一種雙饋風電機組傳動鏈高速軸扭矩的獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙饋風電機組傳動鏈高速軸扭矩的 獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙饋風電機組是國內(nèi)在運行的風電機組主流機型之一，根據(jù)已有報導，齒輪箱故 障在風機故障造成的機組停機維護中所占比重最大，為風場業(yè)主帶來極高的系統(tǒng)運行和維 護代價。高速軸是雙饋風電機組傳動鏈中容易發(fā)生故障的部件，而高速軸的失效又以疲勞 損傷為主，傳動鏈的疲勞分析和壽命評估需要檢測傳動軸扭矩。與橫向振動相比，扭轉(zhuǎn)振動 的表現(xiàn)形式并不明顯，使得因扭振造成的傳動鏈疲勞損傷具有較大的隱蔽性；另一方面，扭 振信號振幅小，信號微弱，提取和分析難度比較大，且由于實際機械結(jié)構(gòu)的復雜性，各種振 動相互關(guān)聯(lián)耦合，也導致扭振測量較為困難。隨著旋轉(zhuǎn)機械的大型化和高速化，傳動系統(tǒng)越 來越復雜，扭振問題也日益突出，成為影響機械安全運行的主要問題之一。目前國內(nèi)外對風 電機組傳動鏈扭振的研究著重于在線監(jiān)測、故障預防與診斷、疲勞損耗確定、扭振抑制與消 除等方面，其中傳動鏈高速軸扭振測量是最基本也是最主要的內(nèi)容。
[0003] 現(xiàn)有的風電機組傳動鏈高速軸扭振測量方法主要有直接測量法和間接估算法兩 種，直接測量法又可以分為接觸測量法與非接觸測量法。接觸式測量法利用安裝在被測軸 上的傳感器來獲取轉(zhuǎn)軸的原始扭振信息，該方法需要將傳感器安裝在轉(zhuǎn)軸上，測量信號經(jīng) 過電滑環(huán)或無線電方式傳給接收端進行信號處理，較為典型的應用是在軸上粘貼應變片或 在軸上沿軸截面切向安裝壓電式加速度計。該方法的優(yōu)點是具有較高的靈敏度和較寬的頻 響范圍，不足之處在于需要在被測軸上安裝傳感器，增設(shè)傳感器降低了集成度，而且會降低 可靠性，信號傳輸需要借助于滑環(huán)裝置，此外傳感器安裝位置可能受限，甚至會破壞軸的原 有結(jié)構(gòu)；對于大型風電機組，傳動軸直徑很大，會導致傳感器線速度較大，會降低傳感器壽 命、增加測量誤差，且對傳感器的維護及信號傳輸要求很高。非接觸測量法按測量原理可分 為：測齒法、激光測扭法等，其中測齒法又可以分為相位差法、頻率計數(shù)法和脈沖時序計數(shù) 法。測齒法主要是借助于安裝在被測軸上的碼盤、齒輪或其它等分結(jié)構(gòu)在非接觸式傳感器 上感應出脈沖序列，對于測齒法，軸上等分結(jié)構(gòu)的分度誤差直接影響著測量精度，當分度誤 差很大時就會產(chǎn)生嚴重失真，所以必須對采集到的數(shù)據(jù)進行分度誤差補償才能計算出正確 的扭振信息。
[0004] 間接估算法不直接測量扭矩，已有文獻提出根據(jù)扭矩逆模型估算傳動軸扭矩的方 法，該文獻提出的方法需要借助于發(fā)電機轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、風輪轉(zhuǎn)速以及傳動系統(tǒng)參數(shù)（剛 度系數(shù)和阻尼系數(shù)），其中電磁轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)電流傳感器和電壓傳感器測量得到的電信號 計算得到，發(fā)電機轉(zhuǎn)速也容易測得，而傳動系統(tǒng)參數(shù)不容易準確獲取，此外由于該測定方法 依賴于傳動系統(tǒng)完整的模型，模型的準確性以及測量的準確性都會對估算結(jié)果造成誤差， 該文獻提出的逆模型估算方法無法保證其在電網(wǎng)故障下準確的估算扭矩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種雙饋風電機組傳動鏈高速軸扭矩 的獲取方法，該方法收斂快、計算準確、可靠性高，適用于電網(wǎng)故障下的扭矩確定，不依賴于 傳動系統(tǒng)完整的數(shù)學模型，因此自適應能力更強。
[0006] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種雙饋風電機組傳動鏈高速軸扭矩的獲取方法，所述方法包括以下 步驟：
[0008] 步驟1 :獲取雙饋風電機組的電磁轉(zhuǎn)矩；
[0009] 步驟2 :獲取雙饋風電機組的高速軸扭矩。
[0010] 所述步驟1包括以下步驟：
[0011] 步驟1-1 :獲取雙饋風電機組的三相定子電壓、三相定子電流以及雙饋風電機組 的實際轉(zhuǎn)速；
[0012] 步驟1-2 :對獲取的雙饋風電機組的三相定子電壓、三相定子電流進行信號調(diào)理 和AD轉(zhuǎn)換；
[0013] 步驟1-3 :計算雙饋風電機組的電磁轉(zhuǎn)矩。
[0014] 所述步驟1-1中，分別通過電壓傳感器和電流傳感器獲取雙饋風電機組的三相定 子電壓、三相定子電流，并通過轉(zhuǎn)速編碼器獲取雙饋風電機組高速軸的實際轉(zhuǎn)速《 g。
[0015] 所述步驟1-2中，通過第一信號調(diào)理電路和第一 A/D轉(zhuǎn)換電路對雙饋風電機組的 三相定子電壓進行信號調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換，得到經(jīng)過信號調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后的雙饋風電機組 的三相定子電壓u as、ubs、ues;并通過第二信號調(diào)理電路和第二A/D轉(zhuǎn)換電路對雙饋風電機 組的三相定子電流進行信號調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換，得到經(jīng)過信號調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后的雙饋風電 機組的三相定子電流i as、ibs、ics。
[0016] 所述步驟1-3中，雙饋風電機組的電磁轉(zhuǎn)矩用Tg表示，有：
[0018] 其中，？3表示雙饋風電機組的定子有功功率，co s表示雙饋風電機組高速軸的同步 轉(zhuǎn)速，分別表不為：
[0021] 其中，fs表示電網(wǎng)的頻率，p "表示雙饋風電機組的極對數(shù)。
[0022] 所述步驟2中，雙饋風電機組的高速軸估算轉(zhuǎn)速用< 表示，有：
[0024] 其中，F(xiàn)/表示雙饋風電機組的高速軸扭矩，Tg表示雙饋風電機組的電磁轉(zhuǎn)矩，J g表 示雙饋風電機組的轉(zhuǎn)動慣量，s表示拉普拉斯算子；
[0025] 雙饋風電機組的高速軸扭矩1；°與雙饋風電機組的高速軸估算轉(zhuǎn)速< 之間同時滿 足：
[0029] 其中，kp和k j別表示PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0031] 本發(fā)明提供一種雙饋風電機組傳動鏈高速軸扭矩的獲取方法，通過獲取雙饋風電 機組的電磁轉(zhuǎn)矩進而獲取雙饋風電機組的高速軸扭矩，不需要增設(shè)扭矩測量傳感器，且不 依賴于傳動系統(tǒng)數(shù)學模型和傳動系統(tǒng)參數(shù)的自適應反饋校正，提高了扭矩精度、且適應電 網(wǎng)故障情況下的扭矩確定，收斂快、計算準確、可靠性高。
【附圖說明】
[0032] 圖1是本發(fā)明實施例中雙饋風電機組傳動鏈高速軸扭矩的獲取方法流程圖；
[0033] 圖2是本發(fā)明實施例中通過波特分析得到雙饋風電機組傳動鏈高速軸扭矩的幅 頻響應示意圖；
[0034] 圖3是本發(fā)明實施例中通過波特分析得到雙饋風電機組傳動鏈高速軸扭矩的相 頻響應示意圖；
[0035] 圖4是本發(fā)明實施例中雙饋風電機組傳動鏈高速軸扭矩的獲取方法仿真驗證示 意圖；
[0036] 圖5是本發(fā)明實施例中雙饋風電機組故障期間仿真驗證結(jié)果示意圖；
[0037] 圖6是本發(fā)明實施例中雙饋風電機組穩(wěn)態(tài)運行時仿真驗證結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0039] 本發(fā)明提供一種雙饋風電機組傳動鏈高速軸扭矩的獲取方法，所述方法包括以下 步驟：
[0040] 步驟1 :獲取雙饋風電機組的電磁轉(zhuǎn)矩；
[0041] 步驟2 :獲取雙饋風電機組的高速軸扭矩。
[0042] 所述步驟1包括以下步驟：
[0