[發明專利]一種提高直驅動風電機組機械傳動鏈運行穩定性的方法

有效

• 申請號: 201310370154.5
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN103457528A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 張磊;趙大偉;姜達軍;王湘艷;朱凌志;陳寧;錢敏慧;趙亮;葛路明
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及一種提高機械傳動鏈運行穩定性的方法，具體講涉及一種提高直驅動風電機組機械傳動鏈運行穩定性的方法。

背景技術

近年來，變速恒頻風力發電技術已成為新能源發電領域的研究熱點；相比恒速恒頻風電機組，變速恒頻風電機組可以通過變流器控制發電機轉速，在較寬的風速變化范圍內實現最大風能捕獲，使風能利用率大幅提高。目前主流的變速恒頻風電機組包括基于雙饋異步發電機的雙饋風電機組和基于同步發電機的直驅風電機組；

直驅風電機組采用全功率變流器與電網直接相連，能夠在電網故障情況下，快速向電網提供無功功率，支撐電網電壓；直驅風電機組機械傳動鏈是實現能量傳遞和轉換的復雜裝置，一般由風力機槳葉片、輪轂和發電機轉子部件構成。直驅風電機組的長度不及常規汽輪發電機組，但其剛度卻比后者低很多；且直驅風電機組沒有齒輪箱，電機直徑較大，慣量雖遠低于風力機，但相較同等容量的1對極或2對極的發電機卻大了很多；這些因素都將使機械傳動鏈的柔性在暫態過程中呈現出來。當負荷變化或電網運行出現異常時，風電機組向電網輸出的電功率變化迅速，然而由于變槳、偏航等執行機構的限制，風電機組機械部分的反應速度緩慢，使得機械傳動鏈的驅動轉矩與制動轉矩不平衡，造成機組轉速的變化，從而使機械傳動鏈發生一定程度的扭曲或松弛，影響其壽命，同時可能對并網點電壓、發電機電流、功率等產生一定的影響。

風力機向發電機輸入的機械功率與變流器向電網輸出的電氣功率之間的不平衡引起轉速振蕩，從而引發機械傳動鏈扭曲或松弛；抑制轉速振蕩最直接簡便的方法是控制風力機向發電機輸入的機械功率或變流器向電網輸出的電氣功率。對于前者，由于機械執行機構反應緩慢，且槳距角控制系統的設計需考慮發電機組軸系的動態特性，難以實現；對于后者，轉速的振蕩雖然能夠較快得到緩解，但這將會引起向電網輸送的有功功率發生振蕩，影響電能質量，給電網運行的其他環節帶來壓力。為了克服上述現有技術的不足，本發明提出了一種提高直驅動風電機組機械傳動鏈運行穩定性的方法。

發明內容

為了滿足現有技術的需要，本發明提供了一種提高直驅動風電機組機械傳動鏈運行穩定性的方法；數據采集卡實時采集直驅風電機組的運行變量X；所述運行變量X包括發電機轉速、發電機輸出的有功功率和發電機機端母線頻率；所述方法包括下述步驟：

步驟1：依據所述運行變量X和所述機械傳動鏈的機械特性設計機械傳動鏈穩定系統；

步驟2：所述機械傳動鏈穩定系統對所述運行變量X進行濾波處理；

步驟3：所述機械傳動鏈穩定系統對直驅風電機組變流器的直流電容端電壓參考值U_dcref進行動態補償。

優選的，所述步驟1中的所述機械傳動鏈穩定系統包括依次串聯連接在所述數據采集卡和所述變流器之間的帶通濾波器和阻尼控制器；

優選的，所述帶通濾波器對所述運行變量X進行所述濾波處理；所述阻尼控制器輸出補償電壓ΔU_dc對所述直流電容端電壓參考值U_dcref進行動態補償；所述步驟3中的所述直流電容端電壓參考值U_dcref動態補償控制包括：

步驟3-1：所述運行變量X不發生波動時，所述補償電壓ΔU_dc的值為零；所述直流電容端的實際電壓U_dc穩定跟蹤所述電壓參考值U_dcref，所述機組機械傳動鏈穩定運行；

步驟3-2：所述運行變量X發生波動時，所述機械傳動鏈穩定系統實時輸出與所述運行變量X的波動變化值ΔX相應的所述補償電壓ΔU_dc；所述直流電容端的實際電壓U_dc實時跟蹤所述電壓參考值U_dcref與所述補償電壓ΔU_dc的和；若所述補償電壓ΔU_dc升高，機械傳動鏈產生的與所述波動變化值ΔX相應的機械能轉換為電能儲存在所述變流器的直流電容中；若所述補償電壓ΔU_dc降低，所述直流電容向電網釋放與所述波動變化值ΔX相應的電能，從而保證所述機組機械傳動鏈穩定運行；

優選的，所述帶通濾波器的中心頻率為所述機械傳動鏈的固有振蕩頻率f_N；所述帶通濾波器的帶寬f_b為所述固有振蕩頻率f_N的0.14倍；