一种海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法及系统与流程

    专利2025-08-04  34


    本发明主要涉及风电,具体涉及一种海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法及系统。


    背景技术:

    1、目前,单桩结构因其结构简单,施工方便等因素成为海上风电场的第一选择;在机组技术路线方面,因随着机型大型化趋势逐步走向以半直驱路线为主。

    2、现如今海上机组风轮直径的大型化越加明显,为了控制叶尖线速度在某一范围内,需要降低风轮额定转速,因此在确定整机允许的频率范围时,基于成本和设计维度方面,之前常控制在1pmax和3pmin之间的方法不适用,目前半直驱型风电机组整机控制允许的范围处于3pmin和3pmax之间,见图1,这必然会造成机组共振,故需在控制中采用共振穿越的策略来降低机组振动的影响,主控中需要设置共振穿越区间[a,b],通过整机频率计算确定范围。整机频率与整机的质量和刚度有关,受到机头、塔筒、单桩基础以及土壤约束影响。

    3、海上风电场在整个运行周期内,风电机组会受到各种的因素影响着机组的刚度和质量。如海洋环境条件下水汽多,湿度大,盐度高,腐蚀性强,机组基础和塔筒容易遭受腐蚀生锈,影响刚度和质量;海底水流作用,冲刷明显;运行中桩基与土壤的作用也会影响基础约束。

    4、海上单桩式半直驱型风电机组由于成本控制导致设计过程中机组整机频率偏低,通常与机组风轮3p频率有交点,为了避免机组与风轮频率产生共振,控制中常采用共振穿越的策略,而共振穿越区间[a,b]的确定是通过整机频率来计算的。众所周知,整机频率与整机的质量和刚度有关,受到机头、塔筒、单桩基础以及土壤约束影响。随着整个生命周期内机组的运行,机组的塔筒,基础等受到海洋环境的腐蚀导致刚度改变,机组基础地质也会受到海流的冲刷和地质土壤的桩基作用而变化,影响整机频率,使得主控中穿越区间发生变化,从而机组在避共振效果不好,增加机组的振动,导致机组无法稳定运行,降低机组寿命和损失机组发电量。


    技术实现思路

    1、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,本发明提供一种降低机组振动和机组载荷,提高机组寿命和发电量的海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法及系统。

    2、为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:

    3、一种海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法,包括步骤:

    4、获取海上风电机组的塔基时域载荷数据;

    5、将塔基时域载荷数据进行分组,并对各组的塔基时域载荷数据进行傅里叶变换,得到各组频域数据;

    6、获取各组频域数据中谱能量最高点所对应的频率值,并计算所有组中谱能量最高点所对应的频率值的平均值;

    7、将频率值的平均值与预设阈值进行比较,并根据比较结果调整共振穿越区间。

    8、优选地,根据比较结果调整共振穿越区间的具体过程为:

    9、如果频率值的平均值与预设阈值的差值变化幅度大于预设阈值,则根据共振穿越区间定义的规则置换原共振穿越区间。

    10、共振穿越区间定义的规则为:

    11、根据整机频率计算风轮对应的转速:ω风轮=2*pi*f*3,f为整机频率;

    12、根据风轮对应的转速ω风轮,设置风轮转速共振穿越区间[0.9ω风轮,1.1ω风轮]。

    13、根据风轮转速计算发电机转速:ω发电机=n*ω风轮,n为齿轮箱速比;

    14、根据发电机对应的转速ω发电机,设置发电机转速共振穿越区间[0.9ω发电机,1.1ω发电机]。

    15、优选地,所述预设阈值为0.8%-1.2%。

    16、优选地,将塔基时域载荷数据以60min为一组进行分组处理,即每天数据分成24组。

    17、本发明还公开了一种计算机程序产品,包括计算机程序,所述计算机程序被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。

    18、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方法的步骤。

    19、本发明还公开了一种海上风电机组的共振穿越区间动态调节系统,包括相互连接的存储器和处理器,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方法的步骤。

    20、与现有技术相比,本发明的优点在于:

    21、本发明通过实时塔基载荷数据获取机组整机频率,在整个生命周期内实时动态调整机组的共振穿越区间,将其运用于单桩式半直驱型风电机组的海上风电场,降低机组振动和机组载荷,提高机组寿命和发电量,还能保证机组平稳安全运行,增加风机运行效率,提高风场效益,实用性强。



    技术特征:

    1.一种海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法,其特征在于,包括步骤:

    2.根据权利要求1所述的海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法,其特征在于,根据比较结果调整共振穿越区间的具体过程为:

    3.根据权利要求2所述的海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法,其特征在于,共振穿越区间定义的规则具体为:

    4.根据权利要求3所述的海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法,其特征在于,还包括:根据风轮转速计算发电机转速:ω发电机=n*ω风轮,n为齿轮箱速比;

    5.根据权利要求1-4中任意一项所述的海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法,其特征在于,所述预设阈值为0.8%-1.2%。

    6.根据权利要求1-4中任意一项所述的海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法,其特征在于,将塔基时域载荷数据以60min为一组进行分组处理,即每天数据分成24组。

    7.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-6中任意一项所述方法的步骤。

    8.一种海上风电机组的共振穿越区间动态调节系统,包括相互连接的存储器和处理器,所述存储器上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-6中任意一项所述方法的步骤。


    技术总结
    本发明公开了一种海上风电机组的共振穿越区间动态调节方法及系统,方法包括步骤:获取海上风电机组的塔基时域载荷数据;将塔基时域载荷数据进行分组,并对各组的塔基时域载荷数据进行傅里叶变换,得到各组频域数据;获取各组频域数据中谱能量最高点所对应的频率值,并计算所有组中谱能量最高点所对应的频率值的平均值;将频率值的平均值与预设阈值进行比较,并根据比较结果调整共振穿越区间。本发明通过实时塔基载荷数据获取机组整机频率,再实时动态调整机组的共振穿越区间,降低机组振动和机组载荷,提高机组寿命和发电量,还能保证机组平稳安全运行,增加风机运行效率,提高风场效益,实用性强。

    技术研发人员:李友龙,王磊,龚佳辉,柳润玉,蒋红武,廖戡武,万能,王文斌,李小孟
    受保护的技术使用者:中车株洲电力机车研究所有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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