【精彩论文】考虑整机转矩控制的双馈风机轴系扭振机理分析及抑制策略

观点凝练

摘要：双馈风电机组轴系模型可等效为风力机质块经柔性轴与发电机质块连接，其轴系柔性较大，阻尼较低，现场存在轴系扭振现象。提出将整机转矩控制嵌入双馈风机两质量块数学模型中，并进行小信号线性化，得到适用于轴系动态特性分析的双馈风电机组机电小信号模型，基于该模型开展扭振机理分析和抑制策略设计。双馈风机轴系扭振本质原因是电磁转矩与发电机转速在扭振频带的相角滞后为90°~270°，等效减小了发电机质块的阻尼甚至使其为负阻尼。通过调整整机转矩控制滞后或增加传动链阻尼，间接实现增加发电机质块阻尼，从而抑制扭振。基于实际双馈风机机械轴系特性搭建模型，对轴系扭振进行时域仿真分析及抑制策略验证，并对现场一台2 MW机组进行抑制效果测试，结果显示：转矩控制调整后轴系振荡被有效抑制。
结论：针对双馈风机轴系扭振问题，本文提出将整机转矩控制嵌入双馈风机两质量块数学模型中并进行小信号线性化，基于该小信号模型开展扭振机理分析、抑制策略设计。

双馈风机轴系扭振本质原因是电磁转矩与发电机转速在扭振频带的相角偏差在90~270°之间，等效减小了发电机质块的阻尼甚至使其为负阻尼。从数学模型的角度说，整机转矩控制环节影响了系统的特征值分布，当转速滤波截止频率较低时，系统出现了实部为正的特征值，系统不稳定。

抑制扭振需要调整整机转矩控制滞后或增加传动链阻尼以间接实现增加发电机质块阻尼。本文基于实际双馈风机机械轴系特性搭建模型，对轴系扭振现象进行时域仿真分析及抑制策略验证，并在现场一台2 MW机组进行抑制效果测试，转矩控制调整后轴系振荡被有效抑制。

引文信息

孙素娟, 霍乾涛, 孙立鑫, 等. 考虑整机转矩控制的双馈风机轴系扭振机理分析及抑制策略[J]. 中国电力, 2022, 55(5): 39-46.SUN Sujuan, HUO Qiantao, SUN Lixin, et al. Mechanism analysis and suppression strategy of torsional vibrations of dfig shaft system considering torque control of wind turbine[J]. Electric Power, 2022, 55(5): 39-46.

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编辑：杨彪、于静茹

校对：蒋东方

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