双馈风力发电机次同步轴系扭振作用研究

随着我国风电装机、并网规模的增加,风力发电机中的次同步振荡问题凸显。双馈风力发电机因其有功无功的解耦控制,成为主流的风力发电机型,但其转子励磁变换器可能给系统引入负阻尼,激发风机轴系振荡。本文从机理层面对双馈风电场外送风电时由于励磁控制系统参数设置不合理可能激发的轴系扭振问题(SSTI)进行了分析,主要内容如下:首先,建立了用于次同步振荡分析的双馈风力发电系统模型,包括轴系模型、感应发电机模型、励磁变换器模型、输电线路模型等各动态元件模型,并对定、转子变换器的工作原理、矢量控制策略进行了详细说明。在Matlab/simulink仿真平台上搭建了双馈风电机组经输电线路接入电力系统的仿真模型。然后,依据双馈风力发电系统单机对无穷大系统的拓扑结构,推导了包括轴系模型、感应发电机模型、励磁变换器模型、输电线路模型等各动态元件线性化方程,形成了全系统线性化方程,通过在稳态运行点求取特征根和参与因子,找出了影响轴系扭振的主导状态变量。研究结果表明:轴系扭振只与轴系相关的状态变量相关,与励磁变换器控制器参数没有相关性,即励磁变换器控制器参数不能激发双馈风力发电系统的次同步轴系扭振SSTI现象。最后,为了进一步验证特征值分析所得结论的正确性,利用转矩分析推导了从转子转速偏差量到定子输出有功功率增量的传递函数表达式,选取有代表性的RSC双闭环PI控制器参数,通过编制MATLAB程序得出传递函数的幅频特性和相频特性曲线,通过分析传递函数在轴系扭振频率范围内的幅频特性和相频特性曲线特性来分析SSTI现象,研究结果表明:转子侧变换器内外环比例系数改变不会影响阻尼性质,内外环积分系数可以改变阻尼性质,但内外环参数所产生的转矩分量幅值很小,阻尼作用可以忽略,转子侧变换器参数变化不会激发次同步轴系扭振SSTI现象。最后,对两种方法所得结论进行了时域仿真验证。