CN105071436B - 一种抑制风电机组传动链低频振荡的方法 - Google Patents

Abstract

一种抑制风电机组传动链低频振荡的方法，采用风电机组中的变流器实现传动链低频振荡检测及抑制策略。变流器根据周期时间内发电机瞬时转速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；变流器根据滤波转速ω_f的微分量乘以比例系数K_p产生附加阻尼功率P_damp，主控给定有功功率P_ctrl叠加附加阻尼功率P_damp作为变流器最终执行有功功率P_conv。传动链转速上升时附加阻尼功率P_damp为正以抑制转速上升，转速下降时附加阻尼功率P_damp为负以抑制转速下降，相当于增加风电机组传动链的等效阻尼，达到抑制传动链低频振荡的目的。

Description

一种抑制风电机组传动链低频振荡的方法

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；

步骤2：锁相环输出的发电机转速ω与滤波转速ω_f进行减法运算，得到转速偏差△_ω，转速偏差△_ω代数累加得到转速代数和累计偏差∑e₁；转速偏差△_ω绝对值累加得到转速绝对值累计偏差∑e₂。转速代数和累计偏差∑e₁与转速绝对值累计偏差∑e₂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∑e₁和转速绝对值累计偏差∑e₂执行一次清0操作。当检测到转速代数和累计偏差∑e₁与转速绝对值累计偏差∑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；

步骤3：步骤1输出的滤波转速ω_f，经微分运算后得到转速微分转速微分乘以比例系数K_p得到附加阻尼功率P_damp，附加阻尼功率P_damp与主控给定有功功率指令P_ctrl叠加得到变流器执行有功功率P_conv。

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_damp为0，变流器执行有功功率P_conv等于主控给定有功功率指令P_ctrl。

本发明抑制传动链低频振荡方法通过变流器实现。

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0即可。

附图说明：

图1基于变流器并网技术的风电机组拓扑图；

图2风电机组传动链低频振荡检测及抑制原理图。

具体实施方式：

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

基于变流器并网技术的风电机组拓扑如图1所示，变流器采用电压传感器采集三相定子电压，记为u_abc，如图1中01；主控以通讯方式给变流器下发有功功率指令P_ctrl，如图1中02；变流器根据主控有功功率指令P_ctrl控制风电机组向电网输出的有功功率P_grid，如图1中03；

本发明基于变流器控制的风电机组传动链低频振荡抑制方法如图2所示：

步骤1：变流器根据测量到的三相定子电压u_abc，经锁相环PLL计算输出发电机转速ω，如图2中10；发电机转速ω经低通滤波器LPF运算得到滤波转速ω_f，如图2中11；

步骤2：步骤1锁相环输出的发电机转速ω与滤波转速ω_f进行减法运算，得到转速偏差△_ω，如图2中20；转速偏差△_ω代数累加得到转速代数和累计偏差∑e₁，如图2中23；转速偏差△_ω绝对值累加得到转速绝对值累计偏差∑e₂，如图2中21、22；转速代数和累计偏差∑e₁与转速绝对值累计偏差∑e₂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∑e₁和转速绝对值累计偏差∑e₂执行一次清0操作，如图2中25；比较转速代数和累计偏差∑e₁与转速绝对值累计偏差∑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，如图2中26、27，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在低频振荡隐患，一方面自动投入本发明的传动链低频振荡抑制策略；

步骤3：步骤1输出的滤波转速ω_f，经微分运算后得到转速微分如图2中30；转速微分乘以比例系数K_p得到附加阻尼功率P_damp，如图2中31；附加阻尼功率P_damp与主控给定有功功率指令P_ctrl叠加，得到变流器执行有功功率P_conv，如图2中50、51；

步骤4：当步骤2输出的风电机组传动链低频振荡告警信号Vibr_Alarm无效时，将步骤3中的比例系数K_p置为0，此时附加阻尼功率P_damp为0，变流器执行有功功率P_conv等于主控给定有功功率指令P_ctrl。

Claims (2)

1.一种抑制风电机组传动链低频振荡的方法，其特征在于：所述的抑制风电机组传动链低频振荡的方法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，实现传动链低频振荡检测；当检测到代数和累计偏差∑e₁与绝对值累计偏差∑e₂的差值超出误差阈值后，发出告警信号，并投入传动链低频振荡抑制策略；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，其中转速微分是由滤波转速ω_f经微分运算后得到；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。

2.根据权利要求1所述的抑制风电机组传动链低频振荡的方法，其特征在于：所述的抑制方法包含以下步骤：

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

步骤2：锁相环PLL输出的发电机瞬时转速ω与滤波转速ω_f进行减法运算，得到转速偏差Δω，转速偏差Δω代数累加得到转速代数和累计偏差∑e₁，转速偏差Δω绝对值累加得到转速绝对值累计偏差∑e₂；转速代数和累计偏差∑e₁与转速绝对值累计偏差∑e₂受周期复位信号Cycle-Reset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∑e₁和转速绝对值累计偏差∑e₂执行一次清0操作；当检测到转速代数和累计偏差∑e₁与转速绝对值累计偏差∑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在低频振荡隐患，一方面自动投入低频振荡抑制策略；

步骤3：所述步骤1输出的滤波转速ω_f，经微分运算后得到转速微分转速微分乘以比例系数K_p得到附加阻尼功率P_damp，附加阻尼功率P_damp与主控给定有功功率指令P_ctrl叠加得到变流器执行有功功率P_conv；

步骤4：当所述步骤2输出的风电机组传动链低频振荡告警信号Vibr_Alarm无效时，将所述步骤3中的比例系数K_p置为0，这时附加阻尼功率P_damp为0，变流器执行有功功率P_conv等于主控给定有功功率指令P_ctrl。