一种海上风电机组塔架横向主动加阻方法技术

本发明专利技术公开了一种海上风电机组塔架横向主动加阻方法，包括如下步骤：S1、获取机组实时侧向加速度信号；S2、通过加速度信号积分处理得到额外转矩以及额外桨距角；S3、通过额外转矩及额外桨距角分别作为机组控制器及变桨执行机构的控制信号进行调节；通过额外转矩以及额外桨距角实现塔架侧向主动加阻，无需增加物料成本，减小塔架侧向的振动，整体降低塔架的疲劳载荷，能够大大的优化塔架以及基础的施工量；通过对塔架侧向振动加速度的检测，在原有转矩控制环与变桨控制环中引入塔架主动阻尼控制环，以实现增加塔架一阶前后模态阻尼、塔架主动阻尼控制技术是可行的，具有实际推广应用价值。用价值。用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电机组塔架横向主动加阻方法


[0001]本专利技术涉及海上风电领域，尤其涉及一种海上风电机组塔架横向主动加阻方法。

技术介绍

[0002]我国风电技术的飞速发展，根据预测未来我国新能源发电量将达到48％，其中风电占比21％，海上风电将在新能源发展历程中成为重要的贡献者，海上风电也将不断向深远海海域迈进。目前常用的海上基础型式为单桩、导管架以及高桩承台等，其中单桩型式由于其造价以及施工优势，是目前最为常用的基础型式。而随着水深的不断增大，单桩基础的频率越来越小，塔架的振动加剧，塔架的疲劳将会成为设计的瓶颈。在水深较深的场景，此时波浪的载荷效应与气动效应等级差不多，甚至更高由波浪主导，由于机组能实时偏航对风，气动载荷主要是在前后方向。但是海上波浪与风经常出现不同向的场景，这会导致机组侧向经常受到较大的波浪载荷，而机组侧向本身阻尼较小，导致侧向会有很大的振动，导致疲劳剧烈增大，限制整机以及塔架的设计。
[0003]例如，一种在中国专利文献上公开的“一种抑制风力发电机组塔架侧向振动的控制方法”，其公告号：CN108457797B，公开了测量加速度瞬时值、加速度瞬时值进行预处理、计算频域信号，并通过频域信号的峰值幅度所对应的频率值，获取塔架侧向固有频率瞬时值、对加速度瞬时值滤波处理，并通过积分反馈调节阻尼环路，叠加至转速
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转矩环路中，作为风力发电机组的控制信号，但是该方法仅考虑通过加速度信号作为控制信号。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中机组侧向受到较大载荷导致侧向很大振动造成疲劳剧烈增大的问题，本专利技术提供一种海上风电机组塔架横向主动加阻方法，在机组运行过程中主动进行塔架侧向加阻尼从而减小塔架侧向的振动，整体降低塔架的疲劳载荷。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种海上风电机组塔架横向主动加阻方法，包括如下步骤：
[0007]S1、获取机组实时侧向加速度信号；
[0008]S2、通过加速度信号积分处理得到额外转矩以及额外桨距角；
[0009]S3、通过额外转矩及额外桨距角分别作为机组控制器及变桨执行机构的控制信号进行调节。能够通过施加转矩及桨距角差值实现侧向加阻的目的，减小塔架侧向的振动，从而整体降低塔架的疲劳载荷。
[0010]作为优选的，S1中包括通过加速度采集仪器实时检测塔架顶部的侧向加速度信号。能够实时检测塔架顶部的侧向加速度信号。
[0011]作为优选的，S2中包括：
[0012]S21、对加速度信号预处理，修正异常数据，通过频域处理得到塔架的侧向固有频率实时值，低通滤波处理；能够减少异常数据对计算结果的影响，使得数据更符合塔架实时状态；
[0013]S22、通过积分反馈调节设计侧向振动阻尼回路，同时基于侧向加速度得到三桨叶桨距角的差值信号。能够减少噪声信号的影响并构建处侧向振动阻尼回路。
[0014]作为优选的，S21中包括首先对加速度异常点进行去峰处理，进行傅里叶频域变换得到塔架侧向的实时固有频率。能够减少随机值的不确定性影响。
[0015]作为优选的，S22中包括采用带通滤波器留下塔架固有频率成分，滤掉其他噪声信号；额外转矩与额外桨距角由加速度确定，通过积分器得到塔架顶部速度，再乘以合适的增益系数。带通滤波器能够在塔架频率点迅速衰减输入信号，从而达到阻碍塔架频率信号通过的作用。
[0016]作为优选的，通过系统状态空间方程或者传递函数求解增益函数。能够求解得主动阻尼控制器的最优增益参数。
[0017]作为优选的，S3中包括发电机给定扭矩上添加附加转矩，增大塔架侧向阻尼，同时通过独立变桨实现三桨距角差值，实现侧向加阻尼效果。从而实现增加塔架主动阻尼控制。
[0018]本专利技术具有如下优点：
[0019]通过施加转矩以及桨距角差值实现侧向加阻目的，获取机组实测侧向加速度信号，通过加速度积分信号得到额外转矩以及额外桨距角，基于控制器以及变桨机构完成额外增益的实现，从而实现塔架侧向主动加阻，无需增加物料成本，减小塔架侧向的振动，整体降低塔架的疲劳载荷，能够大大的优化塔架以及基础的施工量；通过对塔架侧向振动加速度的检测，在原有转矩控制环与变桨控制环中引入塔架主动阻尼控制环，以实现增加塔架一阶前后模态阻尼、塔架主动阻尼控制技术是可行的，具有实际推广应用价值。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0021]图1是本专利技术的方法原理图。
[0022]图2是本专利技术中塔架侧向转矩控制原理框图。
[0023]图3是本专利技术主动加阻后效果对比图。
具体实施方式
[0024]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]如图1所示，在一个较佳的实施例中，本专利技术公开了一种海上风电机组塔架横向主动加阻方法，包括如下步骤：
[0026]S1、获取机组实时侧向加速度信号；
[0027]首先安装高精度加速度采集仪器，得到实时侧向加速度信号，实时数据传入机组控制器中，测量测量塔架顶部加速度需选用有低频特性的加速度传感器，且精度、可靠性都要求较高，本方案选用PCH低频振动传感器。
[0028]S2、通过加速度信号积分处理得到额外转矩以及额外桨距角；S21、对加速度信号预处理，修正异常数据，通过频域处理得到塔架的侧向固有频率实时值，低通滤波处理；S22、通过积分反馈调节设计侧向振动阻尼回路，同时基于侧向加速度得到三桨叶桨距角的差值信号。由于振动中含有各种高频，需有选择的抑制可能引起共振的频率，通过带通滤波器留下塔架固有频率成分，滤掉其他噪声信号，减少其他频率的干扰。塔架滤波器采用带通滤波器，可以在塔架频率点迅速衰减输入信号，从而达到阻碍塔架频率信号通过的作用；额外转矩与额外桨距角由加速度、增益系数以及滤波信号确定，通过积分器得到塔架顶部速度，在乘以合适的增益系数，增益和滤波器参数的选择是主动阻尼控制器设计的关键，通过系统状态空间方程或者传递函数求解出最优增益参数。在转矩控制环中加入增益阻尼控制框图如图2所示，通过滤波器、转矩增益以及经典PID控制器实现主动阻尼控制器设计。在使用时，塔架侧向加速度积分得到作用增益，作用增益转换为附加转矩，同时基于侧向加速度得到三桨叶桨距角的差值信号。
[0029]S3、通过额外转矩及额外桨距角分别作为机组控制器及变桨执行机构的控制信号进行调节。额外转矩叠加到转速
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转矩控制反馈回路中，额外桨距角叠加到变桨控制环中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电机组塔架横向主动加阻方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取机组实时侧向加速度信号；S2、通过加速度信号积分处理得到额外转矩以及额外桨距角；S3、通过额外转矩及额外桨距角分别作为机组控制器及变桨执行机构的控制信号进行调节。2.根据权利要求1所述的一种海上风电机组塔架横向主动加阻方法，其特征在于，S1中包括通过加速度采集仪器实时检测塔架顶部的侧向加速度信号。3.根据权利要求1或2所述的一种海上风电机组塔架横向主动加阻方法，其特征在于，S2中包括：S21、对加速度信号预处理，修正异常数据，通过频域处理得到塔架的侧向固有频率实时值，低通滤波处理；S22、通过积分反馈调节设计侧向振动阻尼回路，同时基于侧向加速度得到三桨叶桨距角的差值信号。4.根据权利要求3所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，孙勇，王瑞良，陈前，杨思阳，葛君，
申请(专利权)人：浙江运达风电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：