一种风电系统的风剪塔影脉动的抑制方法
【专利摘要】为弥补现有风电系统的技术缺陷，本发明提供一种风电系统的风剪塔影脉动的抑制方法，通过转矩补偿控制有效的减小了脉动幅值；本发明对风剪塔影信号的提取，创造性的用实际的风场风剪塔影信号来代替理论公式推导的信号，排除了由于地形和干扰等因素对信号的影响。有效抑制了风剪塔影效应所导致的双馈风电机组的转矩与功率脉动。有益的技术效果：本发明可以显著的抑制由风剪塔影效应带来的转矩和功率脉动，且由于由风剪塔影效应造成的电磁转矩和功率脉动量显著减小，可以有效的保护机械部分，延长其使用寿命，最大限度的保证其可靠运行，提高了向电网传输的电能质量。
【专利说明】—种风电系统的风剪塔影脉动的抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风力发电【技术领域】，具体涉及一种风电系统的风剪塔影脉动的抑制方法。
【背景技术】
[0002]风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式，近年来越来越受到关注，双馈风电系统由于风剪切塔影产生的转矩脉动会造成机械部分如齿轮箱的机械疲劳，从而影响机械部分部件的寿命，使整个风电系统的维护工程量与维护成本上升，影响风电系统的稳定运行。另外，风剪切塔影会产生风力机低速轴的气动转矩脉动，如不采取抑制措施，发动机并网产生的功率脉动会影响并网电能质量和运行稳定性，严重时会导致风电机组的故障，因此抑制风剪切塔影效应造成的转矩脉动是必要的。
[0003]文献《SimulationModel of Wind Turbine 3p Torque Oscillations Due toWind Shear and Tower Shadow》定性地分析了风剪、塔影效应引起的转矩脉动对风力发电系统机械传动机构的影响，而文献《A Dynamic Wind Turbine Simulator of the windturbine generator system》也仅仅是描述了风剪、塔影效应以及对系统输出功率的影响，然而，这些文献并没有研究如何抑制风剪、塔影效应引起的转矩和功率脉动。文献《Flicker Mitigation by Active Power Control of Variable-Speed Wind TurbinesWith Full-Scale Back-to-Back Power Converters》提出了一种基于直流电压补偿的风剪塔影效应功率脉动抑制策略，但所提方案只适用于直驱风电机组，如将其方案应用于双馈风电机组时，则对定子侧的功率脉动不能起到抑制作用。
[0004]综上所述，针对风剪塔影现象而引起的风力发电机的脉动问题，现有技术尚无有效地解决方案。
【发明内容】
[0005]为弥补现有的技术缺陷，本发明提供一种风电系统的风剪塔影脉动的抑制方法，有效抑制了风剪塔影效应所导致的双馈风电机组的转矩与功率脉动:对于风剪、塔影效应引起的并网功率脉动，通过转矩补偿控制的方式有效地减小脉动的幅值。此外，本发明对风剪塔影信号的提取，创造性的用实际的风场风剪塔影信号来代替理论公式推导的信号，排除了由于地形和干扰等因素对信号的影响，能够针对单一的风电系统的实际运行状态进行逐一的精确、高效地控制。其具体方法步骤如下:一种针对风电系统的风剪塔影脉动的抑制方法，所述的风电系统由风机组件WT、联轴器LZQ、双馈电机DFIG、背靠背变流器VSR、电网平台GRID和数字信号处理单元DSP组成；其中，通过联轴器LZQ将风叶组件WT与双馈电机DFIG连接，并带动双馈电机DFIG旋转发电；双馈电机DFIG产生的一路电流经背靠背变流器VSR的整流后并入电网平台GRID，双馈电机DFIG产生的另一路电流直接并入电网平台GRID ;背靠背变流器VSR与数字信号处理单元DSP连接且在矢量脉宽调制算法SVPWM的驱动下，进行实时整流或逆变。[0006]本发明的具体步骤如下所述:
步骤一:获取工作参数
每隔Tl时间获取联轴器LZQ和双馈电机DFIG的工作参数，并输送到数字信号处理单元DSP等待处理；数字信号处理单元DSP每隔20个采样周期进行一次采样数值的平均；需要采样的参数具体为:
自联轴器LZQ处获取联轴器的转速；
自双馈电机DFIG处获取双馈电机的额定励磁、双馈电机定子电压& ;
自双馈电机DFIG处获取双馈电机定子的H C相的电压值，依次为A相电压值uA、B相电压值Ub和C相电压值Uc ;
自双馈电机DFIG处获取双馈电机转子的a、b、c相的电流值，依次为a相电流值ia、b相电流值ib和c相电流值ic ；
步骤二:设定转子输出功率
设定双馈电机DFIG给定指令无功电流值“β和双馈电机DFIG给定指令转速值ω r* ；其中，作为双馈电机DFIG给定指令无功电流值的范围在100A~200A之间；作为双馈电机DFIG给定指令转速值cor*的范围在800转/分~1800转/分之间；
步骤三:计算风剪塔影脉动的频率
由公式Zmo=M-W#/(60)获得风剪塔影脉动的频率/_，其中，M为风叶组件WT的风叶数量，^wt为联轴器的转速；
将风剪塔影脉动的频率/^带入公式获得风剪塔影脉动的角频率ω。；
将风剪塔影脉动的角频率 '带入公式/^Cs)=A^s/Cs2+?>/^+'2)，获得带通滤波器F{s);其中，I为滤波器的增益，'=2 Jifl5为风剪塔影脉动的角频率，Q为滤波器的品质因素；
由公式夂=3*?5 Wsq-L1Mm) I (2*ZS)获得双馈电机定子有功功率怂，其中&为双馈电机定子电压，Wsq为双馈电机的额定励磁，为双馈电机的转子无功电流，^为双馈电机的定子和双馈电机的转子之间的互感，4为双馈电机的定子电感；
其中，Us的大小为定子的瓜AC相相电压士、办和Uc的幅值大小，Ψ3<1的大小为定子电压K的幅值大小的l/?s倍，ω5=2ν/，/为电网频率；
将所得到的双馈电机有功功率及与带通滤波器AG)相乘，获得风剪塔影脉动的脉动
量;
步骤四:进行相位幅值补偿
将步骤三中获得的风剪塔影脉动的脉动量与相位幅值补偿单元G(S)相乘，获得经过延迟处理的脉动量；
所述的相位幅值补偿单元^Cs)为一阶惯性环节，其公式为f Cs)=命/(7+s/1)，其中，时间常数Τ:\&?Φ / OJ^p -Kp为幅值补偿系数；
步骤五:对有功功率进行取反计算
将第步骤四中经过延迟处理的脉动量进行取反处理，获得经过延迟和取反处理的脉动量，其中，取反处理的公式为
步骤六:获得双馈电机的无功电压指令信号Vrd*
将双馈电机DFIG处获取的双馈电机转子a、6、c相的电流值，即a相电流值ia、b相电流值ib和c相电流值ic进行坐标变换，获得双馈电机DFIG的实际无功电流值ird和双馈电机DFIG的实际有功电流值irq ；
进行坐标变换的公式为:
【权利要求】
1.一种风电系统的风剪塔影脉动的抑制方法，所述的风电系统由风机组件WT、联轴器LZQ、双馈电机DFIG、背靠背变流器VSR、电网平台GRID和数字信号处理单元DSP组成；其中，通过联轴器LZQ将风叶组件WT与双馈电机DFIG连接，并带动双馈电机DFIG旋转发电；双馈电机DFIG产生的一路电流经背靠背变流器VSR的整流后并入电网平台GRID，双馈电机DFIG产生的另一路电流直接并入电网平台GRID ;背靠背变流器VSR与数字信号处理单元DSP连接且在矢量脉宽调制算法SVPWM的驱动下，进行实时整流或逆变；其特征在于，按如下的步骤进行: 步骤一:获取工作参数 每隔Tl时间获取联轴器LZQ和双馈电机DFIG的工作参数，并输送到数字信号处理单元DSP等待处理；数字信号处理单元DSP每隔20个采样周期进行一次采样数值的平均；需要采样的参数具体为: 自联轴器LZQ处获取联轴器的转速； 自双馈电机DFIG处获取双馈电机的额定励磁、双馈电机定子电压& ; 自双馈电机DFIG处获取双馈电机定子的H C相的电压值，依次为A相电压值uA、B相电压值Ub和C相电压值Uc ; 自双馈电机DFIG处获取双馈电机转子的a、b、c相的电流值，依次为a相电流值ia、b相电流值ib和c相电流值ic ； 步骤二:设定转子输出功率 设定双馈电机DFIG给定指令无功电流值“β和双馈电机DFIG给定指令转速值ω r* ；其中，作为双馈电机DFIG给定指令无功电流值的范围在100A~200A之间；作为双馈电机DFIG给定指令转速值cor*的范围在800转/分~1800转/分之间； 步骤三:计算风剪塔影脉动的频率 由公式Zmo=M-W#/(60)获得风剪塔影脉动的频率/_，其中，M为风叶组件WT的风叶数量，^wt为联轴器的转速； 将风剪塔影脉动的频率/^带入公式获得风剪塔影脉动的角频率ω。； 将风剪塔影脉动的角频率 '带入公式/^Cs)=A^s/Cs2+?>/^+'2)，获得带通滤波器F{s);其中，I为滤波器的增益，'=2 Jifl5为风剪塔影脉动的角频率，Q为滤波器的品质因素； 由公式夂=3*?5 Wsq-L1Mm) I (2*ZS)获得双馈电机定子有功功率怂，其中&为双馈电机定子电压，Ψ59为双馈电机的额定励磁，为双馈电机的转子无功电流，^为双馈电机的定子和双馈电机的转子之间的互感，4为双馈电机的定子电感； 其中，Us的大小为定子的瓜AC相相电压士、办和Uc的幅值大小，Ψ3<1的大小为定子电压K的幅值大小的l/?s倍，ω5=2ν/，/为电网频率； 将所得到的双馈电机有功功率及与带通滤波器AG)相乘，获得风剪塔影脉动的脉动量; 步骤四:进行相位幅值补偿 将步骤三中获得的风剪塔影脉动的脉动量与相位幅值补偿单元G(S)相乘，获得经过延迟处理的脉动量； 所述的相位幅值补偿单元^Cs)为一阶惯性环节，其公式为f Cs)=命/(7+s/1)，其中，时间常数Τ=\&?Φ / ω鄭'Kp为幅值补偿系数； 步骤五:对有功功率进行取反计算 将第步骤四中经过延迟处理的脉动量进行取反处理，获得经过延迟和取反处理的脉动量，其中，取反处理的公式为 步骤六:获得双馈电机的无功电压指令信号Vrd* 将双馈电机DFIG处获取的双馈电机转子a、6、c相的电流值，即a相电流值ia、b相电流值ib和c相电流值ic进行坐标变换，获得双馈电机DFIG的实际无功电流值ird和双馈电机DFIG的实际有功电流值irq ,进行坐标变换的公式为:
【文档编号】H02P9/00GK103840481SQ201410002383
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】张兴, 谢震, 滕飞, 吕高飞 申请人:合肥工业大学