一种风力发电机组塔架振动控制方法

摘要

本发明公开了一种风力发电机组塔架振动控制方法，实时采集电机转速数据和利用机舱振动传感器采集振动数据，将采集到的振动信号转变为振动信号峰峰值，当振动信号峰峰值超出设定的报警值时，触发振动报警并进行实时频谱特性分析，得到实时频谱特性谱和此时的风轮转速值，将预先得到的整机振动频率特征中的该风轮转速值对应的整机振动频率点和实时频谱特性谱中此频率下的能量集中度进行对比，分析振动原因并根据不同的原因对应进行减振处理。本发明的风力发电机组塔架振动控制方法是通过谱分析算法，区分引起整机振动的原因，从而控制风力发电机的机舱振动保证整机安全，并减小因振动引起的停机次数，提高风机可利用率。

主权项

一种风力发电机组塔架振动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)实时采集电机转速数据和利用机舱振动传感器采集振动数据并进行存储；(2)将采集到的振动信号转变为振动信号峰峰值，当振动信号峰峰值超出设定的报警值时，触发振动报警并进行实时频谱特性分析；(3)实时频谱特性分析：对采集的设定时间段内的电机转速数据进行功率谱分析，得到实时频谱特性谱和此时的风轮转速值，将预先得到的整机振动频率特征中的该风轮转速值对应的整机振动频率点和实时频谱特性谱中此频率下的能量集中度进行对比，如果实时频谱设定固有频率段的能量集中度超过设定值，则判断为是由于激励源频率与机组固有频率重合所致，反之则判断为是外部激励过大导致振动过大；确定整机振动频率特征的过程如下：采集风机试运行时的机舱振动的频谱特性数据，确定风机塔架振动的固有频率；采集试运行时电机的转速数据，经频谱分析确定传动链上的模态频率及随风轮转速变化的激励源频率；机舱振动的频谱特性和电机转速的频谱特性即为整机振动频率特征，由整机振动频率特征区别出机组固有振动频率以及随风轮转速变化的激励源频率，取出在不同风轮转速下对应的一组机组固有频率的频率数值和在对应频率数值下的能量集中度，将其作为振动控制中判断振动类型的标准依据；(4)当由于外部激励频率和机组固有频率重合引起整机振动时，通过转矩调整或变桨调整，使发电机转速减小，以达到激励频率脱离部件固有频率的目的；当由于外部激励过大引起机组振动时，通过主动减小转矩或者主动调整桨距角来减载荷使振动量回到正常水平；所述步骤(2)中的信号峰峰值为波动信号波峰与波谷之间的距离，将采集到的振动信号转变为振动信号峰峰值的过程如下：首先滤除振动信号的直流分量，保留振动信号的交流分量，再求取信号峰峰值：分别记录采集到的信号的波峰值和波谷值，每个采样周期中，若采集的信号值大于之前记录的波峰值，则将该周期中的信号值替换之前的波峰值；若小于波谷值则该周期中的信号值替换之前的波谷值；反之，如果之前采集到的信号的波峰值和波谷值没被新数据替换，则以指数规律衰减，衰减速度依赖于设置的时间常数T1，本采样周期的信号值根据如下公式计算，其中τ为系统采样时间；A_k及A_k‑1分别为本采样周期的信号值和上一采样周期的信号值；$A_k=A_{k-1}\times \frac{T1-\tau }{T1}$振动信号峰峰值即为当前时刻波峰值与波谷值的差值；步骤(3)中电机转速的频谱特性是将转速数据进行自功率谱变换得到，电机转速自功率谱为电机转速信号的自相关函数的傅里叶变换，自相关函数如下：$R_x\left(k\right)=\underset{k=0}{\overset{\infty }{\Sigma }}x\left(k\right)x(k+n)$其中：x(k)为样本函数，x(k+n)为从k移到n后的样本，k为时移量；对自相关函数用FFT算法进行快速傅里叶变换即为电机转速信号的频谱特性。