值(由双叶轮风力发电机 组确定)，则前叶轮转速设定点和后叶轮转速设定点不变；
44.c.如果转速比较算法模块输出为true，且转速折算求差模块输出 值的导数(或者变化率)的绝对值小于设定值，如果n1*前叶轮转速 ≥n2*后叶轮转速，前叶轮转速最小设定值为前叶轮转速增加m1％/n1 的转速值，后叶轮转速最大设定值为后叶轮转速减少m2％/n2的转速 值。
45.d.如果转速比较算法模块输出为true，且转速折算求差模块输出 值的导数(或者变化率)的绝对值小于设定值，如果n1*前叶轮转速 <n2*后叶轮转速，前叶轮转速最大设定值为前叶轮转速减少m1％/n1 的转速值，后叶轮转速最小设定值为后叶轮转速增加m2％/n2的转速 值。
46.e.前叶轮转速和后叶轮转速的最大设定值和最小设定值变化后， 维持一定时间后恢复原值，其中一定时间可为30秒。
47.f.m1 m2＝10，其中10能够根据实际情况进行调节。
48.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知 的现有技术。