永磁同步风力发电系统附加虚拟阻尼控制仿真及验证.pdf

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1、第32卷2016正第15期8月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．15Aug．201689永磁同步风力发电系统附加虚拟阻尼控制仿真及验证刘军，周飞航，黄杨(西安理工大学自动化学院，西安710048)摘要：永磁同步风电机组(permanentmagnetsynchronousgenerator，PMSG)传动轴的扭振不仅会增加轴系的疲劳损害，严重时还会影响风电机组(windturbinegenerator，WTG)I拘稳定陛、减少机组的使用寿命

2、。为了保证风电机组高效、稳定运行，有效抑制轴系扭振，该文详细阐述了永磁同步风电系统功率控制的基本控制策略，重点探讨与分析了控制参数与轴系阻尼对系统稳定性及轴系扭振的影响。总结出：当控制参数选择的不合适，会导致轴系扭振失稳；轴系阻尼能抑制扭振，并能够提高系统稳定裕度。基于此，该文提出一种附加虚拟阻尼的控制方法，通过在口轴电流控制环注入相应的阻尼的补偿电流，等效于引入阻尼补偿转矩、增加了轴系阻尼。所提控制策略对于抑制轴系扭振、增强机组的稳定性、增加机组的使用寿命，具有一定的现实意义与实用价值，可在轴系阻尼现实不足的情况下，可通过附加虚拟阻尼来增强轴系

3、阻尼，进而对轴系扭振进行有效抑制。关键词：风能；发电机；阻尼；永磁同步风力发电系统；控制参数；扭振；稳定裕度doi：10．11975，j．issn．1002—6819．2016．15．013中图分类号：TM77文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一15—0089—08刘军，周飞航，黄杨．永磁同步风力发电系统附加虚拟阻尼控制仿真及验证【J】．农业工程学报，2016，32(15)：89—96．doi：10．11975，j．issn．1002—6819．2016．15．013http：Hwww．tcsae．orgLiuJun，Zhou

4、Feihang，HuangYang．Simulationandvalidationofadditionalvirtualdampingcontrolofpermanentmagnetsynchronouswindpowersystem[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(15)：89—96．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975／j．issn．1002—68

5、19．2016．15．013http：／／www．tcsae．O唱0引言风力发电是当今增长最快的可再生能源n1。目前，单机容量大型化成为全球风力发电技术的发展趋势。大型风电机组的塔架、风轮和传动轴系直径相对于中小型机组要大得多。直驱永磁同步风力发电机(direct．drivepermanentmagnetsynchronousgenerator，D—DPMSG)由于没有了变速箱和励磁控制系统，所以具有更高的可靠性，其效率也比其他发电机高，逐渐成为了风力发电系统的首选m，。直驱式发电机一般采用多极对数结构，故轴系尺寸较大，其柔性是不可忽略的。轴系柔

6、性会引发轴系扭振，增加轴系负荷，导致轴系机械疲劳，并能影响系统的稳定性。当风速发生变化时，由于轴系的柔性和风力机与发电机输出转矩的不平衡，会导致发电机转速产生频率较低的谐振n。，。谐振将会增加轴系疲劳损害、引起发电机输出功率低频振荡、诱发扭振、严重影响风电系统的稳定性”。6，。近年来，人们对风电系统的研究主要集中在如何提高风力发电机的容量、研究新颖的拓扑结构与新型的控制策略。新型的控制策略可以在不增加额外硬件的情况下，起到与之几乎相同的控制效果。这样既节约了成本，又具有更高的可靠性。所以，人们针对新型控制策略的研究将会收稿日期：2015一ll—0

7、4修订日期：2016-04—25基金项目：西安市科技计划(CXl250)；陕西省教育厅基金项目资助(2010JK725)作者简介：刘军，男，陕西西安，教授，博士生导师，主要从事风力发电系统控制策略，智能控制。西安西安理工大学自动化学院，710048。E—mail：liujun03l0@sina．com越来越深入。文献[3]、[4]、[7卜111]针对轴系柔性引发的扭振问题，首先分析了系统的小信号稳定性，通过在发电机转矩控制处引人与转速的小信号量成正比的补偿项，来抑制扭振。然而，这一方法必须以获取准确的小信号量为前提。文献[5]通过转矩补偿控制器来

8、抑制扭振。该方法通过设计带通滤波器提取发电机转速中的低频分量，再经相位补偿之后，将之作为前馈项加入到转矩控制环中，从而有效抑制了轴系扭振