一种基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略制造技术

本发明专利技术公开了基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略，包括：先测试获取风电机组中发电机的物理转动惯量Jg，然后实时检测发电机转速ωg，降噪信号调理后得到ωg1，求取微分，最后按照式(1)添加附加的发电机转矩参考值：式(1)中，是原有常规控制下的发电机转矩参考值，是最终输出的发电机转矩参考值。或先测试获取发电机的物理惯性时间常数和风力机惯性时间的常数比c

【技术实现步骤摘要】
一种基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略


[0001]本专利技术涉及风电控制领域，具体涉及一种基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略。

技术介绍

[0002]近年来，现有的轴系主动阻尼只能较好的抑制轴系固有频率附近的扭振，对于持续性风速波动激发的宽频扭振不仅无效，甚至会产生负面效果。
[0003]中国专利CN202011374787.X公开了一种应对持续性风速激励下宽频受迫扭振的轴系电气阻尼虚拟配置方法，通过发电机转矩控制虚拟配置发电机电气阻尼，具体地，在变速段通过低通滤波降低中低频段轴系电气阻尼，在恒转速段通过降低转速环比例积分控制器的比例系数和增加低通滤波器降低轴系电气阻尼，可有效降低中低频段的轴系宽频受迫扭振。但该控制策略的设计需依赖完整的轴系参数，且参数整定依赖于经验；从扭振抑制效果来看，降载效果有限(测算降低疲劳损伤20％以内)，且无法覆盖风剪切和塔影效应激发的3P、6P、9P扭振分量。另外，这一控制仅改变发电机电气阻尼，对风电最大功率跟踪没有明显的提升效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略。
[0005]本专利技术提供了一种基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略，在发电机转矩控制中施加转动惯量虚拟配置，使虚拟配置产生的发电机电气转动惯量与发电机物理转动惯量恰好相抵消时，最大化地抑制轴系宽频扭振，包括：先测试获取风电机组中发电机的物理转动惯量Jg，然后在应用过程中实时检测发电机转速ωg，对发电机转速ωg经降噪信号调理后得到ωg1，对ωg1求取微分，最后按照式(1)添加附加的发电机转矩参考值，即可实现控制，
[0006][0007]式(1)中，是原有常规控制下的发电机转矩参考值，是最终输出的发电机转矩参考值。或先测试获取风电机组中发电机的物理惯性时间常数和风力机惯性时间的常数比c
H
，然后在最终输出的发电机转矩参考值的基础上增加一个单位延迟环节，得到以气动转矩Ta除以齿轮箱变速比ngb，随后与的偏差乘以c
H
，最后按照式(2)添加附加的发电机转矩参考值，即可实现控制
[0008][0009]式(2)中，是原有常规控制下的发电机转矩参考值，是最终输出的发电机
转矩参考值。
[0010]在本专利技术提供的基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略中，还可以具有这样的特征：其中，常数比c
H
的确定方法为：分别测试发电机的物理惯性时间常数Hg和风力机惯性时间常数Ht，则c
H
＝Hg/Ht，式中Hg是以额定功率加速到发电机额定转速需要的时间，Ht是以机组额定功率加速到风力机额定转速需要的时间，则
[0011][0012]在本专利技术提供的基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略中，还可以具有这样的特征：其中，气动转矩Ta的确定方法为采用传感器测量或观测器的方法获取。
[0013]专利技术的作用与效果
[0014]根据本专利技术所涉及的一种基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略，因为包括：先测试获取风电机组中发电机的物理转动惯量Jg，然后在应用过程中实时检测发电机转速ωg，对发电机转速ωg经降噪信号调理后得到ωg1，对ωg1求取微分，最后按照式(1)添加附加的发电机转矩参考值，即可实现控制，
[0015][0016]式(1)中，是原有常规控制下的发电机转矩参考值，是最终输出的发电机转矩参考值。或先测试获取风电机组中发电机的物理惯性时间常数和风力机惯性时间的常数比c
H
，然后在最终输出的发电机转矩参考值的基础上增加一个单位延迟环节，得到以气动转矩Ta除以齿轮箱变速比ngb，随后与的偏差乘以c
H
，最后按照式(2)添加附加的发电机转矩参考值，即可实现控制
[0017][0018]式(2)中，是原有常规控制下的发电机转矩参考值，是最终输出的发电机转矩参考值。
[0019]因此，本专利技术通过发电机转矩控制对发电机转动惯量进行虚拟配置，通过理论分析，明确得出将发电机转动惯量虚拟配置为0(即完全抵消发电机自身转动惯量)对轴系宽频受迫扭振最为有利。因此具有以下几方面的技术效果：
[0020]首先控制器设计只取决于发电机自身转动惯量，且设计过程中发电机转动惯量虚拟配置多少是明确的，使用更加简单。
[0021]其次，经过专业仿真软件测试，本专利技术技术方案比现有技术专利CN202011374787.X的扭振抑制效果更加显著。
[0022]再次，本专利技术对于风剪切和塔影效应激发的3P、6P、9P扭振分量也具有很好的抑制效果。
[0023]再次，经过专业仿真软件测试，本专利技术技术方案可以与专利CN202011374787.X的方法叠加使用，并取得更优的控制效果。
[0024]最后，本专利技术可以降低发电机等效转动惯量，风电机组最大功率跟踪过程中对动态风速的动态跟踪性能更优，在降载的同时还可以提高发电量。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的实施例1中不同Jg对频率特性的影响图(Jg粗调)；
[0026]图2是本专利技术的实施例1中不同Jg对频率特性的影响图(Jg在0附近细调)；
[0027]图3是本专利技术的实施例1中的基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略的控制器示意图；以及
[0028]图4是本专利技术的实施例2中基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略的控制器示意图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术一种基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略作具体阐述。
[0030]<实施例1>
[0031]在本实施例中，提供了一种基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略。
[0032]对于风电机组轴系，建立了表征风速扰动对轴系扭振影响的闭环传递函数该传递函数的幅频响应表示不同频率下受迫扭振幅度与风速波动幅度之比。根据理论分析结果，当发电机转动惯量为0时，相同风速扰动下的轴系扭振最低，见图1和图2。
[0033]图1是本实施例中不同Jg对频率特性的影响图(Jg粗调)。
[0034]图2是本实施例中不同Jg对频率特性的影响图(Jg在0附近细调)。
[0035]图1和图2中，“1.0Jg”表示发电机转动惯量为原始值，其它值表示将发电机转动惯量改变为原始值的某一倍数。
[0036]以此为理论基础，设计本实施例的技术方案。由于实际发电机的转动惯量难以更改，本实施例通过发电机转矩控制的手段，虚拟的配置发电机转动惯量。具体方法如下：
[0037]图3是本实施例中的基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略的控制器示意图。
[0038]如图3所示，先测试获取风电机组中发电机的物理转动惯量Jg(单位kg*m2)，然后在应用过程中实时检测发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于转动惯量虚拟配置的风电轴系降载控制策略，其特征在于，在发电机转矩控制中施加转动惯量虚拟配置，使虚拟配置产生的发电机电气转动惯量与发电机物理转动惯量恰好相抵消时，最大化地抑制轴系宽频扭振，包括：先测试获取风电机组中发电机的物理转动惯量Jg，然后在应用过程中实时检测发电机转速ωg，对所述发电机转速ωg经降噪信号调理后得到ωg1，对所述ωg1求取微分，最后按照式(1)添加附加的发电机转矩参考值，即可实现控制，式(1)中，是原有常规控制下的发电机转矩参考值，是最终输出的发电机转矩参考值，或先测试获取风电机组中发电机的物理惯性时间常数和风力机惯性时间的常数比c
H
，然后在最终输出的发电机转矩参考值的基础上增加一个单位延迟环节，得到以气动转矩Ta除以齿轮箱变速比ngb，随后与...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾锋，符杨，许喆，谭旭辉，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：