一种永磁发电机组多倍频噪音的消除方法与流程

1.本发明属于永磁发电机组技术领域，具体涉及一种永磁发电机组多倍频噪音的消除方法。


背景技术：

2.随着风电机组容量不断增加，双馈风力发电机组齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，使得没有齿轮箱的低速永磁直驱风力发电系统应运而生。但随着发电机功率越来越大，发电机极对数也越来越多，发电机绕组产生的径向力无法完全抵消，从而导致发电机存在轻微振动。当发电机与机舱、塔筒、变流器形成一个系统后，在特定功率下会呈现振动和噪音特别大的情况，严重影响风力发电机组的安全运行。
3.进一步的，经测试发现某低速永磁发电机组并网运行过程中在1100kw、1700kw、2100kw等功率段会出现较大的多倍频（主要是6倍频及其整数倍倍频）噪音，而机组空转时未出现多倍频噪音。经检测该多倍频噪音是从发电机发出，经机舱和塔筒放大后形成的。电机的噪音源主要有电磁噪声、机械噪声和通风噪声，由于空转时未出现多倍频噪音，进而排除机械和通风噪声的影响；电机在运行过程中存在基波磁场和一系列谐波磁场，这些磁场相互作用，不仅会产生电磁转矩，还会产生随空间和时间变化的径向电磁力，这些电磁力作用在定子铁心上使铁心产生径向形变，引起电机的振动和噪音。理论上解决这种振动和噪音的问题都是从电机入手进行有限元建模分析，但是这种方法非常复杂，对模型的准确性要求很高另外，为了有效降低噪音，公开号为cn107070368a的文献公开了一种电机主动降噪方法及系统，其包括依据变流器的供电参数、变流器供电的电机参数与该参数条件下产生的电机噪音建立谐波与电机噪音之间的对应关系；获取变流器给电机供电时的当前供电参数及当前电机参数；根据当前供电参数、当前电机参数及对应关系确定当前产生噪音的谐波；对变流器进行pwm消谐控制以消除当前产生噪音的谐波。在对电机控制过程中，该技术能够根据当前供电参数及当前电机参数从预先建立的对应关系中确定当前产生噪声的谐波，然后通过对变流器进行pwm消谐控制，来有目地对该谐波进行定向精准的消除，主动降低变流器谐波对电机噪音的影响，实现了主动降噪，降噪效果好。但实际上，该技术中电机的多倍频振动和噪音主要是由多倍频电磁力波产生，电磁力波分为切向和径向，可以通过理论分析建立谐波与切向电磁力波的关系（如公开号为cn107070368a的文献中所述），但是径向电磁力波无法建立与谐波的关系，通常采用有限元仿真的方法得到径向电磁力波，但这种方法非常复杂，仿真与实际误差仍然有待进一步验证，即其效果仍然是不明确的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种永磁发电机组多倍频噪音的消除方法，该方法通过变流器开环注入谐波的方式能够针对性地消除多倍频噪音，从而保障机组的安全运行。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种永磁发电机组多倍频噪音的消除方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：使用噪音频谱仪测定机组运行过程中的噪音频谱，确定出存在多倍频噪音的特定功率点；步骤2：使用开环试凑法确定出各特定功率点待注入谐波的最优幅值和最优相位角；步骤3：根据各特定功率点的待注入谐波的最优幅值和最优相位角制作最优谐波注入表；步骤4：在有功电流环给定的基础上，根据最优谐波注入表以变流器开环的方式向各特定功率点平滑注入谐波，同时采用插值查表的方式向非特征功率点平滑注入谐波，注入完成后实现多倍频噪音的消除。
6.所述的多倍频噪音是指6倍频噪音及其整数倍的倍频噪音。
7.步骤1中在机组一层平台或发电机处进行噪音频谱的测定。
8.步骤1中的特定功率点包括1100kw、1700kw、2300kw、2900kw和3200kw。
9.步骤2中使用开环试凑法确定待注入谐波的最优幅值和最优相位角的方法为：s1：设定待注入谐波的初始幅值，不断改变待注入谐波的相位角，根据噪音频谱仪中多倍频噪音的幅值情况确定出最优相位角；s2：固定待注入谐波的最优相位角，不断改变待注入谐波的幅值，根据噪音频谱仪中多倍频噪音的频谱幅值情况确定出最优幅值。
10.步骤s1中的最优相位角对应于噪音频谱仪中多倍频噪音幅值降低最大的值。
11.步骤s2中的最优幅值对应于噪音频谱仪中多倍频噪音频谱幅值降低最大的值。
12.步骤3中使用谐波注入模块存储最优谐波注入表，步骤4中通过谐波注入模块注入最优谐波注入表中最优幅值和最优相位角。
13.采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：1、本发明所述的多倍频噪音消除方法需要预先检测出存在多倍频噪音的特定功率点，再针对性地确定出这些特定功率点所需要的待注入谐波的最优幅值和最优相位角，再采用开环注入谐波的方法消除机组噪音，简单且效果显著，更有利于工程应用。相对于现有技术而言，本发明的多倍频噪音消除方法简单可靠，且成本更低，有效地保障了机组的安全运行。另外，本发明消除每个发电机组的多倍频噪音所需要的待注入谐波是不同的，均是根据实际检测结果进行消除，针对性更强，准确性更高，因而消除效果也就更好。
14.2、本发明已成功应用于某3.2mw直驱永磁同步发电机组，消除效果很好，该发明可以为其他永磁电机行业噪音问题提供借鉴意义（比如新能源电动汽车行业噪音问题）。
附图说明
15.图1 为本发明的流程图；图2 为本发明中变流器的控制框图；图3为本发明中谐波注入模块框图。
具体实施方式
16.实施例1本实施例公开了一种永磁发电机组多倍频噪音的消除方法，所述的多倍频噪音是指6倍频噪音及其整数倍的倍频噪音，例如6倍频噪音、12倍频噪音、18倍频噪音等。其中，该方法特别适用于6倍频噪音的消除，可针对每一个发电机组实际存在6倍频噪音的特定功率点针对性地注入最优谐波进行消除，不仅消除方法简单可靠，且成本更低，有效地保障了机组的安全运行。
17.下面以消除6倍频噪音为例对本实施例进行详细说明，如图1所示，所述的消除方法包括以下步骤：步骤1：在机组一层平台或发电机处使用噪音频谱仪测定机组运行过程中的噪音频谱，根据测定的噪音频谱确定出存在6倍频噪音的特定功率点。通常的，特定功率点包括1100kw、1700kw、2300kw、2900kw和3200kw。
18.步骤2：确定出存在6倍频噪音的特定功率点后，使用开环试凑法确定出各特定功率点待注入谐波的最优幅值和最优相位角。由于6倍频噪音存在的位置不同，因而确定出的各特定功率点的待注入谐波的最优幅值和最优相位角通常也不相同。
19.其中，使用开环试凑法确定待注入谐波的最优幅值和最优相位角的方法为：s1：设定待注入谐波的初始幅值，不断改变待注入谐波的相位角，根据噪音频谱仪中6倍频噪音的幅值情况确定出最优相位角，该最优相位角对应于噪音频谱仪中6倍频噪音幅值降低最大的值。
20.s2：固定待注入谐波的最优相位角，不断改变待注入谐波的幅值，根据噪音频谱仪中6倍频噪音的频谱幅值情况确定出最优幅值，该最优幅值对应于噪音频谱仪中6倍频噪音频谱幅值降低最大的值。
21.步骤3：根据各特定功率点的待注入谐波的最优幅值和最优相位角制作最优谐波注入表。优选的，可设置一谐波注入模块，并使用该谐波注入模块存储最优谐波注入表。
22.步骤4：在有功电流环给定的基础上，根据最优谐波注入表以变流器开环的方式向各特定功率点平滑注入谐波，同时采用插值查表的方式向非特征功率点平滑注入谐波，所述的插值查表是指在最优谐波注入表查找合适的谐波值并插入对应的非特定功率点。注入完成后实现多倍频噪音的消除。由于最优谐波注入表存储谐波注入模块中，因此优选通过谐波注入模块注入最优谐波注入表中最优幅值和最优相位角。
23.本方案通过变流器开环注入谐波的方法消除6倍频噪音，简单方便，成本低；由电机理论知识可得，5次和7次谐波产生的转矩波动次数相同，均为6次；5次和7次谐波对于磁场的影响是类似的，本方案通过在有功电流环给定的基础上加入5次谐波电流，用开环试凑的方法找到最优幅值和最优相位角，进而消除机组6倍频噪音。
24.另外，针对变流器开环注入谐波，变流器控制系统是基于转子磁链d轴定向，id为无功电流，用于改变磁场大小；iq为有功电流，用于改变转矩大小；整个变流器控制框图如图2所示；正常并网发电时，机侧变流器实现功率外环和电流内环控制，在实时跟踪给定发电功率控制的前提下，实现无速度传感器矢量控制和定子电流的最优控制；网侧变流器实现直流电压外环和桥臂并网电流的内环控制，在恒定直流支撑电压等于设定值的前提下，实现桥臂d、q轴正序电流和负序电流的解耦控制和电网电压的前馈控制，实时保证并网电
流三相对称控制。本谐波注入方案是在有功电流环给定的基础上实时叠加谐波注入模块的输出电流，谐波注入模块控制框图如图3所示。
25.实施例2本实施例将实施例1所述方法在国家张北试验基地某台3.2mw低速永磁发电机组中进行了实际应用，具体步骤如下：（1）使用噪音频谱测试仪在塔筒一层平台实时监测塔筒内噪音频谱，测定出1100kw、1700kw、2300kw、2900kw和3200kw这些特定功率点存在6倍频噪音。
26.（2）本实施例以1100kw为例进行说明，正常运行到1100kw时，噪音频谱仪测得的6倍频噪音的幅值为1.8mpa；启用谐波注入算法，先设定待注入谐波的初始幅值为10a，不断改变相位角，发现140度相位角时6倍频噪音的幅值降低最大；此时确定140度相位角为最优相位角。再将相位角固定到140度，从10-50a不断改变待注入谐波的幅值，发现30a时6倍频噪音的频谱幅值降低效果最明显，降至0.28mpa；从而确定该特定功率点的最优幅值和最优相位角分别为30a和140度。
27.（3）在其他特定功率点按照步骤2的方法测试并记录最优幅值和最优相位角，如下表1所示，表1 各个特定功率点开环谐波注入的最优幅值和最优相位角（4）测试发现，在其他非特定功率点，加入较小的谐波电流对机组噪音无影响，在其他非特定功率点采用查表插值的方式平滑注入谐波，从而实现全功率段谐波注入的平稳过渡。
28.（5）全功率段启用谐波注入算法，噪音频谱仪实时监测噪音频谱，发现全功率段噪音频谱6倍频噪音都在很小的范围，如下表2所示，表2 各个特定功率点是否注入最优幅值和最优相位角的比对结果综上所述，本发明能够以简单可靠、成本更低的方式针对性地消除发电机组实际存在的多倍频噪音，有效地保障了机组的安全运行。
29.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。