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双馈风机单机对无穷大母线系统
发表时间：2018-11-15 15:28 | 点击率：
风机 双馈型风电机组单机对无穷大系统。双馈异步电机的转子轴通过齿轮箱与风机相 连，电机的定子绕组通过输电线路连接电压和频率 恒定的无穷大母线，上由收敛变为发散。风机变频器其他调节参数对扭振模 式的影响较弱。输电线路包含变压器和电缆， 连接于异步电机端口的基于 PWM 的“背靠背”转 换器反馈到电机转子绕组上，为双馈感应电机提供 励磁电压。三质量块模型 风电机组机械旋转系统由叶片、低速轴、齿轮 箱、高速轴和发电机转子组成。指出所 有旋转轴系系统可以用若干质量块来描述其真实 系统的物理参数，且质量块的数目和自由度越多， 模型的精度也越大。文献[18]指出不同的应用场合 需要不同精度的质量块模型，其中两质量块模型适 用于电网故障下暂态稳定分析。 风机三质量块模型所示，其中有渐变阴 影效果的模块为集中质量块，集中质量块包括叶 片、低速轴和高速轴。
由于风机叶片的质量较大， 其惯性需要单独等效为一个质量块。低速轴具有一 定的柔性，可以等效为一个质量块。齿轮箱具有一 定的刚性，需要在模型中体现，大多数模型将其 单独做为一个质量块，但本文考虑到齿轮箱的 2 个 啮合齿轮转速不同，将其惯性分摊到高速轴和低速 轴。另外，高速轴和发电机转子的惯性集合为一个 质量块。并结合感应电机模型、 变频器模型和输电线路模型，建立了双馈风机单机 对无穷大系统的小信号稳定模型，对其进行模态分 析，并研究不同的电气参数对系统阻尼的影响，尤 其是加入转速控制器对系统扭振的影响，得到以下 结论： 1）对于不含转速控制器的双馈风机，其机械 轴系在系统中相对独立，轴系的扭振模式只由风力 机的低速轴和高速轴主导。相应的，输电线路串补、 变频器出口侧平波电抗以及变频器各个 PI 参数的 变化对轴系的两个扭振模式均没有显著影响； 2）转速控制器加强了机械轴系与电气系统的 联系，使得双馈风机单机对无穷大系统产生一个低 频振荡模式，该模式为轴系本身的零模式转化成的 机电振荡模式。转速控制器也增加了系统在扭振模 式上的阻尼，特别是由风机高速轴主导的扭振模 式，效果更加明显。同时，转速控制器的比例调节 系数越大，轴系扭振模式的阻尼越强，而积分调节 系数越大，阻尼则越弱，甚至会使系统在扭振频率上由收敛变为发散。变频器其他调节参数对扭振模 式的影响较弱。
由于风机叶片的质量较大， 其惯性需要单独等效为一个质量块。低速轴具有一 定的柔性，可以等效为一个质量块。齿轮箱具有一 定的刚性，需要在模型中体现，大多数模型将其 单独做为一个质量块，但本文考虑到齿轮箱的 2 个 啮合齿轮转速不同，将其惯性分摊到高速轴和低速 轴。另外，高速轴和发电机转子的惯性集合为一个 质量块。并结合感应电机模型、 变频器模型和输电线路模型，建立了双馈风机单机 对无穷大系统的小信号稳定模型，对其进行模态分 析，并研究不同的电气参数对系统阻尼的影响，尤 其是加入转速控制器对系统扭振的影响，得到以下 结论： 1）对于不含转速控制器的双馈风机，其机械 轴系在系统中相对独立，轴系的扭振模式只由风力 机的低速轴和高速轴主导。相应的，输电线路串补、 变频器出口侧平波电抗以及变频器各个 PI 参数的 变化对轴系的两个扭振模式均没有显著影响； 2）转速控制器加强了机械轴系与电气系统的 联系，使得双馈风机单机对无穷大系统产生一个低 频振荡模式，该模式为轴系本身的零模式转化成的 机电振荡模式。转速控制器也增加了系统在扭振模 式上的阻尼，特别是由风机高速轴主导的扭振模 式，效果更加明显。同时，转速控制器的比例调节 系数越大，轴系扭振模式的阻尼越强，而积分调节 系数越大，阻尼则越弱，甚至会使系统在扭振频率上由收敛变为发散。变频器其他调节参数对扭振模 式的影响较弱。
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