一種雙饋風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)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(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙饋風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸扭矩的 獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙饋風(fēng)電機(jī)組是國(guó)內(nèi)在運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組主流機(jī)型之一，根據(jù)已有報(bào)導(dǎo)，齒輪箱故 障在風(fēng)機(jī)故障造成的機(jī)組停機(jī)維護(hù)中所占比重最大，為風(fēng)場(chǎng)業(yè)主帶來極高的系統(tǒng)運(yùn)行和維 護(hù)代價(jià)。高速軸是雙饋風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)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(dòng)鏈的疲勞分析和壽命評(píng)估需要檢測(cè)傳動(dòng)軸扭矩。與橫向振動(dòng)相比，扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 的表現(xiàn)形式并不明顯，使得因扭振造成的傳動(dòng)鏈疲勞損傷具有較大的隱蔽性；另一方面，扭 振信號(hào)振幅小，信號(hào)微弱，提取和分析難度比較大，且由于實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，各種振 動(dòng)相互關(guān)聯(lián)耦合，也導(dǎo)致扭振測(cè)量較為困難。隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械的大型化和高速化，傳動(dòng)系統(tǒng)越 來越復(fù)雜，扭振問題也日益突出，成為影響機(jī)械安全運(yùn)行的主要問題之一。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng) 電機(jī)組傳動(dòng)鏈扭振的研究著重于在線監(jiān)測(cè)、故障預(yù)防與診斷、疲勞損耗確定、扭振抑制與消 除等方面，其中傳動(dòng)鏈高速軸扭振測(cè)量是最基本也是最主要的內(nèi)容。
[0003] 現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸扭振測(cè)量方法主要有直接測(cè)量法和間接估算法兩 種，直接測(cè)量法又可以分為接觸測(cè)量法與非接觸測(cè)量法。接觸式測(cè)量法利用安裝在被測(cè)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(cè)量信號(hào)經(jīng) 過電滑環(huán)或無線電方式傳給接收端進(jìn)行信號(hào)處理，較為典型的應(yīng)用是在軸上粘貼應(yīng)變片或 在軸上沿軸截面切向安裝壓電式加速度計(jì)。該方法的優(yōu)點(diǎn)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(cè)軸上安裝傳感器，增設(shè)傳感器降低了集成度，而且會(huì)降低 可靠性，信號(hào)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?xí)茐妮S的原 有結(jié)構(gòu)；對(duì)于大型風(fēng)電機(jī)組，傳動(dòng)軸直徑很大，會(huì)導(dǎo)致傳感器線速度較大，會(huì)降低傳感器壽 命、增加測(cè)量誤差，且對(duì)傳感器的維護(hù)及信號(hào)傳輸要求很高。非接觸測(cè)量法按測(cè)量原理可分 為：測(cè)齒法、激光測(cè)扭法等，其中測(cè)齒法又可以分為相位差法、頻率計(jì)數(shù)法和脈沖時(shí)序計(jì)數(shù) 法。測(cè)齒法主要是借助于安裝在被測(cè)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(yīng)出脈沖序列，對(duì)于測(cè)齒法，軸上等分結(jié)構(gòu)的分度誤差直接影響著測(cè)量精度，當(dāng)分度誤 差很大時(shí)就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重失真，所以必須對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分度誤差補(bǔ)償才能計(jì)算出正確 的扭振信息。
[0004] 間接估算法不直接測(cè)量扭矩，已有文獻(xiàn)提出根據(jù)扭矩逆模型估算傳動(dòng)軸扭矩的方 法，該文獻(xiàn)提出的方法需要借助于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速以及傳動(dòng)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(cè)量得到的電信號(hào) 計(jì)算得到，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也容易測(cè)得，而傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)不容易準(zhǔn)確獲取，此外由于該測(cè)定方法 依賴于傳動(dòng)系統(tǒng)完整的模型，模型的準(zhǔn)確性以及測(cè)量的準(zhǔn)確性都會(huì)對(duì)估算結(jié)果造成誤差， 該文獻(xiàn)提出的逆模型估算方法無法保證其在電網(wǎng)故障下準(zhǔn)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(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸扭矩 的獲取方法，該方法收斂快、計(jì)算準(zhǔn)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(dòng)系統(tǒng)完整的數(shù)學(xué)模型，因此自適應(yīng)能力更強(qiáng)。
[0006] 為了實(shí)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(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)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(fēng)電機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩；
[0009] 步驟2 :獲取雙饋風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組的三相定子電壓、三相定子電流以及雙饋風(fēng)電機(jī)組 的實(shí)際轉(zhuǎn)速；
[0012] 步驟1-2 :對(duì)獲取的雙饋風(fēng)電機(jī)組的三相定子電壓、三相定子電流進(jìn)行信號(hào)調(diào)理 和AD轉(zhuǎn)換；
[0013] 步驟1-3 :計(jì)算雙饋風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組高速軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速《 g。
[0015] 所述步驟1-2中，通過第一信號(hào)調(diào)理電路和第一 A/D轉(zhuǎn)換電路對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組的 三相定子電壓進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換，得到經(jīng)過信號(hào)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后的雙饋風(fēng)電機(jī)組 的三相定子電壓u as、ubs、ues;并通過第二信號(hào)調(diào)理電路和第二A/D轉(zhuǎn)換電路對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī) 組的三相定子電流進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換，得到經(jīng)過信號(hào)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后的雙饋風(fēng)電 機(jī)組的三相定子電流i as、ibs、ics。
[0016] 所述步驟1-3中，雙饋風(fēng)電機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩用Tg表示，有：
[0018] 其中，？3表示雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子有功功率，co s表示雙饋風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組的極對(duì)數(shù)。
[0022] 所述步驟2中，雙饋風(fēng)電機(jī)組的高速軸估算轉(zhuǎn)速用< 表示，有：
[0024] 其中，F(xiàn)/表示雙饋風(fēng)電機(jī)組的高速軸扭矩，Tg表示雙饋風(fēng)電機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩，J g表 示雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，s表示拉普拉斯算子；
[0025] 雙饋風(fēng)電機(jī)組的高速軸扭矩1；°與雙饋風(fēng)電機(jī)組的高速軸估算轉(zhuǎn)速< 之間同時(shí)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(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸扭矩的獲取方法，通過獲取雙饋風(fēng)電 機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)而獲取雙饋風(fēng)電機(jī)組的高速軸扭矩，不需要增設(shè)扭矩測(cè)量傳感器，且不 依賴于傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的自適應(yīng)反饋校正，提高了扭矩精度、且適應(yīng)電 網(wǎng)故障情況下的扭矩確定，收斂快、計(jì)算準(zhǔn)確、可靠性高。
【附圖說明】
[0032] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中雙饋風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸扭矩的獲取方法流程圖；
[0033] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中通過波特分析得到雙饋風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸扭矩的幅 頻響應(yīng)示意圖；
[0034] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中通過波特分析得到雙饋風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸扭矩的相 頻響應(yīng)示意圖；
[0035] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中雙饋風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈高速軸扭矩的獲取方法仿真驗(yàn)證示 意圖；
[0036] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中雙饋風(fēng)電機(jī)組故障期間仿真驗(yàn)證結(jié)果示意圖；
[0037] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中雙饋風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)仿真驗(yàn)證結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039] 本發(fā)明提供一種雙饋風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)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(fēng)電機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩；
[0041] 步驟2 :獲取雙饋風(fēng)電機(jī)組的高速軸扭矩。
[0042] 所述步驟1包括以下步驟：
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