励磁控制引起的双馈风电机组轴系扭振机理

从电磁转矩观点出发,证明了双闭环比例积分(PI)调节参数和前馈补偿参数是影响电磁转矩性质的2个关键因素.由于PI调节器积分常数取值的不同,在励磁调节器框图上从q轴励磁电压参考点到有功功率点之间的相位差可能在大范围内变化,这是影响阻尼转矩的因素之一.另一个影响因素是前馈补偿项参数——定、转子绕组间互感系数,由于设计控制器时所使用的该互感系数很难保证就是电机的实际参数,故存在误差,误差的正负性和大小对阻尼转矩的方向和大小有直接影响.上述2个独立因素可组合为4种情形,文中研究了各种情形下电磁转矩的阻尼性质,其中有2种情形将产生电气负阻尼,会导致轴系扭振.最后,通过时域和频域相互校验的仿真手段验证了机理分析的正确性.     

双馈风电机组轴系扭振理论与扭振控制技术研究进展

针对日趋大型化、复杂化的双馈风电机组,机组轴系的动力学研究与扭振控制技术对其降低振动和噪声、延长机组的使用寿命和提高轴系可靠度有重要意义.首先,综述了机组轴系的建模方法等相关领域的研究进展;然后简述了风电机组轴系扭振控制方法与最新技术相关研究领域的研究进展.通过归纳文献资料,对扭振理论和扭振控制技术的研究难点进行了简要...     

基于电气阻尼-刚度控制的双馈风电机组轴系扭振抑制策略

针对现有扭振控制中,难以平衡抑振效果和响应速度的关系,以及高、低速轴的阻尼比变化速率不同导致整体阻尼比难以调节的问题,提出了一种双馈风电机组轴系扭振抑制策略。首先推导了机械扭转角与电磁转矩的传递函数,通过引入等效阻尼和刚度分析了高低速轴机电耦合阻尼比的差异。其次对电气刚度抑制轴系扭振的机理进行分析,根据阻尼和刚度的协调作用,提出基于电气阻尼-刚度控制的轴系扭振抑制策略,得到电气阻尼-刚度控制下的轴系阻尼比变化趋势。最后在搭建FAST-MATLAB/Simulink联合仿真双馈风电机组模块的基础上,引入湍流风与电网暂降激励,对所提策略的抑振效果进行仿真验证。结果表明,相较于传统的阻尼控制,所提策略能够充分发挥传动链的机电强耦合作用,在保证响应速度的同时具有更好的抑振能力。     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

汽轮发电机轴系扭振模态分析

以IEEE次同步谐振(Subsynchronous Resonance,SSR)第一标准测试模型为例,详细介绍了如何预测汽轮发电机轴系扭振模态.利用测试信号法计算系统的电气阻尼,通过模态调整法得到模态机械阻尼,利用复转矩系数法判定轴系扭振模态.最后在加入机械阻尼的测试模型中施加三相短路扰动,对轴系各个质量块扭振转矩的幅频分析验证扭振模态预测的正确性,分析结果显示在计及机械阻尼的情况下,只有与电气谐振频率互补的扭振模态发生SSR.     

基于阻尼器的双馈风力发电系统扭振抑制策略

由风速扰动或网侧的电气扰动所引发的风机传动轴扭振现象会导致轴系机械零件疲劳过载,甚至损坏。提出一种对网侧电气小扰动引发机网扭振的抑制策略。该策略通过在转子侧逆变器功率控制环节引入阻尼器,当轴系发生扭振时,利用发电机转速波动信号产生阻尼功率,再附加到逆变器有功功率参考值上,使系统额外输出有功功率来增大系统阻尼,从而抑制轴系扭振。建立系统小信号稳定模型,分析扭振抑制原理,观察引入阻尼器后,系统主导扭振模态的特征根变化;并利用Bode图分析阻尼器对轴系扭振模态的抑制效果。最后,在Matlab/Simulink上进行仿真验证。结果表明,所提出的阻尼策略可以显著增大双馈风力发电系统的阻尼,增强对风力发电系统扭振尤其是低频振荡模态的抑制。     

双馈风电机组轴系扭振的稳定与控制

在侧重研究双馈风电机组与电网的动态作用时,双馈风电机组轴系可用等效两质量块模型表示。在外界扰动下,轴系动态以振荡方式呈现,并反映在输出功率上,由于这一振荡频率接近电力系统低频振荡,因此会对同步机组的功角稳定产生影响;不仅如此,轴系振荡还会影响双馈风电机组自身的稳定性以及使用寿命。本文首先采用小信号分析方法,对有功控制回路进行电气阻尼特性分析,得出双馈风电机组在最大功率跟踪控制下的负电气阻尼特性,不利于轴系稳定;随后,提出一种轴系镇定器,包含电气阻尼和电气刚度两个回路,增加电气阻尼可以使轴系振荡得到有效抑制,对双馈风电机组和电力系统的稳定有利;增加电气刚度,等效加强了轴系的耦合强度,可有效抑制转速振荡的幅值,有益于延长机组寿命。     

考虑阻尼的汽轮发电机组轴系扭振特性计算

利用模态识别的思想,提出了一种考虑阻尼的汽轮发电机组轴系扭振特性的计算方法。通过在轴系扭振模型中引入若干测点的实测扭角数据,可以计算扭振外阻尼地扭振特性的影响,从而得到更符合实际的扭振固有特性,为机电热耦合扭振分析提供更准确的模态数据,并为扭振故障诊断提供依据。     

核电机组轴系扭振安全监测新技术

中国核电发展黄金时期已经到来,作为一种能源,核电的确有着不可比拟的魅力,是可持续发展的重要能源.但是随机组和电网建设的快速发展所带来的发电机组轴系扭振的危害需引起高度重视.它会激发电网的振荡,造成线路跳闸或机组解列,直接影响到系统的稳定运行和大量用户的经济利益.本文通过研究,指明当前轴系扭振领域的研究方法,同时积极通过对原因的分析,指出此课题研究的使命,通过实现轴系扭振模态的测量、轴系疲劳的在线监测、扭振模态阻尼的在线监测、轴系扭振响应的计算等关键技术,实现应对这种危害的多种对策和方案.以期使核电机组轴系扭振的危害能通过电厂侧各种监测、抑制、保护装置来解决,完善了一个系列的整套解决方案.     

基于储能系统的双馈风电机组机网扭振抑制策略

针对由电网侧电气小扰动引起的机网扭振现象,提出了一种储能系统(ESS)的双馈风电机组(DFIG)机网扭振抑制策略。通过建立储能系统的数学模型,提出了储能系统的附加阻尼控制策略,利用储能系统既能输出无功也能输出有功的特点,根据风电机组母线电压偏差信号及电网电压频率偏差信号,控制储能系统的无功及有功功率的输出,在电网发生故障或者干扰时,稳定母线电压,抑制频率波动,从而及时有效地抑制机网扭振。仿真结果表明,对于传输线路末端无限大电网的电压暂降和频率波动的干扰引起的风电机组轴系扭振,储能系统能够有效地进行抑制。     

双馈风电场模糊附加阻尼控制策略

基于暂态能量函数分析原理,提出双馈风电场模糊附加阻尼控制策略。首先,以区域间暂态振荡能量下降为目标,从理论上分析了调节风电场输出有功或无功功率能抑制电力系统区域间低频振荡的可行性。其次,在阐述双馈风电场常规PSS附加阻尼控制策略的基础上,以传输线有功功率变化作为暂态能量振荡阶段的判断依据,提出了基于模糊控制的双馈风电场附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机输入功率小扰动两种情况,对采用模糊附加阻尼控制时系统的运行性能进行仿真,并与常规PSS附加阻尼控制和无附加阻尼控制的运行效果进行比较。仿真结果验证了风电机组有功或无功功率环模糊附加阻尼控制策略的正确性,同时表明基于无功功率环的模糊附加阻尼控制不仅能更好地抑制传输线有功功率振荡而且又能减小风电机组传动链轴系扭矩的波动。     

双馈风电机组附加控制对轴系振荡影响的评估方法

为消除绝对特征值灵敏度指标中参数量纲的影响,同时计及风速的概率分布特性对特征值灵敏度排序的影响,提出了一种累积相对特征值灵敏度(CRES)指标及其计算方法,并基于该指标定量评估了双馈风电机组附加控制(有功功率调制、虚拟惯性控制、下降控制、无功功率调制和机端电压控制)对机组本身轴系振荡阻尼的影响。CRES本质上是相对特征值灵敏度的加权和。通过引入相对特征值灵敏度消除了参数量纲的影响;在此基础上,按照转子运行状态将风速划分为若干区间,以平均风速作为该区间的典型风速,以风速落入该区间的概率作为该区间典型风速下计算所得相对特征值灵敏度的权重。时域仿真结果表明:基于CRES指标能有效地确定不同类型附加控制中影响轴系振荡阻尼的关键参数,通过对关键参数的重新整定可显著减小附加控制器对轴系振荡的不利影响和降低其对传动轴系统的转矩冲击。     

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振响应

电网故障引起的电磁转矩波动易造成风电机组轴系扭振疲劳损耗,严重时会造成轴系故障,有必要研究不同类型电网故障下风电机组传动链扭振响应及其对关键部件的影响。首先,采用集中质量法,考虑叶片柔性建立了风电机组传动链四质量块模型,基于小信号模型,采用模态分析法对风电机组传动链扭振特性进行分析。其次,为了表征不同故障类型对风电机组传动链轴系扭振的影响,在双馈发电机电磁暂态模型的基础上,推导了电网对称与不对称故障下电磁转矩表达式。最后,基于四质量块传动链模型,仿真分析了单相、两相和三相接地电网故障对机组传动链扭振响应的影响。结果表明,不同类型电网故障会影响不同传动链扭振频率及其不同关键部件;三相接地电网故障引起的传动链扭振幅值大,齿轮箱和发电机转子间轴上传递转矩可以较全面反映扭振响应频率;与传动链其他部件相比,发电机转子受到电网故障影响更大。     

双馈风电机组的不同控制策略对轴系振荡的阻尼作用

在研究双馈风力发电机组与电网动态作用时,通常忽略轴系的柔性作用,采用集总质量块模型描述风机及其传动链。这主要是基于通过变流器控制可以有效抑制轴系振荡的认识。事实上,并不是所有常用的机组控制策略都能通过变流器提供良好的电气阻尼,在小扰动或暂态故障下激发的轴系振荡如果得不到有效抑制,将直接导致机组转速失稳,进而影响到电力系统的稳定。该文针对双馈机组在不同控制策略下对轴系振荡的阻尼作用进行了研究,通过小信号控制模型分析得出结论:采用发电机转速反馈信号的转速控制模式和采用风轮转速反馈信号的恒功率控制模式能够提供良好电气阻尼,抑制轴系振荡。最后经PSCAD/EMTDC建模仿真对结论进行了验证。     

双馈风电机组静止坐标系下阻抗建模及次同步谐振抑制策略

为清楚分析双馈风力串补系统次同步谐振发生机理,建立了双馈风电机组静止坐标系下的阻抗模型。首先,将双馈风电机组同步旋转坐标系下阻抗模型转换为复矢量形式,通过频率变换得到其在两相静止坐标系下的频域阻抗模型。基于阻抗模型所代表的物理意义,采用等效RLC串联电路,分析了控制器参数及电网参数对并网系统等效阻抗及谐振频率的影响。分别从增大次同步频段阻尼和降低系统发生次同步谐振频率的角度出发,在转子侧控制器中同时引入了附加阻尼和虚拟感抗控制,分析表明该方法能有效地抑制次同步谐振。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性分析

目前,针对大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性的研究不足。首先,基于弹簧-阻尼-质量建模方法,建立了双馈风电机组传动链轴系载荷响应模型及塔架左右方向运动响应模型,获得系统固有谐振频率及阻尼系数解析表达式,理论分析结果表明,电网故障穿越过程可能引起传动链扭振和塔架左右晃动。其次,建立GH Bladed-MATLAB联合仿真模型,并基于此研究了电网对称与不对称故障对传动链轴系及塔架左右载荷特性的影响,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,进一步研究了不同有功恢复策略对机组载荷的影响,结果表明,有功功率恢复速率过快会导致机组载荷大幅增加,并得出了\"机械友好型\"风电机组故障电压穿越控制原则。     

变桨距型双馈风电机组并网控制及建模仿真

变桨距型双馈风电机组在并网过程中,转子励磁控制虽然具有良好的定子电压调节效果,但是对转子转速缺乏控制。针对该问题提出了结合变桨距系统调整转子转速,共同完成并网的方案。由于双馈发电机并网前后的控制策略不同,分析了控制系统间无扰切换的方法。采用分开建模、分时仿真的思路建立了风电机组模型,实现了风机并网全过程仿真,研究结果证明了本文所提方案的有效性。