[發(fā)明專利]一種風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩脈動優(yōu)化設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911282142.0
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN110932322B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊靜;韓花麗;劉亞林;陳薛梅;熊力;劉增里;母芝驗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團海裝風(fēng)電股份有限公司;中國船舶集團有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/00;H02P101/15
• 代理公司: 重慶棱鏡智慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50222
• 代理人: 李興寰

本發(fā)明提供的一種風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩脈動優(yōu)化設(shè)計方法，在明確變流器初步方案和發(fā)電機初步方案的前提下，通過MATLAB工具仿真得出機側(cè)變流器三相電流諧波含量，將機側(cè)變流器三相電流諧波含量作為發(fā)電機輸入激勵源，基于Ansoft仿真發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩脈動情況，如轉(zhuǎn)矩脈動≤5%，則確定變流器與發(fā)電機技術(shù)方案，否則需要反復(fù)迭代、修正變流器和/或發(fā)電機設(shè)計方案，直至轉(zhuǎn)矩脈動滿足機組設(shè)計要求。本方法，通過在機組設(shè)計之初通過仿真手段確定所設(shè)計的變流器及發(fā)電機完全滿足機組使用需求，實現(xiàn)發(fā)電機與變流器的協(xié)同設(shè)計、匹配設(shè)計，以有效的降低變流器電流諧波引起機組的轉(zhuǎn)矩脈動，減輕轉(zhuǎn)矩脈動對發(fā)電機及機組傳動鏈運行的影響，保證風(fēng)力發(fā)電機組正常穩(wěn)定運行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩脈動優(yōu)化設(shè)計方法。

背景技術(shù)

隨著大功率風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)展，基于IGCT等功率器件的中壓大功率風(fēng)電變流器，因其結(jié)構(gòu)簡單、容易控制、性能穩(wěn)定、電壓等級高、單機容量大、電能質(zhì)量好、可靠性高、故障率低等優(yōu)點，越來越受到整機廠商的青睞，但受其功率器件開關(guān)頻率較低的影響，其表現(xiàn)出的電流諧波含量較傳統(tǒng)的低壓變流器偏大，導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)矩脈動較大，較大的轉(zhuǎn)矩脈動嚴重時將影響發(fā)電機的正常運行，甚至存在因轉(zhuǎn)矩脈動較大引起機組傳動鏈共振，損壞發(fā)電機軸承，損壞機組傳動鏈的風(fēng)險，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，在設(shè)計風(fēng)力發(fā)電機組的過程中，必須要考慮發(fā)電機與變流器的匹配設(shè)計問題，通過技術(shù)手段減小機組轉(zhuǎn)矩脈動，保證風(fēng)力發(fā)電機組正常穩(wěn)定運行。

風(fēng)電變流器功率器件的快速開通、關(guān)斷過程中將不可避免的產(chǎn)生電流諧波，該電流諧波作為風(fēng)力發(fā)電機輸入的激勵源，將引起發(fā)電機輸入轉(zhuǎn)矩的持續(xù)波動，即引起發(fā)電機轉(zhuǎn)矩脈動(主要包括諧波轉(zhuǎn)矩脈動及齒槽轉(zhuǎn)矩脈動，其中，諧波轉(zhuǎn)矩脈動主要由變流器引起，齒槽轉(zhuǎn)矩脈動受發(fā)電機設(shè)計方案影響，比如采用直槽(直極)設(shè)計通常齒槽轉(zhuǎn)矩脈動較大，采用斜槽(斜極)設(shè)計齒槽轉(zhuǎn)矩脈動較小)。

此前，針對風(fēng)電機組設(shè)計過程中由于變流器電流諧波引起的轉(zhuǎn)矩脈動問題，低壓發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計方法通常是，在確定電機參數(shù)的前提下，通過相關(guān)仿真軟件分析得出變流器電流諧波含量，結(jié)合變流器自身的控制算法，再加上在變流器機側(cè)設(shè)計相應(yīng)的濾波器(有時還設(shè)計有陷波器，目的是消除特定次諧波)，把變流器輸出電流諧波含量控制在較低水平，通常不需要再校核該電流諧波引起的轉(zhuǎn)矩脈動對發(fā)電機及傳動鏈等的影響，該方法得益于低壓變流器功率器件開關(guān)頻率較高，通常可達2～3K的開關(guān)頻率(甚至更高)，因此可將電流諧波含量控制在較低水平，較低的電流諧波含量所引起的電磁轉(zhuǎn)矩脈動較小，根據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗，不會對發(fā)電機及傳動鏈的運行造成影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供的一種風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩脈動優(yōu)化設(shè)計方法，以解決采用中壓大功率風(fēng)電機組方案時，發(fā)電機不可避免會由于變流器電流諧波含量較高引起發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩脈動較大的技術(shù)問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩脈動優(yōu)化設(shè)計方法，包括如下步驟：

S1、設(shè)計發(fā)電機初步方案，并基于Ansoft建立發(fā)電機三維模型；

S2、設(shè)計變流器初步方案，并基于MATLAB建立變流器三維模型，將發(fā)電機等效參數(shù)作為變流器模型的輸入，聯(lián)合仿真得出機側(cè)變流器三相電流諧波含量；

S3、將所述機側(cè)變流器三相電流諧波含量作為激勵源加入Ansoft中的所述發(fā)電機三維模型中進行發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動聯(lián)合仿真，得到發(fā)電機轉(zhuǎn)矩脈動波形圖以及發(fā)電機轉(zhuǎn)矩脈動；

S4、若所述轉(zhuǎn)矩脈動5％，則重新調(diào)整所述變流器初步方案，并重復(fù)上述步驟S2→S3；

若所述轉(zhuǎn)矩脈動≤5％，則確定發(fā)電機設(shè)計方案和變流器設(shè)計方案并結(jié)束仿真。

可選地，在步驟S4中，還包括同時調(diào)整發(fā)電機初步方案，并在重復(fù)步驟 S2→S3之前，先重復(fù)步驟S1。