电励磁风机轴系谐振抑制方法及装置

摘要

本发明公开了一种电励磁风机轴系谐振抑制方法，其包括下列步骤：其通过在同步发电机与电网之间设置交直变换器和直交变换器将电励磁风机输出的不稳定的交流电压转换成稳定的交流电压馈入电网，向电网注入有功功率；通过所述交直变换器实现电励磁风机的转矩控制以及同步发电机单位功率因数运行，从而调节风机的输出功率，捕获最大风能；通过设置励磁调节器对同步发电机的励磁进行调节，控制同步发电机定子输出电压，同时增强系统阻尼，对电励磁风机轴系谐振进行抑制。本发明还公开了一种可利用上述方法的电励磁风机轴系谐振抑制装置，包括风机、同步发电机、交直变换器、直交变换器、励磁调节器以及控制器。

主权项

一种电励磁风机轴系谐振抑制方法，其包括步骤：将同步发电机的转子轴承与风机的轴承连接，将同步发电机的定子绕组与交直变换器的交流端连接，将同步发电机的转子绕组与励磁调节器的输出端连接，将交直变换器的直流端与直交变换器的直流端连接，将直交变换器的交流端与电网连接，将控制器与交直变换器、直交变换器和励磁调节器分别连接；其特征在于，还包括步骤：控制器根据下述模型获得交直变换器在M‑T坐标系下的M轴电压分量$v_{sm}^{*}=k_{p1}(i_{sm}^{*}-i_{sm})+k_{i1}\int (i_{sm}^{*}-i_{sm})dt+\frac{1}{k}\frac{d\left({\mathrm{cos\delta L}}_{md}{i}_f\right)}{dt}---\left(1\right)$式(1)中，k_p1和k_i1为控制器中第一PI控制器的控制系数，0<k_p1<1000,0<k_i1<1000；i_sm为同步发电机的定子M轴电流，其为标么值；为i_sm的给定值，其为标么值；k为交直变换器电压等效放大倍数，0<k<1000；L_md为同步发电机的转子d轴互感，其为标么值；i_f为同步发电机的励磁电流，其为标么值；δ为功角，单位为度；控制器根据下述模型获得交直变换器在M‑T坐标系下的T轴电压分量$v_{st}^{*}=k_{p2}(i_{st}^{*}-i_{st})+k_{i2}\int (i_{st}^{*}-i_{st})dt-{\omega }_{sm}{\psi }_{sm}/k---\left(2\right)$式(2)中，k_p2和k_i2为控制器中第二PI控制器的控制系数，0<k_p2<1000,0<k_i2<1000；i_st为同步发电机的定子T轴电流；其中，ψ_sm为同步发电机的定子M轴磁链，其为标么值，为同步发电机的转矩给定值，其为标么值；k为交直变换器电压等效放大倍数，0<k<1000；ω_sm为同步发电机的M轴旋转角速度，其为标么值；控制器根据下述模型获得励磁调节器输出的励磁电压$e_f^{*}=k_{p3}(i_f^{*}-i_f)+k_{i3}\int (i_f^{*}-i_f)dt+L_{md}\frac{d{\mathrm{cos\delta i}}_{sm}}{dt}-L_{md}\frac{d{\mathrm{sin\delta i}}_{st}}{dt}---\left(3\right)$式(3)中，k_p3和k_i3为控制器中第三PI控制器的控制系数，0<k_p3<1000,0<k_i3<1000；if为同步发电机励磁电流，其为标么值；其中，为同步发电机定子M轴磁链给定值，其为标么值；L_md为同步发电机的转子d轴互感，其为标么值；δ为功角，单位为度；i_sm为同步发电机的定子M轴电流，其为标么值；i_st为同步发电机的定子T轴电流，其为标么值；控制器将获得的和先经过dq‑abc坐标变换，得到三个量，坐标变换式子如下，其中θ为交流电压的同步角：$\left[\begin{array}{c}{v}_a^{*}\\ v_b^{*}\\ v_c^{*}\end{array}\right]=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\left(\begin{array}{cc}cos\theta & -sin\theta \\ cos(\theta -\frac{2}{3}\pi )& -sin(\theta -\frac{2}{3}\pi )\\ cos(\theta +\frac{2}{3}\pi )& -sin(\theta +\frac{2}{3}\pi )\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}{v}_{sm}^{*}\\ v_{st}^{*}\end{array}\right]$控制器将三个量作为控制信号送到交直变换器的三个桥臂的控制端，使得交直变换器输出相应的电压向量，以调节电励磁风机的输出功率，捕获最大风能；控制器将获得的作为励磁调节器中开关的控制信号，该控制信号调节励磁调节器开关的导通占空比，以实现对同步发电机定子电压的控制。