一种风机塔架顶部振动保护方法与流程

本发明涉及风力发电，具体是一种风机塔架顶部振动保护方法。

背景技术：

1、风力发电机组运行于开放的环境中，为保护机组运行安全，在机组运行振动过大时，会触发振动保护停机，但是如何设置合理的振动保护逻辑、选取适宜的振动保护报警阈值显得尤为重要。同时，随着风力发电技术的发展以及市场的需求，风力发电机组容量越来越大，叶片越来越长，塔筒越来越高，加之国内风电开始平价上网，为降低机组成本，以应对风力发电平价上网挑战，整机轻量化设计成为必然发展趋势，亟需设置风机塔架顶部振动加速度保护参数和控制方法，避免过振动导致的倒塔等严重事故，实现风机安全、高效、可靠、稳定运行。

2、传统的设置风机塔架顶部振动加速度保护参数设定和控制方法，要么为了提高安全性，风机塔架顶部振动加速度保护阈值设置偏低，引起现场运行频繁报警停机；要么为了降低停机故障次数，风机塔架顶部振动加速度保护阈值设置偏高，增加了现场运行风险。因此，需要一种更加有效的风机塔架顶部振动加速度保护参数设定和控制方法。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种风机塔架顶部振动保护方法，解决现有技术存在的现场运行频繁报警停机或现场运行风险较大的问题。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种风机塔架顶部振动保护方法，包括以下步骤：

4、s1，模型构建：建立风机塔架顶部振动加速度a和风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩mi的数学模型；其中，i表示风机塔架的高度编号；

5、mi＝fi(hi，a) (1)

6、s2，最大许用值计算：依据风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩的许用设计极限值基于建立的风机塔架顶部振动加速度a和风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩mi的数学模型，计算出风机塔架顶部振动加速度最大许用值amax；

7、s3，振动加速度计算：监测风机塔架顶部振动加速度ameas，并计算出风机塔架需要保护的模态频率范围内的风机塔架顶部振动加速度实时值afilt；

8、s4，振动控制：将风机塔架顶部振动加速度最大许用值amax和风风机塔架需要保护的模态频率范围内的风机塔架顶部振动加速度实时值进行比较，若风机塔架需要保护的模态频率范围内的风机塔架顶部振动加速度实时值afilt超过风机塔架顶部振动加速度最大许用值amax，则执行停机。

9、作为一种优选的技术方案，在步骤s1中，采用对风机塔架顶部振动加速度进行二次积分，得到风机塔架顶部位移s：

10、s＝∫(∫a dt)dt (2)。

11、作为一种优选的技术方案，在步骤s1中，采用欧拉-伯努力悬臂梁模型作为风机塔架顶部位移s和风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩mi之间的关系，其中eiii表示风机塔架不同高度hi处的抗弯刚度：

12、

13、作为一种优选的技术方案，在步骤s1中，将公式(2)带入(3)，即得到了风机塔架顶部振动加速度a和风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩mi的数学模型

14、

15、作为一种优选的技术方案，步骤s2中，依据风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩的许用设计极限值带入(4)得到风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩的许用设计极限值对应的风机塔架顶部振动加速度不同塔架高度最大许用值

16、作为一种优选的技术方案，步骤s2中，根据(4)得到风机塔架顶部振动加速度不同塔架高度最大许用值再对所有取最小值得到风机塔架顶部振动加速度最大许用值amax：

17、

18、作为一种优选的技术方案，步骤s3中，实时监测风机塔架顶部振动加速度ameas。

19、作为一种优选的技术方案，步骤s3中，选择风机塔架需要保护的模态频率范围内滤波器，对实时监测风机塔架顶部振动加速度ameas进行滤波处理，得到风机塔架需要保护的模态频率范围内的风机塔架顶部振动加速度实时值afilt，

20、作为一种优选的技术方案，步骤s4中，执行停机包括以下步骤：

21、确定当前变桨收桨速率α，直至变桨当前角度到变桨安全角度βsafe。

22、作为一种优选的技术方案，步骤s4中，执行停机包括以下步骤：

23、确定当前电磁力矩t，直至电磁力矩降低到0。

24、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

25、本发明能保证机组运行安全的情况提高机组运行效率，降低故障误报警停机次数。

技术特征：

1.一种风机塔架顶部振动保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种风机塔架顶部振动保护方法，其特征在于，在步骤s1中，采用对风机塔架顶部振动加速度进行二次积分，得到风机塔架顶部位移s：

3.根据权利要求2所述的一种风机塔架顶部振动保护方法，其特征在于，在步骤s1中，采用欧拉-伯努力悬臂梁模型作为风机塔架顶部位移s和风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩mi之间的关系，其中eiii表示风机塔架不同高度hi处的抗弯刚度：

4.根据权利要求3所述的一种风机塔架顶部振动保护方法，其特征在于，在步骤s1中，将公式(2)带入(3)，即得到了风机塔架顶部振动加速度a和风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩mi的数学模型

5.根据权利要求4所述的一种风机塔架顶部振动保护方法，其特征在于，步骤s2中，依据风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩的许用设计极限值带入(4)得到风机塔架不同高度hi对应的截面弯矩的许用设计极限值对应的风机塔架顶部振动加速度不同塔架高度最大许用值

6.根据权利要求5所述的一种风机塔架顶部振动保护方法，其特征在于，步骤s2中，根据(4)得到风机塔架顶部振动加速度不同塔架高度最大许用值再对所有取最小值得到风机塔架顶部振动加速度最大许用值amax：

7.根据权利要求1所述的一种风机塔架顶部振动保护方法，其特征在于，步骤s3中，实时监测风机塔架顶部振动加速度ameas。

8.根据权利要求1所述的一种风机塔架顶部振动保护方法，其特征在于，步骤s3中，选择风机塔架需要保护的模态频率范围内滤波器，对实时监测风机塔架顶部振动加速度ameas进行滤波处理，得到风机塔架需要保护的模态频率范围内的风机塔架顶部振动加速度实时值afilt 。

9.根据权利要求1所述的一种风机塔架顶部振动保护方法，其特征在于，步骤s4中，执行停机包括以下步骤：

10.根据权利要求1所述的一种风机塔架顶部振动保护方法，其特征在于，步骤s4中，执行停机包括以下步骤：

技术总结本发明涉及风力发电技术领域，公开了一种风机塔架顶部振动保护方法，包括以下步骤：S1，模型构建；S2，最大许用值计算；S3，振动加速度计算；S4，振动控制。本发明解决了现有技术存在的现场运行频繁报警停机或现场运行风险较大的问题。技术研发人员：兰杰,王其君,龚学进,曹国豪,刘朝丰,王涛,任华彬,彭亭鑫,彭先伟受保护的技术使用者：东方电气风电股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9