永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法
【专利摘要】本发明公开一种永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法。本发明通过计算永磁直驱风力发电机组传动系统谐振频率，提出了一种具有带阻滤波器特性的永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法。通过在力矩控制器输出部分串联轴系振荡滤波器有效的去除了风力发电机组发电机电磁力矩中导传动系谐振频域分量，从而降低传动系统载荷水平以及发电机输出功率的振荡波动，提高机组运行可靠性，解决了永磁直驱风力发电机组主控力矩控制信号中特定频域分量可能引起传动系统的谐振问题。
【专利说明】永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风力发电【技术领域】，涉及永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法。
【背景技术】
[0002]风能是目前最具有经济价值的可再生能源，根据中国国家发改委能源研究所发布《中国风电发展路线图2050》，中国风电未来40年的发展目标:到2020年、2030年和2050年，风电装机容量将分别达到2亿、4亿和10亿千瓦，到2050年，风电将满足17%的国内电力需求。
[0003]目前，风力发电机组已经成为风能利用的主要设备，而永磁直驱风力发电机组是一种主流的风力发电机型。
[0004]永磁直驱风力发电机组通过风轮吸收风能，利用主轴将吸收风能传递到发电机轴端，通过发电机将机械能转化为电能。
[0005]对于大功率永磁直驱风力发电机组，若要实现传动系统相对准确的动态分析，传动系统建模仿真时不能按照传统的理想刚性环节考虑，通常可以按照柔性的二质量块环节进行建模。
[0006]大功率永磁直驱风力发电机组机械传动系统具有谐振频率，当外部输入与系统谐振频率重合时可能引起机械环节的谐振，影响机组安全及可靠性。
[0007]对于永磁直驱风力发电机组,其机械传动系统的动态过程由机械传动系统自身传动特性以及风轮气动力矩、发电机电磁力矩两个外部输入环节决定。
[0008]永磁直驱风力发电机组传动系统输入环节中，发电机电磁力矩为可控环节，风轮气动力矩由于风的随机性和不确定性为不可控环节。
【发明内容】
[0009]本发明提出一种永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法，如图1所示，通过在风力发电机组力矩控制器输出串联轴系振荡滤波器消除可以引起系统谐振的力矩控制信号，从而降低由于谐振引起的传动环节载荷以及发电机输出功率的振荡波动。
[0010]本发明的技术方案是永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法，该方法包括以下步骤:
步骤1:对永磁直驱风力发电机组传动环节进行建模；
步骤2:获取永磁直驱风力发电机组传动系统状态方程；
步骤3:基于永磁直驱风力发电机组传动系统状态方程，求解其传动系统谐振频率； 步骤4:依据谐振频率设计电磁力矩轴系振荡滤波器。
[0011]本发明主要解决永磁直驱风力发电机组主控力矩控制信号中特定频域分量可能引起传动系统的谐振问题，由于风力发电机组电磁力矩响应速度极快可近似认为为时间常数极小的惯性环节，因此通过在力矩控制器输出部分串联具有带阻滤波器形式的轴系振荡滤波器可以有效的去除风力发电机组发电机电磁力矩中导致传动系统谐振力矩频域分量，从而降低传动系统载荷水平以及发电机输出功率的振荡波动，提高机组运行可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器示意图。
【具体实施方式】
【权利要求】
1.永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法，其特征是通过在风力发电机组力矩控制器输出串联轴系振荡滤波器消除可以引起系统谐振的力矩控制信号，从而降低由于谐振引起的传动环节载荷。
2.根据权利要求1所述永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法，其特征是包含以下步骤: 步骤1:对永磁直驱风力发电机组传动环节进行建模； 步骤2:获取永磁直驱风力发电机组传动系统状态方程； 步骤3:基于永磁直驱风力发电机组传动系统状态方程，求解其传动系统谐振频率； 步骤4:依据谐振频率设计电磁力矩带阻滤波器。
3.根据权利要求2所述永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法，其特征是步骤I中，永磁同步电机传动环节可以等效为风轮质量块和发电机质量块两质量块环节，按照下式建模:
4.根据权利要求2所述永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法，其特征是步骤2中，当选取代,eg , a\ , 四个状态构建系统时，系统可以改写成:
5.根据权利要求2所述永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法，其特征是步骤3中，求解传动系统谐振频率可以通过求解状态方程.4 _矩阵4个特征值Z1, 4 , A3; 4中的一对共轭复根确定，由于目前主流风力发电机组相关参数可以确定状态方程矩阵特征值必然具有以下特点:
6.根据权利要求2所述永磁直驱风力发电机组轴系振荡滤波器设计方法，其特征是步骤4中，由于通常情况下永磁直驱风力发电机组轴系振荡主要体现在传动系统谐振频率与电磁力矩9次谐波产生的谐振，在一些特殊情况下也有可能与或电磁力矩6次谐波产生谐振，因此轴系振荡滤波器可以按照以下方法设计: 轴系振荡滤波器可以设计为二阶巴特沃斯带阻滤波器:
【文档编号】H02J3/01GK103515971SQ201210220843
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】贾利民, 刘展, 雷涛 申请人:北京能高自动化技术股份有限公司