[发明专利]双馈电机传动链扭振主动控制方法

说明书

本发明公开了风力发电领域内的双馈电机传动链扭振主动控制方法，用PID控制和扭转载荷控制相结合进行传动链扭转振动的抑制。本发明可在保证输出功率不变的前提下，达到抑制传动链扭振的目的。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种双馈电机传动链扭振主动控制方法。

背景技术

现如今，风力发电在世界范围内迅速发展，在过去几十年中，双馈风力发电已成为世界风能发电的主流。由于风机所处环境恶劣，冲击载荷大，容易引起很多故障，风电机组传动链的扭转振动是最严重的问题之一。扭转振动会导致齿轮箱产生明显的应力和疲劳，机械部件的扭转振动可以传递给电力振荡，导致风机和电力系统之间的潜在共振。在严重的情况下，风电机组会损坏并导致电网故障。由此可见，传动链的扭转振动不仅直接影响到风电机组的安全运行，而且也影响到网络系统的稳定性。因此，降低传动链的扭转振动显得尤为重要和紧迫。

近年来，一些学者对风电机组传动链的控制进行了研究。其中王世谦、尹远各自研究通过控制有功功率和无功功率来控制双馈发电机；杜健、王宇琨等研究了风电机组电网故障下的控制策略；苏阳阳、王晓东、杨超等研究了通过变桨角控制传动链的机械扭矩来抑制扭振；Beltran B,Benbouzid M E H,Ahmed-Ali T等通过将二阶模式阻尼频率加到额定风速以上的转矩控制上，以抑制传动链的转矩波动；Licari J,Ugalde Loo C E,EkanayakeJ,et al等采用自适应改变变桨控制器参数的方法来抑制传动链的转矩脉动。虽然这些方法在增加阻尼和减小扭振方面发挥了一定的作用，但大多数的研究都是在电网故障或机械转矩的情况下进行的，很少涉及电网正常运行时传动链的长期低振幅和低频扭振。

发明内容

本发明意在提供双馈电机传动链扭振主动控制方法，以在保证输出功率不变的前提下，达到抑制传动链扭振的目的。

为达到上述目的，本发明的基础技术方案如下：双馈电机传动链扭振主动控制方法，用PID控制和扭转载荷控制相结合进行传动链扭转振动的抑制。

通过本方案的PID和扭转载荷联合控制的方法，对抑制传动链的扭转振动有很好的抑制效果，在复杂的风力条件下也具有良好的控制效果，具有普遍适用性。

进一步，扭转载荷控制步骤包括用扭振负载控制器提高电磁转矩阻尼转矩。这样可以实现在机组输出功率稳定的前提下，达到抑制扭振的目的。

进一步，用扭振负载控制器提高电磁转矩阻尼转矩步骤为将传动链的扭转角作为反馈信号，通过扭振负载控制器形成阻尼转矩，阻尼转矩施加于传动链上。这样将叶轮相对于发电机转子的角位移作为输入，从而得到更加准确的附加阻尼转矩，进而对传动链的扭振进行更加精准的控制。

进一步，扭振负载控制器包括带通滤波器和陷波滤波器。这样通过带通滤波器和陷波滤波器连接形成转矩反馈回路，与PID控制一起形成了对传动链扭振的双通道主动阻尼控制。

进一步，通过扭振负载控制器形成阻尼转矩的步骤包括用带通滤波器产生脉动转矩，再通过陷波滤波器避免风轮速度的多段横移频率。这样使得形成的附加阻尼转矩可更精准的用于传动链扭振的改善。

进一步，PID控制步骤为在传动链上附加一个带频差的比例积分微分阻尼项以消除系统偏差，使系统振荡和偏差减小。这样可减小风机与轴系之间的频差引起的扭振。

进一步，还包括仿真建模分析步骤，仿真建模分析步骤为用分析软件对双馈风电机组传动链进行建模与仿真分析。这样可对方案进行实际使用情况的仿真分析，进而验证方案的实用性、有效性。

进一步，建模与仿真分析步骤包括对恒定风速下的仿真分析及对湍流风速下的仿真分析。这样对电网正常运行时传动链的扭振控制情况进行更准确的仿真分析，有利于得到更加准确可靠的分析结果。