一种风力发电机组传动链扭振保护方法及系统与流程

1.本发明主要涉及风电技术领域，具体涉及一种风力发电机组传动链扭振保护方法及系统。


背景技术：

2.传统的变速变桨风力发电机组，由转矩执行机构和桨距执行机构来实现转矩和桨距的控制，其传动链主要由风轮，主轴，齿轮箱，发电机部件组成。随着机组容量不断增大，传动链扭振振动的阻尼越来越低，因此机组在运行过程中，传动链模态极易受到激发，使传动链转矩在传动链一阶模态频率上发生剧烈波动，对机组各部件造成严重损害。
3.已有的转矩控制技术主要是转矩速度控制，为了使转矩速度控制环稳定，并具备较好的时域和频域特性，常采用传动链加阻，进而增大传动链的阻尼。如图1所示，已有的转矩控制技术为：对测量的发电机转速ω
gen
进行低通、带阻等滤波处理，再与转速参考点ω
ref
(低风速段转速参考点设置为最小稳态转速，高风速段转速参考点设置为额定转速)进行减法计算，得到转速误差，将转速误差作为转矩速度pid控制器的输入，经过pid控制器计算得到转矩中间值t
pid
。另外对测量的发电机转速ω
gen
进行带通、带阻滤波处理后，再乘以加阻增益系数及相位补偿计算得到传动链加阻转矩值t
damp
；转矩中间值t
pid
与传动链加阻转矩值t
damp
叠加得到转矩指令值t
ref
，输送至转矩执行机构，转矩执行机构根据输入转矩指令值t
ref
进行励磁控制。
4.另外，也有申请公开号cn201610761512.9的发明专利采用增大传动链阻尼的方法，来抑制传动链振动。申请公开号cn201610872961.0的发明专利采用风机的角加速度数据提取风机传动链扭转振动频率。申请公开号cn201510013213.2的发明专利通过实施动态调整阻尼转矩参数来抑制传动链振荡。
5.上述现有的控制算法中对传动链加阻技术均有所研究，在一定程度上可以起到加阻效果，但是在更换齿轮箱大部件或者由载荷因素影响引起传动链模态频率偏移等情况下，仍沿用以前设定的加阻方式，加阻装置未起作用，未对加阻效果不理想或传动链模态频率识别异常等造成传动链扭振采取保护措施，甚至把异常频率提取出来经过传动链加阻模块计算后与转矩速度pid模块输出指令叠加，有可能造成传动链严重扭振，从而会对机组造成极大的危害。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种避免传动链扭振的风力发电机组传动链扭振保护方法及系统。
7.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
8.一种风力发电机组传动链扭振保护方法，包括步骤：
9.1)获取传动链模态特征频率下的发电机转速分量；
10.2)对所述发电机转速分量进行逻辑运算，得到逻辑运算值；
11.3)将逻辑运算值与预设阈值进行比对；如逻辑运算值大于预设阈值，则启动传动链扭振保护模式。
12.作为上述技术方案的进一步改进：
13.的步骤2)中，所述逻辑运算为取绝对值或二次方，对应的逻辑运算值为发电机转速分量绝对值或发电机转速分量二次方值。
14.在步骤3)中，当逻辑运算值为发电机转速分量绝对值时，所述预设阈值包括第一阈值和第二阈值；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量绝对值在第一阈值范围内，不触发传动链扭振保护，机组进入正常运行模式；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量绝对值大于第一阈值且小于第二阈值，触发传动链扭振保护，进入轻度传动链扭振保护模式；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量绝对值大于第二阈值，则进入重度传动链扭振保护模式。
15.在步骤3)中，当逻辑运算值为发电机转速分量二次方值时，所述预设阈值为第三阈值和第四阈值；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量二次方在第三阈值范围内，不触发传动链扭振保护；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量二次方大于第三阈值且小于第四阈值时，触发传动链扭振保护，进入轻度传动链扭振保护模式；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量二次方大于第四阈值，则进入重度传动链扭振保护模式。
16.轻度传动链扭振保护模式则是对机组进行限功处理，使机组进入变转速区间运行；重度传动链扭振保护模式则是对机组进行停机处理。
17.在步骤1)中，采用二阶带通滤波器或三阶带通滤波器或更高阶带通滤波器对传动链模态特征频率下的发电机转速分量进行提取。
18.本发明还公开了一种风力发电机组传动链扭振保护系统，包括：
19.第一模块，用于获取传动链模态特征频率下的发电机转速分量；
20.第二模块，用于对所述发电机转速分量进行逻辑运算，得到逻辑运算值；
21.第三模块，用于将逻辑运算值与预设阈值进行比对；如逻辑运算值大于预设阈值，则启动传动链扭振保护模式。
22.本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风力发电机组传动链扭振保护方法的步骤。
23.本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风力发电机组传动链扭振保护方法的步骤。
24.与现有技术相比，本发明的优点在于：
25.本发明通过提取传动链模态特征频率下的发电机转速分量，能有效地识别传动链扭振，避免传动链模态特征频率未能精准识别而引起的传动链扭振，从而增强机组对传动链齿轮箱等大部件的保护性能，延长各部件的使用寿命。
26.本发明采用多模式对传动链模态特征频率下的发电机转速分量进行提取，能有效的识别传动链模态；采用多方式对提取的结果进行计算处理与多方式阈值判断组合进行传动链扭振保护设计，能有效识别传动链扭振现象，并对机组进行实时保护，提升了可靠性；另外也分不同的机制对传动链扭振现象进行保护逻辑设计。
附图说明
27.图1为现有技术中的转矩控制框图。
28.图2为本发明中的转矩控制系统方框结构图。
29.图3为本发明的传动链扭振保护逻辑图。
30.图4为本发明的传动链模态特征频率下发电机转速分量提取示意图。
31.图5为本发明的传动链扭振保护示意图。
具体实施方式
32.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
33.如图3所示，本实施例的风力发电机组传动链扭振保护方法，包括步骤：
34.1)获取传动链模态特征频率下的发电机转速分量；
35.2)对发电机转速分量进行逻辑运算，得到逻辑运算值；
36.3)将逻辑运算值与预设阈值进行比对；如逻辑运算值大于预设阈值，则启动传动链扭振保护模式。
37.本发明通过提取传动链模态特征频率下的发电机转速分量，能有效地识别传动链扭振，避免传动链模态特征频率未能精准识别而引起的传动链扭振，从而增强机组对传动链齿轮箱等大部件的保护性能；整体方法应用简便、通用性强。
38.在一具体实施例中，的步骤2)中，逻辑运算为取绝对值或二次方，对应的逻辑运算值为发电机转速分量绝对值或发电机转速分量二次方值。
39.在一具体实施例中，在步骤3)中，当逻辑运算值为发电机转速分量绝对值时，预设阈值包括第一阈值和第二阈值；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量绝对值在第一阈值范围内，不触发传动链扭振保护，机组进入正常运行模式；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量绝对值大于第一阈值且小于第二阈值，触发传动链扭振保护，进入轻度传动链扭振保护模式；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量绝对值大于第二阈值，则进入重度传动链扭振保护模式。
40.在一具体实施例中，在步骤3)中，当逻辑运算值为发电机转速分量二次方值时，预设阈值为第三阈值和第四阈值；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量二次方在第三阈值范围内，不触发传动链扭振保护；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量二次方大于第三阈值且小于第四阈值时，触发传动链扭振保护，进入轻度传动链扭振保护模式；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量二次方大于第四阈值，则进入重度传动链扭振保护模式。
41.在一具体实施例中，轻度传动链扭振保护模式则是对机组进行限功处理，使机组进入变转速区间运行；重度传动链扭振保护模式则是对机组进行停机处理。
42.在一具体实施例中，在步骤1)中，采用二阶带通滤波器或三阶带通滤波器或更高阶带通滤波器对传动链模态特征频率下的发电机转速分量进行提取。
43.本发明采用多模式对传动链模态特征频率下的发电机转速分量进行提取，能有效的识别传动链模态；采用多方式对提取的结果进行计算处理与多方式阈值判断组合进行传动链扭振保护设计，能有效识别传动链扭振现象，并对机组进行实时保护，提升了可靠性；另外也分不同的机制对传动链扭振现象进行保护逻辑设计。
44.本发明还公开了一种风力发电机组传动链扭振保护系统，包括：
45.第一模块，用于获取传动链模态特征频率下的发电机转速分量；
46.第二模块，用于对发电机转速分量进行逻辑运算，得到逻辑运算值；
47.第三模块，用于将逻辑运算值与预设阈值进行比对；如逻辑运算值大于预设阈值，则启动传动链扭振保护模式。
48.本发明的保护系统，用于执行如上所述的方法，同样具有如上方法所述的优点。
49.如图2所示，转矩控制系统由转速误差计算模块、转矩速度pid模块、传动链加阻模块、传动链模态特征频率下的发电机转速分量提取模块、计算处理模块、传动链扭振判断模块和传动链扭振保护模块组成；其中转速误差计算模块、转矩速度pid模块和传动链加阻模块的原理如图1所示，其中传动链模态特征频率下的发电机转速分量提取模块则用于提取传动链模态特征频率下的发电机转速分量；计算处理模块则用于对发电机转速分量进行逻辑运算，得到逻辑运算值；传动链扭振判断模块则用于将逻辑运算值与预设阈值进行比对；传动链扭振保护模块则根据比对结果采用轻度传动链扭振保护模式或重度传动链扭振保护模式。
50.下面根据示意图和具体实施方法对本发明作进一步完整说明。
51.如图3和图4所示，首先可采用二阶带通滤波器或三阶带通滤波器或高阶带通滤波器对传动链模态特征频率下的发电机转速分量进行提取，提取出的结果取绝对值，然后与第一阈值进行比较；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量绝对值在第一阈值范围内，不触发传动链扭振保护，机组进入正常运行模式；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量绝对值大于第一阈值小于第二阈值，触发传动链扭振保护，并且进入轻度传动链扭振保护模式；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量绝对值大于第二阈值，则进入重度传动链扭振保护模式。
52.当然，在其它实施例中，也可以对提取出的传动链模态特征频率下的发电机转速分量，进行二次方处理来进行阈值设置，传动链模态特征频率下的发电机转速分量二次方与第三阈值进行比较；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量二次方在第三阈值范围内，不触发传动链扭振保护；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量二次方大于第三阈值小于第四阈值，触发传动链扭振保护，并且进入轻度传动链扭振保护模式；若传动链模态特征频率下的发电机转速分量二次方大于第四阈值，则进入重度传动链扭振保护模式。
53.其中传动链扭振保护模式根据阈值判断分为轻度传动链扭振保护模式和重度传动链扭振保护模式，若触发轻度传动链扭振保护模式对机组进行限功处理，使机组进入变转速区间运行。若触发重度传动链扭振保护模式，则对机组进行停机处理。
54.本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风力发电机组传动链扭振保护方法的步骤。本发明进一步公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的风力发电机组传动链扭振保护方法的步骤。本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包
括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。
55.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。