葉輪不平衡故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性分析及控制研究.pdf

1、風(fēng)能因其潔凈、綠色無污染而日漸成為世界各國爭相發(fā)展的新能源，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也因此成為世界領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量和葉片長度也快速增長，機(jī)組傳動鏈的柔性增大、阻尼變小，這使得風(fēng)力機(jī)氣動載荷的變化對整個機(jī)組的影響也變得更加復(fù)雜和不易控，因此研究氣動載荷變化對風(fēng)力機(jī)氣動特性、發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性以及相關(guān)控制策略的影響變得非常重要。葉輪不平衡故障是影響風(fēng)力機(jī)氣動載荷及其氣動特性的重要因素，也是風(fēng)電機(jī)組的常見故障。

2、目前對該故障的研究尚不夠全面，尤其是故障對發(fā)電機(jī)和相應(yīng)控制策略的影響研究還較少，故障診斷機(jī)制不完善。因此本課題以雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，針對葉輪不平衡故障展開了系統(tǒng)研究。首先分析了葉輪不平衡故障的常見類型和機(jī)理;重點(diǎn)闡述了故障對雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DFIG)電氣特性的影響以及如何建立故障的診斷機(jī)制;還研究了機(jī)組最大風(fēng)能追蹤(MPPT)控制策略與故障的交叉耦合;探索了如何通過改進(jìn)控制策略減少故障對機(jī)組發(fā)電效率和電能質(zhì)量的影響。具體的工作和研究內(nèi)

3、容如下:
　　(1)搭建了適合葉輪不平衡故障模擬和分析的仿真平臺，該平臺全面考慮了風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)、動量-葉素理論(BEM)、機(jī)艙和塔座以及傳動鏈的結(jié)構(gòu)動力學(xué)、雙饋發(fā)電機(jī)暫態(tài)特性及其矢量控制策略，為葉輪不平衡故障和機(jī)組特性仿真結(jié)果的正確性打下基礎(chǔ)。
　　(2)葉輪不平衡故障主要包括葉輪質(zhì)量不平衡和氣動不對稱。首先分析了葉輪質(zhì)量不平衡故障的機(jī)理，提出一種基于傳動鏈模型和dq坐標(biāo)變換相結(jié)合的分析方法，從而獲得了故障時雙饋風(fēng)力發(fā)電

4、機(jī)的電氣特性變化，主要包括轉(zhuǎn)子電流、定予電流和功率特性，并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(3)分析了葉輪氣動不對稱故障的機(jī)理，由于葉片翼型的改變，使得葉輪輸出的氣動載荷發(fā)生改變，引入了不對稱切向附加力、軸向附加力、附加轉(zhuǎn)矩和附加彎矩的概念，分析了氣動載荷的變化對DFIG電氣特性的影響，首次獲得了葉輪氣動不對稱故障下DFIG轉(zhuǎn)子電流、定子電流的變化特點(diǎn)，提出了一種基于DFIG定、轉(zhuǎn)子電流和功率特性的葉輪氣動不對稱故障診斷方法。

5、　　(4)分析了變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行區(qū)域和相應(yīng)的控制特點(diǎn)，重點(diǎn)討論了基于最佳功率-轉(zhuǎn)速曲線的最大風(fēng)能追蹤控制策略的兩種模式，并分析了MPPT控制與故障的交叉作用與耦合，結(jié)合轉(zhuǎn)子側(cè)變換器(RSC)矢量控制(VC)策略分析了故障對機(jī)組機(jī)電氣特性的影響，得出了一些新的結(jié)論。
　　(5)葉輪不平衡故障造成氣動轉(zhuǎn)矩周期波動，甚至較大幅度下降，不僅加劇機(jī)組的振動，影響機(jī)組的壽命，還會進(jìn)一步影響機(jī)組輸出的電能質(zhì)量，降低發(fā)電效率。這些問題與

6、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系柔性大、阻尼小存在很大關(guān)系。從機(jī)組動力源頭出發(fā)，分析了氣動載荷波動沿機(jī)組傳動鏈傳遞的過程，解析求解了機(jī)組的阻尼特征。提出了一種增加機(jī)組傳動鏈阻尼的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償策略，在一定程度上抑制了氣動載荷波動所造成的機(jī)組故障諧波，改善了機(jī)組電氣參量的波形，提高了電能質(zhì)量。
　　論文系統(tǒng)研究了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪不平衡故障的機(jī)理、故障對雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)電氣特性的影響、考慮了機(jī)組控制策略與故障的交叉作用以及載荷造成的諧波抑制策略。論文的研究