一种考虑转速波动的漂浮式风电机组塔架振动控制方法、系统、设备及介质与流程

本发明属于风力发电，具体涉及一种考虑转速波动的漂浮式风电机组塔架振动控制方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、在能源安全问题和气候问题的双重推动下，以风能为代表的可再生能源迎来飞速发展。近年来，优质陆地风能资源和近海风能资源开发殆尽，深远海风能资源储量大、平均风速高，极具开发潜力，但开发程度不足。漂浮式风电机组是深远海风能利用的关键装备。在风-浪联合作用下，漂浮式风电机组所承受的载荷显著增大，严重影响了漂浮式风电机组的安全、可靠运行，阻碍了漂浮式风电机组的规模化应用速度。

2、最近的研究表明，在额定风速以上，以恒功率为目标的变桨控制与漂浮式风电机组的纵摇模态发生动力学耦合，为漂浮式风电机组的塔架及基础引入负气动阻尼，严重加剧了塔架和基础俯仰振动。漂浮式风电机组的塔架振动幅度远大于固定式风电机组，这种振动不仅影响了风电机组零部件的疲劳载荷，还可能带来倒塔风险。因此，降低塔架振动对漂浮式风电机组具有重要意义。

3、质量调谐阻尼器在建筑行业的结构振动抑制中已得到广泛应用，近年来被引入到漂浮式风电机组的塔架结构振动控制中。质量调谐阻尼器通常安装在机舱顶部或浮式平台，当塔架运动时，随之运动的质量调谐阻尼器发生振动产生惯性力反作用于塔架，从而抑制塔架运动幅度。然而，用于抑制塔架振动的质量调谐阻尼器需配备很大的质量块，安装困难且成本高，而且仅在设计频率处有很好的振动抑制效果，当频率失谐时控制效果急剧下降。于是，现有技术还通过对变桨控制的结构和参数进行改造，以期通过动态调节风轮推力提升漂浮式风电机组的塔架振动稳定性，主要包含减小变桨控制增益、机舱加速度反馈补偿、基础纵摇角速度反馈以及将变桨控制的转速设定值与基础纵摇角速度关联等方法。这些控制方法结构简单、成本低、易于工程实现，却均以牺牲转速为代价，为传动链、发电机及并网控制系统带来安全隐患。进一步地，现有技术还综合考虑转速和塔架振动设计了大量多目标控制策略，如模型预测控制、鲁棒控制、线性二次型控制、滑膜控制等。然而这些控制策略均高度依赖于漂浮式风电机组的模型或算法过于复杂，不便于工程实现。为此，有必要提出一种易于工程实现的考虑转速波动的漂浮式风电机组塔架振动控制策略。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种考虑转速波动的漂浮式风电机组塔架振动控制方法、系统、设备及介质，解决了现有漂浮式风电机组塔架振动控制方法存在的上述不足，本发明用于在不增大转速波动的前提下，有效降低漂浮式风电机组塔架振动幅度。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、本发明提供的一种考虑转速波动的漂浮式风电机组塔架振动控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1，获取目标风电机组对应的发电机转速信号、桨距角信号和塔顶前后位移信号，并设定塔顶向后运动时为正；

5、步骤2，计算得到塔架振动抑制的变桨控制环转速设定值补偿量；

6、步骤3，利用塔架振动抑制的变桨控制环转速设定值补偿量计算用于塔架振动抑制的变桨控制环对应的转速设定值；

7、步骤4，利用得到的转速设定值、发电机转速信号和实时桨距角，计算桨距角设定值；

8、步骤5，将得到的桨距角设定值输送至变桨执行器，由变桨执行器将叶片调节至指定角度。

9、优选地，在步骤2之前、步骤1之后，还包括将得到的发电机转速信号和塔顶前后位移信号进行滤波处理，得到滤波后的发电机转速信号和滤波后的塔顶位移信号。

10、优选地，步骤2中，计算得到塔架振动抑制的变桨控制环转速设定值补偿量，具体方法是：

11、利用滤波后的发电机转速信号计算发电机转速关于额定转速的相对偏移量；

12、利用滤波后的塔顶位移信号和发电机转速关于额定转速的相对偏移量，计算得到塔架振动抑制的变桨控制环转速设定值补偿量。

13、优选地，依据下式计算发电机转速关于额定转速的相对偏移量：

14、

15、其中，εω为发电机转速关于额定转速的相对偏移量；ωgrat为额定转速；ωgf为滤波后发电机转速信号。

16、优选地，依据下式计算得到塔架振动抑制的变桨控制环转速设定值补偿量：

17、δωg,top＝-k2*[1+k1*sgn(xtopf*εω)*|εω|]*xtopf

18、其中，δωg,top为变桨控制环转速设定值补偿量；εω为发电机转速关于额定转速的相对偏移量；xtopf为滤波后的塔顶位移信号；k2和k1均为正常数；sgn()为符号函数；||表示绝对值。

19、优选地，步骤3中，利用塔架振动抑制的变桨控制环转速设定值补偿量计算用于塔架振动抑制的变桨控制环对应的转速设定值，具体方法是：

20、对得到的变桨控制环转速设定值补偿量的变化范围进行限制，得到限制后的补偿量；

21、利用目标风电机组对应的额定转速和限制后的补偿量计算用于塔架振动抑制的变桨控制环对应的转速设定值。

22、优选地，步骤4中，利用得到的转速设定值、发电机转速信号和实时桨距角，结合基于主流的增益调度pi变桨控制算法计算得到桨距角设定值。

23、一种考虑转速波动的漂浮式风电机组塔架振动控制系统，包括：

24、数据获取单元，用于获取目标风电机组对应的发电机转速信号、桨距角信号和塔顶前后位移信号，并设定塔顶向后运动时为正；

25、转速设定值补偿量计算单元，用于计算得到塔架振动抑制的变桨控制环转速设定值补偿量；

26、转速设定值计算单元，用于利用塔架振动抑制的变桨控制环转速设定值补偿量计算用于塔架振动抑制的变桨控制环对应的转速设定值；

27、桨距角设定值计算单元，用于利用得到的转速设定值、发电机转速信号和实时桨距角，计算桨距角设定值；

28、控制单元，用于将得到的桨距角设定值输送至变桨执行器，由变桨执行器将叶片调节至指定角度。

29、一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以所述方法的步骤。

30、一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现根据所述方法的步骤。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、本发明提供的一种考虑转速波动的漂浮式风电机组塔架振动控制方法，不改变风电机组原有变桨控制系统结构，仅将变桨控制的转速设定值与塔架前后振动信号相关联，具体地，在塔架振动补偿通道引入了含转速相对偏移量的修正项，提高了转速和塔架振动稳定性，该方法可靠、成本低、易于工程实现；用于在不增大转速波动的前提下，有效降低漂浮式风电机组塔架振动幅度。

33、进一步的，对发电机转速进行低通滤波，为减小转速传感器高频噪声对控制器的影响，同时对塔顶前后位移信号以基础纵摇频率为中心频率进行带通滤波，一方面可减少塔架振动控制策略与原有变桨控制系统在低频区域相互干扰而影响转速稳定性，另一方面可有效避免塔顶前后位移信号中的高频分量使变桨速率急剧增大而引起变桨机构疲劳损坏。

34、所述策略。