直驅(qū)永磁風電機組軸系扭振的非線性控制

王忠勇 ，李嘯驄

1.廣東石油化工學院計算機與電子信息學院，廣東 茂名 525000；

2.廣西電力系統(tǒng)最優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)重點實驗室，廣西 南寧 530004

風能的利用近年來得到了巨大的發(fā)展，但風電大規(guī)模并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來了新的挑戰(zhàn)，并網(wǎng)運行后電網(wǎng)的擾動或風速的變化會導(dǎo)致機網(wǎng)扭振，對風電機組的穩(wěn)定運行和設(shè)備安全產(chǎn)生很大的影響［1-5］。在大容量風電場中，嚴重的扭振現(xiàn)象會造成風電機組損耗加劇甚至損壞，影響電力系統(tǒng)的安全運行［6-7］。因此，深入研究風電機組的動態(tài)特性及其與電網(wǎng)的相互作用，以及風機軸系的扭振問題是保證機組安全運行的重要課題。

直驅(qū)永磁風電傳動系統(tǒng)具有“柔性”，受到電網(wǎng)擾動時軸系出現(xiàn)的低頻振蕩，使傳動軸出現(xiàn)應(yīng)力疲勞［8-12］。國內(nèi)學者已經(jīng)探討了風機的穩(wěn)定性運行和軸系扭振的問題［13-16］，已有學者對非線性控制理論應(yīng)用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析進行了深入的探討［17-19］。

本文基于直驅(qū)永磁風機（direct-driven permanent magnet synchronous generators，D-PMSG ）軸系扭振，建立了風機發(fā)電機組的模型，采用非線性控制策略實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制來抑制軸系間扭矩振蕩，仿真結(jié)果驗證了該控制策略抑制軸系扭振的有效性。

1 直驅(qū)永磁風電系統(tǒng)模型

1.1 風電系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)圖

風電機組系統(tǒng)采用如圖1所示的系統(tǒng)模型，由空氣動力學可知，風力機產(chǎn)生的機械功率為風力機從空氣中捕獲的風能，由（1）式表示：

式（1）中 ρ為空氣的密度，r為風力機葉片半徑，Vw為風速，Cp為風能利用系數(shù)，是γ和 β的非線性函數(shù)，β為葉片的槳距角，γ為風力機葉尖速比，ωw為風力機的轉(zhuǎn)速，P=Tωw。……