CN107644112A - 一种双馈风力发电机轴系震荡抑制的改进控制策略 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双馈风力发电机轴系震荡抑制的改进控制策略。本发明基于包含机械传动***的双馈风力发电机数学模型，首先计算得出电网电压骤升下电磁转矩的理论表达式，并结合轴系两质量块的数学模型，对高电压故障造成轴系扭振的机理进行了分析；然后，提出一种在电磁转矩中补偿与扭矩微分量成正比的补偿转矩，增大两质量块模型阻尼的控制策略。通过求取速度环小信号模型的特征值，分析增加补偿转矩后***的稳定性和自由衰减的特性，并且引入扭矩观测器来提取需要叠加的补偿转矩。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种双馈风力发电机控制策略，尤其涉及一种双馈风力发电机轴系震荡抑制的改进控制策略。
背景技术
基于双馈感应发电机(doubly fed induction generator，DFIG)的风力发电机组是目前应用较为普遍的机型，同时也是对电网故障较为敏感的风电机组。其定子直接与外部电网相连，转子通过变流器与电网相连，变流器容量约为机组容量的20％～30％。当外部电网发生电压骤升故障时，机端电压造成转子冲击电流、直流母线过电压和转矩振荡等一系列暂态过程。目前风力发电机组高电压穿越标准主要关注于电网电压骤升时对双馈风力发电机组电磁暂态过程的影响，不同于电压跌落故障，高电压故障发生时，定子磁链和电磁转矩中稳态分量骤升，发电机转子的瞬间“刹车”，电压骤升恢复后电磁转矩又反向变化，使得电磁转矩和传动轴扭矩不匹配，造成柔性传动链的扭曲振荡。
风电机组的机械传动链由叶片、轮毂、低速轴、齿轮箱、高速轴、刹车、联轴器、发电机组成。随着单机容量的不断增加，传动链主要零部件的固有频率不断降低，柔性不断增加，导致电磁转矩波动时传动链更易发生扭曲振荡。传动轴反复的扭紧和松弛有可能导致齿轮和轴承接触面的划伤，裂纹，碎片剥落，甚至是断齿，断轴的故障，造成长时间的停机事故。因此，采取一定的措施来抑制高电压电压骤升恢复后轴系振荡，减小扭转载荷对齿轮箱造成的疲劳损害具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服轴系振荡、扭转载荷对齿轮箱造成的疲劳损害的难题，本发明提出一种双馈风力发电机轴系震荡抑制的改进控制策略。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明首先计算得出电网电压骤升下，相关模块的数学模型；然后提出增大两质量块模型阻尼的控制策略；最后引入扭矩观测器来提取需要叠加的补偿转矩。
一种双馈风力发电机轴系震荡抑制的改进控制策略，包括轴系振荡相关建模、基于附加阻尼补偿的控制策略和电磁转矩补偿量提取三个部分。
所述轴系振荡相关建模是在电网电压骤升情况下的建模，建立了风力机传动链两质量块模型；
所述基于附加阻尼补偿的控制策略在电磁转矩的指令值上叠加补偿转矩，增加了被控对象的阻尼；
所述电磁转矩补偿量提取能够采用算法对进行实时提取。
本发明的有益效果是：通过对传动轴两质量块模型建模分析，得出柔性传动轴具有欠阻尼特性和对电磁转矩中低频扰动量的放大作用。提出一种传动轴附加阻尼补偿控制策略，即通过在电磁转矩中补偿与传动轴扭矩微分成比的量来增大传动链的阻尼，增强对故障后传动轴低频振荡的抑制作用。增加传动轴附加阻尼补偿控制策略后，***的稳定性和故障后轴系振荡的衰减特性增强。
附图说明
图1 q轴转子电流环控制结构图。
图2风电机组轴系两质量块传动链模型。
图3风机两质量块模型结构。
图4带附加阻尼补偿的速度闭环控制结构图。
图5扭矩观测和补偿转矩获取结构图。
图6***控制框图。
具体实施方案
图1中，忽略磁饱和现象，定转子侧均按照电动机惯例，在两相同步旋转坐标系下，以定子磁链和转子电流为状态变量，建立双馈发电机数学模型，根据模型得到转子电压：
式中：Edq为转子侧反电势；jωslL'rirdq为d轴和q轴转子电流环之间的耦合项。双馈电机电流环通常采用PI调节器，在调节器的输出端补偿耦合项后，可实现d轴和q轴转子电流环之间的解耦。
根据上式，可以得到q轴转子电流环的控制结构。
图2中，将桨叶，轮毂看成一个整体，忽略二者之间的阻尼以及弹性作为一个质量块，将发电机转子和齿轮箱作为另一个质量块，轴系模型将低速轴的参数全部折算到高速轴，建立起等效的两质量块的风力机传动***。
Claims (4)
1.一种双馈风力发电机轴系震荡抑制的改进控制策略，其特征在于：包括轴系振荡相关建模、基于附加阻尼补偿的控制策略和电磁转矩补偿量提取三个部分。
2.如权利要求1所述的双馈风力发电机轴系震荡抑制的改进控制策略，其特征在于所述轴系振荡相关建模是在电网电压骤升情况下的建模，建立了风力机传动链两质量块模型。
3.如权利要求1所述的双馈风力发电机轴系震荡抑制的改进控制策略，其特征在于所述基于附加阻尼补偿的控制策略在电磁转矩的指令值上叠加补偿转矩，增加了被控对象的阻尼。
4.如权利要求1所述的双馈风力发电机轴系震荡抑制的改进控制策略，其特征在于所述电磁转矩补偿量提取能够采用算法对进行实时提取。
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2016
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20180130 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |