[實用新型]風機塔架振動抑制系統和提高風機切出風速的控制系統

有效

• 申請號: 201320213598.3
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN203420825U
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 王明江
• 申請（專利權）人: 北京金風科創風電設備有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;F03D11/00
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 魯恭誠;郭鴻禧

技術領域

本實用新型屬于風力發電領域，涉及一種風機塔架振動抑制系統以及一種提高風機切出風速的控制系統。

背景技術

風力發電機（Wind?Turbine，MT，簡稱風機）在運行時，可能會導致風機塔架（也稱為塔筒）在與葉輪迎風方向垂直的方向（Side-side方向，也是就與風向垂直的方向）產生幅度比較大的一階固有頻率振動，并且可能會導致風機塔架在葉輪迎風方向（Fore-aft方向，也是風向）產生幅度比較大的一階固有頻率振動。

具體地，對于塔架Side-side方向，風機在以下階段運行時，會導致在機組塔架Side-side方向產生幅度比較大的一階固有頻率振動：

（1.1）在切入風速附近，機組處于并網發電模式且發電機轉速接近最小并網轉速條件下，由于塔架Side-side方向的一階固有頻率與發電機轉速的3倍頻相耦合，導致在塔架Side-side方向一階振動故障發生；

（1.2）在接近切出風速階段機組啟動過程到并網發電模式下，由于受風況限制，機組在較長的時間維持在最小并網轉速附近，同樣是由于塔架Side-side方向的一階固有頻率與發電機轉速的3倍頻相耦合，導致在塔架Side-side方向一階振動故障發生；

（1.3）在額定風速附近且風速平穩、湍流強度小的情況下，對于風機，由于塔架Side-side方向的一階固有頻率的氣動阻尼本身比較小，如果不采取任何抑制塔架Side-side方向的一階固有頻率振動的措施，首先在發電機轉速信號中會激勵出與塔架Side-side方向的一階固有頻率同頻率的信號，該頻率信號會相應出現在發電機電磁扭矩控制中，其結果是，塔架Side-side方向的一階固有頻率的氣動阻尼進一步減小，最終導致塔架Side-side方向的一階振動故障發生；

（1.4）對于提高機組切出風速的暴風控制策略方案，當風機運行風速高于常規的切出風速數值時，容易導致塔架Side-side方向的一階固有頻率振動故障發生。

為了避免和抑制風機在并網發電運行階段，塔架Side-side方向的一階固有頻率振動故障發生，目前在發電機轉速-電磁扭矩控制回路中串聯一個帶阻濾波器，該帶阻濾波器主要用于衰減發電機轉速信號中與塔架Side-side方向的一階固有頻率同頻率的信號強度，因此在發電機電磁扭矩控制命令中就不會再包含減小塔架Side-side方向的一階固有頻率氣動阻尼的波動扭矩動作。電磁扭矩控制不會再主動激勵塔架Side-side方向的一階固有頻率振動。

在發電機轉速-電磁扭矩控制回路中增加帶阻濾波器的技術方案，其缺點主要表現在以下四個方面：

（1.5）該方案只能對于風機運行在并網發電階段，同時發電機轉速信號中包含塔架Side-side方向的一階固有頻率同頻率信號所引起的振動起抑制作用，而對于風機運行在接近切出風速條件下啟動過程中，或者風機運行在風速高于常規切出風速的暴風控制階段時，但發電機轉速信號中并不包含塔架Side-side方向的一階固有頻率同頻率信號所引起的振動（即，前面所提及的情形（1.2）和（1.4））是無能為力。

（1.6）對于發電機轉速-電磁扭矩閉環控制回路來講，系統響應速度慢、超調大、動態特性差。

（1.7）由于需兼顧風機在發電機轉速-電磁扭矩控制回路動態響應方面的性能，因此帶阻濾波器在陷波幅度的選擇上不能太大，這導致在風機并網運行階段塔架Side-side方向的振動加速度仍然比較大。

（1.8）塔架Side-side方向的彎矩Mx的疲勞載荷比較大。

另外，對于塔架Fore-aft方向，風機在以下階段運行時，會導致在機組塔架Fore-aft方向產生幅度比較大的一階固有頻率振動：

（2.1）在切入風速附近，機組處于并網發電模式且發電機轉速接近最小并網轉速條件下，由于塔架Fore-aft方向的一階固有頻率與發電機轉速的3倍頻相耦合，導致塔架Fore-aft方向的一階振動故障發生；

（2.2）在接近切出風速階段機組啟動過程到并網發電模式下，由于受風況限制，機組在較長的時間維持在最小并網轉速附近，同樣是由于塔架Fore-aft方向的一階固有頻率與發電機轉速的3倍頻相耦合，導致塔架Fore-aft方向的一階振動故障發生；