本发明专利技术提出了一种抑制直驱风力发电机组振动的系统和方法，属于兆瓦级直驱永磁风力发电机组控制领域。本发明专利技术的系统包括：变流装置、风机主控制器（ＷＴＣ），其中变流装置包括变流器、带通滤波器和阻尼控制器。变流器为全功率变流器，其整流环节为由可控器件ＩＧＢＴ组成的主动整流方式，控制上采用转子磁场定向控制（ＦＯＣ）。本发明专利技术通过在变流装置中增加了带通滤波器和阻尼控制器，当机组产生振动时，阻尼控制器会输出补偿转矩，从而能够有效减轻机组的振动，提高机组的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于兆瓦级永 磁直驱风力发电机组控制领域。
技术介绍
对于变速变桨的直驱永磁风力发电机组，叶轮与发电机直接相连，中间省 去了齿轮箱这一传动部件，.具有结构简单、易于维护等诸多优点。目前，直驱 型风力发电机组采用多极同步电机，将电机定子绕组输出直接连接到变流器上， 由变流器将电机输出变化的电压或电流转换为和接入电网相匹配的电压和频 率，但是主要由于以下原因，风机容易产生振动(1) 永磁发电机极数较多、直径大，与2极或4极发电机相比，其转动惯 量较高。随着极对数增加，电机的有效轴刚度在减小，也就是机组传动系的机 械扭转变化对应着发电机电旋转角度的较大变化，这对变流器的影响很大。(2) 发电机需要通过全功率变流器与电网相连，发电机出口处的电频率是随着发电机转速的变化而变化的，不受电网频率的约束。同时，由于永磁同步 发电机本身没有阻尼绕组，在发电机转速出现振荡时，自身不能产生起具有阻 尼作用的转矩。(3) 从传动系的角度来看，齿轮箱具有弹性支撑，能够增加整个传动系统 的阻尼，减轻振动。直驱机组由于没有齿轮箱，其传动系统的阻尼很小。(4) 载荷的变化、风的变化都可能使传动系产生微小的振荡，它会被变流 器放大，反过来作为外部激励作用到电机和叶轮系统上。当激励频率接近机组 某部件的固有频率时，诱发不稳定的受迫振动。特别是叶片，其作为风能的吸 收部件，受风和载荷的影响最大， 一旦叶片和变流器控制发生耦合，在控制回路中不断放大传动系起初的微小振荡，整个机组发生自激振荡。为了抑制机组振动，可以从以下两个方面考虑去解决(1)发电机的输入 转矩，即叶轮系统捕获的风能经过转轴而后作用在发电机上的机械能；(2)发 电机输出到变流器的电磁转矩。风机吸收的风能虽然可以依靠变桨系统进行调 节，但是由于风是时刻都在变化的，而且叶轮系统自身也会产生扰动，因此依 靠控制输入到发电机的机械能来抑制振荡是比较困难的，较为可行的方法是通 过控制发电机的输出转矩来衰减振荡以实现机组的稳定运行。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种可以有效地衰减或消减永磁直驱风力 发电机组的振动的系统和方法。本专利技术所述的一种抑制直驱风力发电机组的振动的系统包括变流装置和 风机主控制器(WTC)，其中变流装置包括变流器、带通滤波器(BP)和阻尼 控制器(Damper)。变流器为全功率变流器(PWM)，其整流环节为由可控器件 IGBT组成的主动整流方式，控制上采用转子磁场定向控制(FOC)。本专利技术采用的抑制直驱风力发电机组的振动的系统使用的方法是通过以下 步骤实现的-第一，采用无速度传感器矢量控制(Sensorless Control),根据发电机输出 的三相电流/ ,,;人得到轴频率/,，也就是转子磁场的旋转速度，对其进行积分， 可以得到转子磁场的位置角《。第二，根据这一位置角《，通过对发电机定子三相电流m进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的变换，得到转矩电流分量/《和励磁电流分量/d ， 这两个分量作为电流闭环控制的反馈量。第三，风机主控制器(WTC)根据其控制策略，对应于每一转速会发出一个扭矩指令7>_，给变流装置。第四，扭矩指令r—，经过Pl控制器后得到转矩电流』 。第五，当振荡发生时，带通滤波器(bp)识别出发电机转轴频率y; (Shaftfrequency)中需要抑制的振荡频率。第六，阻尼控制器(Damper)产生一个与转矩电流/一 "，相应的频率。 第七，补偿转矩电流/^，,与经由主控制器(WTC)发出的转矩电流指令相加的和作为转矩电流控制指令^/ 。第八，对转矩电流/,的偏差和励磁电流/d的偏差(-/,+/~)进行 PI控制，得到电压参考信号和。第九，利用电压参考信号t/^和f/^,这两个控制指令，结合转子磁场位置《 和直流母线电压Kc，通过空间矢量调制，得到控制变流装置开关状态的脉冲信 号(Pulse )。第十，变流装置根据接收的脉冲信号(Pulse)进行主动整流，从而对发电 机进行控制，输出电能。图2中A点之前没有加入阻尼控制器，可以看出此时发电机轴频率也就是 转速发生强烈高频振荡，在A点切换到新控制器，A点之后，从转矩电流参考 值/-上可以看到，阻尼控制器一直在起作用，不断产生补偿转矩，发电机轴频 率的振动得到了很好的抑制。图3和图4为机组发生振动时机组x方向和y方向振动加速度的频谱图， 可以看出机组在0.68 p.u.附近发生了强烈振动。图5和图6为采用本专利技术后，机组x方向和y方向振动加速度的频谱图， 之前强烈的高频振动明显消除，说明本技术的系统和装置对于抑制兆瓦级 直驱永磁发电机组的振动是很有效的。综上所述，本专利技术可以产生以下积极效果在实现对发电机控制传输电能 的同时，由于引入了阻尼控制，起到增加传动系统阻尼的作用，能够有效抑制 机组的振动。此外，该装置结构简单、只需要在原有变流器控制的基础上增加 一部分控制元件，无需额外的硬件投入，便于调试，具有很好的实用价值和现^c^&3C 。附图说明图1是本专利技术的控制系统原理图2是采用本专利技术后发电机的转速与q轴电流/,的变化情况； 图3是采用本专利技术前机组X方向振动加速度的频谱图； 图4是采用本专利技术前机组y方向振动加速度的频谱图； 图5是采用本专利技术后机组x方向振动加速度的频谱图； 图6是采用本专利技术后机组y方向振动加速度的频谱图。 具体实施例方式下面参照图1对本专利技术的控制系统和方法做一说明-第一，采用无速度传感器矢量控制，根据发电机输出的三相电流m得到 轴频率/,，也就是转子磁场的旋转速度，对其进行积分，可以得到转子磁场的 位置角《。第二，根据这一位置角&，通过对发电机定子三相电流m进行三相静止 坐标系到两相同步旋转坐标系的变换，得到转矩电流分量/,和励磁电流分量/d， 这两个分量作为电流闭环控制的反馈量。第三，风机主控制器(WTC)根据其控制策略，对应于每一转速会发出一个扭矩指令r一, ^给变流装置。第四，扭矩指令7>。m,c经过PI控制器后得到转矩电流。第五，当振荡发生时，带通滤波器(BP)识别出发电机转轴频率力(Shaft frequency)中需要抑制的振荡频率。第六，阻尼控制器(Damper)产生一个与转矩电流i一，,相应的频率。第七，补偿转矩电流，与经由主控发出的转矩电流指令~ref相加的 和作为转矩电流控制指令^,。第八，对转矩电流/《的偏差(、+ W)和励磁电流/d的偏差(",+W)进行 PI控制，得到电压参考信号c/^和c/^。第九，利用电压参考信号^^和f/一这两个控制指令，结合转子磁场位置《 和直流母线电压C^，通过空间矢量调制，得到控制变流装置开关状态的脉冲信 号(Pulse)。第十，变流装置根据接收的脉冲信号(Pulse)进行主动整流，从而对发电 机进行控制，输出电能。权利要求1、一种抑制直驱风力发电机组振动的方法，其特征为振荡发生时，由带通滤波器(BP)识别发电机转轴频率fr(Shaft frequency)中需要抑制的振荡频率，并由阻尼控制器(Damper)产生一个与振荡频率相应的转矩电流iqref_comp；该转矩电流iqref_comp与经由主控制器(WTC)发出的转矩电流指令iqref_fromWTC本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抑制直驱风力发电机组振动的方法，其特征为：振荡发生时，由带通滤波器（ＢＰ）识别发电机转轴频率ｆ↓［ｒ］（Ｓｈａｆｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）中需要抑制的振荡频率，并由阻尼控制器（Ｄａｍｐｅｒ）产生一个与振荡频率相应的转矩电流ｉ↓［ｑｒｅｆ＿ｃｏｍｐ］；该转矩电流ｉ↓［ｑｒｅｆ＿ｃｏｍｐ］与经由主控制器（ＷＴＣ）发出的转矩电流指令ｉ↓［ｑｒｅｆ＿ｆｒｏｍＷＴＣ］相加的和作为转矩电流控制指令ｉ↓［ｑｒｅｆ］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐浩，
申请(专利权)人：新疆金风科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：65[中国|新疆]
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