[发明专利]一种抑制风电机组传动链低频振荡的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用变流器抑制风电机组传动链低频振荡的方法。

背景技术

随着风电整机技术发展，风电机组主要部件供应厂家日益增多。当不同厂家的产品安装在一起组成系统时，或多或少的会使整机参数偏离原设计，由此带来一系列问题，其中比较典型的为叶片-轮毂-齿轮箱-发电机组成的传动链阻尼的降低。当传动链阻尼降低后，传动链上将出现明显的低频振荡，轻者引起联轴器打滑，降低风电机组寿命，严重时风电机组无法正常运行。

在电力系统中，发电机传动链低频振荡现象称为电力系统次同步振荡，站在输电网角度一般采用可控串补(TCSC)进行抑制，站在火力发电厂角度一般采用发电机附加励磁阻尼控制。附加励磁阻尼控制策略中，由发电机转速信号通过模态滤波器得到各个次同步谐振模态信息，经过比例移相环节对励磁电压进行调制，从而得到相应的励磁电流。该励磁电流形成的磁场与工频磁场互作用，产生与轴系自然扭振模态同频率的电磁转矩，通过控制这一转矩的幅值与相位，达到抑制次同步振荡的目的。

发明内容

本发明提出一种采用风电机组中的变流器抑制风电机组传动链低频振荡的方法，通过变流器控制增加传动链的等效阻尼，将传动链低频振荡抑制到风电机组安全运行范围。

带增速齿轮箱的风电机组系统中，其叶片捕获的风能，通过轮毂将机械能传递到齿轮箱。齿轮箱升速后将机械能传递到发电机，发电机将机械能转换成频率变化的电能，频率变化的电能经变流器交直交变换成工频后并入电网。其中发电机、齿轮箱、轮毂、叶片组成传动链系统，变流器根据主控有功功率指令控制风电机组并入电网的有功功率输出。

产生传动链低频振荡的主要原因为变流器采用功率闭环控制方式。当发电机输入机械功率受到扰动，引起转速上升或下降时，变流器跟踪主控给定，控制发电机有功功率输出不变，扰动引起的转速变化如何再次稳定，完全取决于传动链阻尼。当传动链过阻尼时，转速振荡衰减，重新稳定到新的转速点，当传动链阻尼较小或欠阻尼时，转速扰动衰减较慢甚至振荡发散，引起风电机组报传动链振荡故障停机。

本发明抑制传动链低频振荡方法是根据发电机转速信息，检测风电机组传动链低频振荡，并输出风电机组低频振荡告警信号，提示机组存在低频振荡隐患，并投入传动链低频振荡抑制策略。所述的传动链低频振荡抑制策略是：变流器在主控给定有功功率指令P_ctrl的基础上叠加附加阻尼功率P_damp，得到变流器的最终执行有功功率P_conv，叠加附加阻尼功率P_damp的变流器最终的执行有功功率P_conv在发电机转速升高时增大发电机有功功率输出，发电机转速上升受到抑制，在发电机转速降低时减小发电机有功功率输出，发电机转速下降也会受到抑制，相当于增加了传动链的等效阻尼。发电机转速上升与下降受到抑制，振荡波动很快衰减，转速很快稳定到新的工作点。

本发明采用风电机组中的变流器实现风电机组传动链低频振荡检测，并对传动链低频振荡实现抑制；首先，变流器根据周期时间T内发电机瞬时转速ω偏离滤波转速ω_f的代数和累计偏差∑e₁与绝对值累计偏差∑e₂的差值比较，实现传动链低频振荡检测。当检测到低频振荡隐患后，发出告警信号，并投入传动链低频振荡抑制策略。所述的传动链低频振荡抑制策略是将转速微分乘以比例系数K_p得到附加阻尼功率P_damp，主控给定有功功率指令P_ctrl与附加阻尼功率P_damp叠加，作为变流器最终执行的有功功率P_conv；转速上升时附加阻尼功率P_damp为正抑制转速上升，转速下降时附加阻尼功率P_damp为负抑制转速下降，通过附加阻尼功率P_damp作用，相当于增加了传动链的等效阻尼，实现传动链低频振荡抑制。

所投入的传动链低频振荡抑制策略的具体步骤如下：

步骤1：变流器根据电压传感器测量得到的三相定子电压u_abc，经锁相环PLL计算，输出发电机转速ω，发电机转速ω经低通滤波器LPF，得到滤波转速ω_f；