双馈风电机组控制策略与传动链加阻研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第4期(总第179期)机械工程与自动化NO．42013年8月MECHANICALENGINEERING&AUT()MATI()NAug．文章编号：1672-6413(2013)04-0155—02双馈风电机组控制策略及传动链加阻研究姚振南，高俊云，连晋华(太原重X-股份有限公司技术中心，山西太原030024)摘要：采用GHBladed软件对某3Mw风电机组建立数学模型。讨论了大型双馈武变速变桨风电机组控制策略，阐明机组传动链的小阻尼特性。论述了在控制器中加入传动链阻尼环节的原理和方法，应用MAT—LAB进行系统

2、仿真，通过发电机扭矩到低速轴扭矩的阶跃响应分析证明了传动链加阻的有效性。关键词：风电机组；控制；传动链；加阻中图分类号：TK83：TP391．9文献标识码：A0引言MW双馈风电机组对风电机组的控制策略进行讨论。O00OOOOOOOO随着大型风电机组设计技术的不断提高，机组额根据风电机组空气动力学理论，功率系数(即风能定功率已达到多兆瓦级，风轮直径和塔架高度都已超利用系数)是叶尖速比和桨距角p的函数。—过100m，塔架和叶片的固有频率逐渐下降，刚度越来曲线表示的是在风电机组运行过程中风能利用系数越小，机组设计及控制复杂程度越来越大。与风轮叶尖速比之

3、间的关系，实质上它所反映的是叶目前，风电机组从结构上讲主要可分为双馈式和片的一种气动性能，表明此种叶片捕获风能的能力。直驱式2种，大都采用变速变桨、水平轴、三叶片、上风图1为不同桨距角J8下的C一曲线。向设计。对于双馈式风电机组，从功能上区分，可分为空气动力、传动、电气、控制等4个子系统。由于运行⋯⋯⋯，卜三⋯过程中，风电机组受空气动力载荷、重力载荷、惯性载荷(离心力和陀螺力)、操纵载荷等的综合作用，各部件⋯i日⋯一在整个寿命周期内承受着冲击性和随机性的载素薹／／ii＼荷[1]。因此，保证机组的安全运行成为控制系统的鲁l卜、⋯⋯艄口：基本功能。而

4、为了能够尽可能多地捕获风能，并将机械载荷和疲劳载荷控制在合理的范围，必须采用优化两＼的控制策略，设计性能优良的控制系统。口投0。i＼1变速变桨风电机组运行控制策略由于大型风力发电机组体积庞大、结构复杂，是一个连续随机的非线性多变量系统，直接建立模型比较图1不同桨距角下的—曲线困难。目前，主要采用国内外广泛运用的权威风力发由图1可见：①在某一特定的桨距角卢下，不管叶电机组仿真软件GHBladed获取风力发电机组的数尖速比如何变化，仅存在唯一的风能利用系数最大值学模型，对转矩控制及变桨控制系统分别采用C，且仅有0．5左右；②当叶尖速比入任取一值时，M

5、ATLAB软件进行系统仿真，根据伯德图和根轨迹仅当叶片桨距角一0。附近的功率系数C具有最大图综合考虑系统响应的稳定性和快速性，选择最佳的值，随着桨距角J9不断增大，功率系数C迅速减小。PID控制参数。同时根据系统在不同频率段的响应特据此可得到风电机组变速变桨运行的控制方式：性，必要时在反馈回路增加滤波或陷波环节，以避免系在低风速区(低于额定风速)，机组未达到满发，保持最统产生扭振或谐振现象，从而减小机械结构的疲劳载佳桨距角不变，采用最佳叶尖速比控制，通过变流器调荷，提高机械系统的安全性和使用寿命。本文结合某3节发电机电磁转矩使风轮转速跟随风速变化

6、，使功率收稿日期：2013—02—28I修回日期t2013—03—08作者简介：姚振南(1958一)，男，山西芮城人，高级工程师，本科，主要从事电气控制及自动化方面的工作。学兔兔www.xuetutu.com·156·机械工程与自动化2013年第4期系数尽量保持最大，吸收最多的风能；当达到额定风速尼。在控制器设计中加入传动链阻尼环节就是一种非以上时，机组达到满发，通过变桨系统改变桨距角，保常有效的方法Ⅲ。持吸收风能的恒定，使机组运行在满发状态。图2为风电机组功率曲线。由图2可见，变速变桨风电机组的运行状态可以划分为以下4个阶段：I空转阶段，此时风

7、速小于切入风速，机组不能发电；Ⅱ部分功率发电阶段，此时风速在切人风速和额定风速之间；Ⅲ满功率发电阶段，此时风速在额定风速和切出风速之间；IV停机阶段，此时风速大于切出风速，机组图3双馈风电机组传动链示薏图不工作。2．2传动链阻尼环节基本原理根据对机组模型的耦合振动分析，对机组传动链3000扭转振动贡献最大的除传动链扭振模态外，还有叶片2500-●●●●●●●●●●●．面内二阶整体模态、塔架左右摆动二阶模态等。控制}器的传动链阻尼环节设计，是将发电机转速测量信号通一’2000●_⋯I过带通滤波器后，经移相、增益处理，在发电机给定转矩＼醑1500●_

8、●●●●●上附加一个与扭振速度反相的额外转矩，从而加大整个传动链的等效阻尼，有效抑制传动链扭转振动[5]。1000●●●●●●l⋯图4为