一種風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的抑制方法
【專利摘要】為彌補(bǔ)現(xiàn)有風(fēng)電系統(tǒng)的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的抑制方法，通過(guò)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制有效的減小了脈動(dòng)幅值；本發(fā)明對(duì)風(fēng)剪塔影信號(hào)的提取，創(chuàng)造性的用實(shí)際的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)剪塔影信號(hào)來(lái)代替理論公式推導(dǎo)的信號(hào)，排除了由于地形和干擾等因素對(duì)信號(hào)的影響。有效抑制了風(fēng)剪塔影效應(yīng)所導(dǎo)致的雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩與功率脈動(dòng)。有益的技術(shù)效果：本發(fā)明可以顯著的抑制由風(fēng)剪塔影效應(yīng)帶來(lái)的轉(zhuǎn)矩和功率脈動(dòng)，且由于由風(fēng)剪塔影效應(yīng)造成的電磁轉(zhuǎn)矩和功率脈動(dòng)量顯著減小，可以有效的保護(hù)機(jī)械部分，延長(zhǎng)其使用壽命，最大限度的保證其可靠運(yùn)行，提高了向電網(wǎng)傳輸?shù)碾娔苜|(zhì)量。
【專利說(shuō)明】—種風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電作為一種有效的可再生能源利用形式，近年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注，雙饋風(fēng)電系統(tǒng)由于風(fēng)剪切塔影產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)造成機(jī)械部分如齒輪箱的機(jī)械疲勞，從而影響機(jī)械部分部件的壽命，使整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的維護(hù)工程量與維護(hù)成本上升，影響風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，風(fēng)剪切塔影會(huì)產(chǎn)生風(fēng)力機(jī)低速軸的氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，如不采取抑制措施，發(fā)動(dòng)機(jī)并網(wǎng)產(chǎn)生的功率脈動(dòng)會(huì)影響并網(wǎng)電能質(zhì)量和運(yùn)行穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的故障，因此抑制風(fēng)剪切塔影效應(yīng)造成的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是必要的。
[0003]文獻(xiàn)《SimulationModel of Wind Turbine 3p Torque Oscillations Due toWind Shear and Tower Shadow》定性地分析了風(fēng)剪、塔影效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的影響，而文獻(xiàn)《A Dynamic Wind Turbine Simulator of the windturbine generator system》也僅僅是描述了風(fēng)剪、塔影效應(yīng)以及對(duì)系統(tǒng)輸出功率的影響，然而，這些文獻(xiàn)并沒有研究如何抑制風(fēng)剪、塔影效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩和功率脈動(dòng)。文獻(xiàn)《Flicker Mitigation by Active Power Control of Variable-Speed Wind TurbinesWith Full-Scale Back-to-Back Power Converters》提出了一種基于直流電壓補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)剪塔影效應(yīng)功率脈動(dòng)抑制策略，但所提方案只適用于直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組，如將其方案應(yīng)用于雙饋風(fēng)電機(jī)組時(shí)，則對(duì)定子側(cè)的功率脈動(dòng)不能起到抑制作用。
[0004]綜上所述，針對(duì)風(fēng)剪塔影現(xiàn)象而引起的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的脈動(dòng)問題，現(xiàn)有技術(shù)尚無(wú)有效地解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為彌補(bǔ)現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的抑制方法，有效抑制了風(fēng)剪塔影效應(yīng)所導(dǎo)致的雙饋風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩與功率脈動(dòng):對(duì)于風(fēng)剪、塔影效應(yīng)引起的并網(wǎng)功率脈動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制的方式有效地減小脈動(dòng)的幅值。此外，本發(fā)明對(duì)風(fēng)剪塔影信號(hào)的提取，創(chuàng)造性的用實(shí)際的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)剪塔影信號(hào)來(lái)代替理論公式推導(dǎo)的信號(hào)，排除了由于地形和干擾等因素對(duì)信號(hào)的影響，能夠針對(duì)單一的風(fēng)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行逐一的精確、高效地控制。其具體方法步驟如下:一種針對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的抑制方法，所述的風(fēng)電系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)組件WT、聯(lián)軸器LZQ、雙饋電機(jī)DFIG、背靠背變流器VSR、電網(wǎng)平臺(tái)GRID和數(shù)字信號(hào)處理單元DSP組成；其中，通過(guò)聯(lián)軸器LZQ將風(fēng)葉組件WT與雙饋電機(jī)DFIG連接，并帶動(dòng)雙饋電機(jī)DFIG旋轉(zhuǎn)發(fā)電；雙饋電機(jī)DFIG產(chǎn)生的一路電流經(jīng)背靠背變流器VSR的整流后并入電網(wǎng)平臺(tái)GRID，雙饋電機(jī)DFIG產(chǎn)生的另一路電流直接并入電網(wǎng)平臺(tái)GRID ;背靠背變流器VSR與數(shù)字信號(hào)處理單元DSP連接且在矢量脈寬調(diào)制算法SVPWM的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行實(shí)時(shí)整流或逆變。[0006]本發(fā)明的具體步驟如下所述:
步驟一:獲取工作參數(shù)
每隔Tl時(shí)間獲取聯(lián)軸器LZQ和雙饋電機(jī)DFIG的工作參數(shù)，并輸送到數(shù)字信號(hào)處理單元DSP等待處理；數(shù)字信號(hào)處理單元DSP每隔20個(gè)采樣周期進(jìn)行一次采樣數(shù)值的平均；需要采樣的參數(shù)具體為:
自聯(lián)軸器LZQ處獲取聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速；
自雙饋電機(jī)DFIG處獲取雙饋電機(jī)的額定勵(lì)磁、雙饋電機(jī)定子電壓& ;
自雙饋電機(jī)DFIG處獲取雙饋電機(jī)定子的H C相的電壓值，依次為A相電壓值uA、B相電壓值Ub和C相電壓值Uc ;
自雙饋電機(jī)DFIG處獲取雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子的a、b、c相的電流值，依次為a相電流值ia、b相電流值ib和c相電流值ic ；
步驟二:設(shè)定轉(zhuǎn)子輸出功率
設(shè)定雙饋電機(jī)DFIG給定指令無(wú)功電流值“β和雙饋電機(jī)DFIG給定指令轉(zhuǎn)速值ω r* ；其中，作為雙饋電機(jī)DFIG給定指令無(wú)功電流值的范圍在100A~200A之間；作為雙饋電機(jī)DFIG給定指令轉(zhuǎn)速值cor*的范圍在800轉(zhuǎn)/分~1800轉(zhuǎn)/分之間；
步驟三:計(jì)算風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的頻率
由公式Zmo=M-W#/(60)獲得風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的頻率/_，其中，M為風(fēng)葉組件WT的風(fēng)葉數(shù)量，^wt為聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速；
將風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的頻率/^帶入公式獲得風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的角頻率ω。；
將風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的角頻率 '帶入公式/^Cs)=A^s/Cs2+?>/^+'2)，獲得帶通濾波器F{s);其中，I為濾波器的增益，'=2 Jifl5為風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的角頻率，Q為濾波器的品質(zhì)因素；
由公式夂=3*?5 Wsq-L1Mm) I (2*ZS)獲得雙饋電機(jī)定子有功功率慫，其中&為雙饋電機(jī)定子電壓，Wsq為雙饋電機(jī)的額定勵(lì)磁，為雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子無(wú)功電流，^為雙饋電機(jī)的定子和雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間的互感，4為雙饋電機(jī)的定子電感；
其中，Us的大小為定子的瓜AC相相電壓士、辦和Uc的幅值大小，Ψ3<1的大小為定子電壓K的幅值大小的l/?s倍，ω5=2ν/，/為電網(wǎng)頻率；
將所得到的雙饋電機(jī)有功功率及與帶通濾波器AG)相乘，獲得風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的脈動(dòng)
量;
步驟四:進(jìn)行相位幅值補(bǔ)償
將步驟三中獲得的風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的脈動(dòng)量與相位幅值補(bǔ)償單元G(S)相乘，獲得經(jīng)過(guò)延遲處理的脈動(dòng)量；
所述的相位幅值補(bǔ)償單元^Cs)為一階慣性環(huán)節(jié)，其公式為f Cs)=命/(7+s/1)，其中，時(shí)間常數(shù)Τ:\&?Φ / OJ^p -Kp為幅值補(bǔ)償系數(shù)；
步驟五:對(duì)有功功率進(jìn)行取反計(jì)算
將第步驟四中經(jīng)過(guò)延遲處理的脈動(dòng)量進(jìn)行取反處理，獲得經(jīng)過(guò)延遲和取反處理的脈動(dòng)量，其中，取反處理的公式為
步驟六:獲得雙饋電機(jī)的無(wú)功電壓指令信號(hào)Vrd*
將雙饋電機(jī)DFIG處獲取的雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子a、6、c相的電流值，即a相電流值ia、b相電流值ib和c相電流值ic進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得雙饋電機(jī)DFIG的實(shí)際無(wú)功電流值ird和雙饋電機(jī)DFIG的實(shí)際有功電流值irq ；
進(jìn)行坐標(biāo)變換的公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的抑制方法，所述的風(fēng)電系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)組件WT、聯(lián)軸器LZQ、雙饋電機(jī)DFIG、背靠背變流器VSR、電網(wǎng)平臺(tái)GRID和數(shù)字信號(hào)處理單元DSP組成；其中，通過(guò)聯(lián)軸器LZQ將風(fēng)葉組件WT與雙饋電機(jī)DFIG連接，并帶動(dòng)雙饋電機(jī)DFIG旋轉(zhuǎn)發(fā)電；雙饋電機(jī)DFIG產(chǎn)生的一路電流經(jīng)背靠背變流器VSR的整流后并入電網(wǎng)平臺(tái)GRID，雙饋電機(jī)DFIG產(chǎn)生的另一路電流直接并入電網(wǎng)平臺(tái)GRID ;背靠背變流器VSR與數(shù)字信號(hào)處理單元DSP連接且在矢量脈寬調(diào)制算法SVPWM的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行實(shí)時(shí)整流或逆變；其特征在于，按如下的步驟進(jìn)行: 步驟一:獲取工作參數(shù) 每隔Tl時(shí)間獲取聯(lián)軸器LZQ和雙饋電機(jī)DFIG的工作參數(shù)，并輸送到數(shù)字信號(hào)處理單元DSP等待處理；數(shù)字信號(hào)處理單元DSP每隔20個(gè)采樣周期進(jìn)行一次采樣數(shù)值的平均；需要采樣的參數(shù)具體為: 自聯(lián)軸器LZQ處獲取聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速； 自雙饋電機(jī)DFIG處獲取雙饋電機(jī)的額定勵(lì)磁、雙饋電機(jī)定子電壓& ; 自雙饋電機(jī)DFIG處獲取雙饋電機(jī)定子的H C相的電壓值，依次為A相電壓值uA、B相電壓值Ub和C相電壓值Uc ; 自雙饋電機(jī)DFIG處獲取雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子的a、b、c相的電流值，依次為a相電流值ia、b相電流值ib和c相電流值ic ； 步驟二:設(shè)定轉(zhuǎn)子輸出功率 設(shè)定雙饋電機(jī)DFIG給定指令無(wú)功電流值“β和雙饋電機(jī)DFIG給定指令轉(zhuǎn)速值ω r* ；其中，作為雙饋電機(jī)DFIG給定指令無(wú)功電流值的范圍在100A~200A之間；作為雙饋電機(jī)DFIG給定指令轉(zhuǎn)速值cor*的范圍在800轉(zhuǎn)/分~1800轉(zhuǎn)/分之間； 步驟三:計(jì)算風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的頻率 由公式Zmo=M-W#/(60)獲得風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的頻率/_，其中，M為風(fēng)葉組件WT的風(fēng)葉數(shù)量，^wt為聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速； 將風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的頻率/^帶入公式獲得風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的角頻率ω。； 將風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的角頻率 '帶入公式/^Cs)=A^s/Cs2+?>/^+'2)，獲得帶通濾波器F{s);其中，I為濾波器的增益，'=2 Jifl5為風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的角頻率，Q為濾波器的品質(zhì)因素； 由公式夂=3*?5 Wsq-L1Mm) I (2*ZS)獲得雙饋電機(jī)定子有功功率慫，其中&為雙饋電機(jī)定子電壓，Ψ59為雙饋電機(jī)的額定勵(lì)磁，為雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子無(wú)功電流，^為雙饋電機(jī)的定子和雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間的互感，4為雙饋電機(jī)的定子電感； 其中，Us的大小為定子的瓜AC相相電壓士、辦和Uc的幅值大小，Ψ3<1的大小為定子電壓K的幅值大小的l/?s倍，ω5=2ν/，/為電網(wǎng)頻率； 將所得到的雙饋電機(jī)有功功率及與帶通濾波器AG)相乘，獲得風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的脈動(dòng)量; 步驟四:進(jìn)行相位幅值補(bǔ)償 將步驟三中獲得的風(fēng)剪塔影脈動(dòng)的脈動(dòng)量與相位幅值補(bǔ)償單元G(S)相乘，獲得經(jīng)過(guò)延遲處理的脈動(dòng)量； 所述的相位幅值補(bǔ)償單元^Cs)為一階慣性環(huán)節(jié)，其公式為f Cs)=命/(7+s/1)，其中，時(shí)間常數(shù)Τ=\&?Φ / ω鄭'Kp為幅值補(bǔ)償系數(shù)； 步驟五:對(duì)有功功率進(jìn)行取反計(jì)算 將第步驟四中經(jīng)過(guò)延遲處理的脈動(dòng)量進(jìn)行取反處理，獲得經(jīng)過(guò)延遲和取反處理的脈動(dòng)量，其中，取反處理的公式為 步驟六:獲得雙饋電機(jī)的無(wú)功電壓指令信號(hào)Vrd* 將雙饋電機(jī)DFIG處獲取的雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子a、6、c相的電流值，即a相電流值ia、b相電流值ib和c相電流值ic進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得雙饋電機(jī)DFIG的實(shí)際無(wú)功電流值ird和雙饋電機(jī)DFIG的實(shí)際有功電流值irq ,進(jìn)行坐標(biāo)變換的公式為:
【文檔編號(hào)】H02P9/00GK103840481SQ201410002383
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】張興, 謝震, 滕飛, 呂高飛 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)