一种抑制风电机组传动链低频振荡的方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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】
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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 匕 &1的基础上叠加附加阻尼功率P danip，得到变流器的最终执行有功功率，叠加附加阻尼 功率Pdamp的变流器最终的执行有功功率P。_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。
[0008] 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co偏离滤波转速co f的 代数和累计偏差E ei与绝对值累计偏差E 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汾乘以比例系数K p得到附加阻尼功率Pdanp，主控给定有功功率 指令匕&1与附加阻尼功率P danp叠加，作为变流器最终执行的有功功率P转速上升时附 加阻尼功率Pdanp为正抑制转速上升，转速下降时附加阻尼功率P dMp为负抑制转速下降，通 过附加阻尼功率Pdanp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。
[0009] 所投入的传动链低频振荡抑制策略的具体步骤如下：
[0010] 步骤1 :变流器根据电压传感器测量得到的三相定子电压Uab。，经锁相环PLL计算， 输出发电机转速《，发电机转速《经低通滤波器LPF，得到滤波转速c〇 f;
[0011] 步骤2 :锁相环输出的发电机转速co与滤波转速《f进行减法运算，得到转速偏 差八u，转速偏差A u代数累加得到转速代数和累计偏差E e 1;转速偏差八u绝对值累加 得到转速绝对值累计偏差E e2。转速代数和累计偏差E ^与转速绝对值累计偏差E ^受 周期复位Cycle-Reset信号控制，周期复位信号每经历时间周期T给转速代数和累计偏差 E edP转速绝对值累计偏差E e2执行一次清0操作。当检测到转速代数和累计偏差E ei 与转速绝对值累计偏差E e2的差值超出误差阈值Err_Thr后，报出传动链低频振荡告警信 号Vibr_Alarm，一方面用于提醒值班人员风电机组存储低频振荡隐患，一方面自动投入传 动链低频振荡抑制策略；
[0012] 步骤3 :步骤1输出的滤波转速cof，经微分运算|后得到转速微分&;转速微分& 乘以比例系数Kp得到附加阻尼功率Pdanip，附加阻尼功率Pdanip与主控给定有功功率指令P 叠加得到变流器执行有功功率匕_。
[0013] 步骤4:当步骤2输出的风电机组传动链振荡告警信号Vibr_Alarm无效时，将步 骤3中的比例系数K p置为0,这时附加阻尼功率P danip为0,变流器执行有功功率P等于主 控给定有功功率指令P&i。
[0014] 本发明抑制传动链低频振荡方法通过变流器实现。
[0015] 本发明优点在于：不需要复杂的模态滤波计算，也不需要特定振荡频率提取与补 偿，直接采用转速微分作为附加阻尼功率补偿到主控有功功率指令作为变流器执行的有功 功率，可对整个频率段的振荡进行抑制，频率适应性好。当不需要附加阻尼功率时，直接将 转速微分项的比例系数设为〇即可。
【附图说明】：
[0016] 图1基于变流器并网技术的风电机组拓扑图；
[0017] 图2风电机组传动链低频振荡检测