风电机组轴系扭振综述,该文是关于风电方面本科论文范文跟轴系和综述和机组方面论文范文数据库.
风电论文参考文献：
摘 要：本文全面说明了目前国内外对于风电机组轴系扭振研究结果.首先介绍了轴系扭振的基本概念,分别从动力学角度与电气学角度分析了轴系扭振的成因.然后阐述了常用的几种轴系模型和研究方法并阐述了每种研究方法各自的优缺点,着重介绍了几种抑制轴系扭振的方法.最后指出近年来的发展现状以及需要进一步解决的问题.
关键词：风电机组；轴系扭振；抑制措施
近年来,风力发电正在迅速发展.随着风电装机容量与并网规模的快速增长,人们对于风电研究的关注点从电能质量扩展到别的可能危害电力系统稳定的一些问题.20世纪70年代,美国Mohe发电厂发生了两次汽轮发电机组轴系次同步扭振事故,均导致机组大轴损毁,引起了研究人员的注意.从20世纪80年代以来,我国也发生了一些扭振事故,一些电厂如托克托等也同样面临着威胁.
一、产生机理
风电机组轴系扭振是由于电力系统不同的电气故障扰动导致轴系异常振荡引起的现象,这种振荡对风电机组的稳定运行非常不利.风力发电机的轴系由桨叶片带动旋转时,各部件之间因为某种瞬时扰动产生大小、相位不同的相对扭转角度与速度波动,从而形成了扭转振动.
最早的风机研究和建模主要集中在单台风力发电机上,然而复杂的电力系统中发电机组数目庞大,如果对每一台发电机建模,则会引起“维数灾”问题.对多机电力系统研究通常是只保留待研究的发电机组,将其他机组进行简化,虽然这种方法简单,但是没有理论依据,研究时应考虑机组间是否有扭振相互作用.随着电力系统的不断发展,大型风电场并网已必不可少.经串补线路并入大型风电场可能引起轴系扭振的现象,也受到了学者们的关注.
随着风机转速的增加或输出功率的增高,串补率越高,机网扭振会更明显.形成风力发电机组轴系扭振的原因可以从不同的角度分析.从动力学的角度来看,不确定因素风力变化较大,产生的交变扭矩使得传动轴不断扭转出现疲劳损伤,绝大部分的扭振都是由这些小扰动引起的,也有少数是大扰动造成的扭振,比如严重的电网故障；从电气学角度分析,若电气参数设置不当,也可能会发生轴系扭振.
二、轴系模型和研究方法
轴系扭振可以分为次同步扭振和扭转振荡.两种问题由于机理不同,研究方法也不相同.次同步扭振一般是由串补电容、HVDC 等引起的,研究此类问题的方法一般有:复转矩系数分析法、频率扫描法、模态分析法;扭转振荡是由于系统的各种急剧扰动(如短路、误并列、重合闸等)引起,而第二类扭振问题的研究一般使用时域仿真法.
在研究扭振现象时,合适的质量块的选择也极为重要.质量块越多,计算精度越高,模型越接近实际,但同时搭建过程和仿真也更加复杂.单质量块模型最简单,但这种模型比较粗糙.针对扭振研究通常搭建的都是两质量块和三质量块系统,在精度上对大部分风电机组已满足要求.图1将叶片等效为一个质量块,发电机转子和齿轮箱等效为另一个质量块（即风轮-发电机转子）,用两质量块模型作为研究对象,设计了附加阻尼控制器,如图1所示,在抑制风机轴系扭振上具有较好的效果.
由于风电机组轴系具有很大的柔性,因此改变转速比的齿轮箱也较为重要,所以很多文献在建立模型时,考虑较为精确的三质量块模型.采用如图2所示的适合动态特性分析的三质量块模型,主要由叶片、低速轴和包含发电机转子的高速轴组成,对双馈风力发电机组扭振抑制进行了研究.为了与实际更加接近,一些文献也会用到四质量块模型.
电力系统次同步振荡的研究方法有：复转矩系数分析法、频率扫描法、时域仿真法、模态分析法.通常情况下在初步筛选时用频率扫描分析法,复转矩系数分析法、时域仿真法以及模态分析法可以定量分析.
1.复转矩系数法
复转矩系数法对电磁复转矩系数和机械复转矩系数的实部和虚部分别进行了频率扫描,若两系数的代数和虚部大于零,实部为零,该模态为稳定模态；若不满足此条件,则系统会发生扭振.
2. 频率扫描法
频率扫描法是可以预判系统是否受到潜在的次同步振荡威胁的一种方法.频率扫描法通过在机端注入三相对称电流,然后连续变换注入电流的频率,计算从待研究的发电机转子向系统侧看进去的等值阻抗,若某阻抗发生突变,则该频率为电网的电气谐振频率,若某机械共振频率与此频率的和等于工频,则会发生次同步振荡.
3.时域仿真法
时域仿真法首先应该建立电力系统元器件以及机网接口等研究次同步振荡所涉及的数学模型.随后,用数值积分的方法逐步求解代表整个系统的微分方程组,得到的曲线可直观地显示出各变量随时间的变化.
4. 模态分析法
模态分析法是分析次同步振荡较为精确、使用较多的一种方法.模态分析法首先计算出系统稳定的运行点,在该点附近对系统线性化用矩阵表示.然后根据计算出的特征根及其向量,判定系统是否稳定.
三、抑制措施
为了避免严重的轴系事故,寻找控制措施变得尤为重要.为此,国内外学者根据机理的不同分别研究了许多的解决方案,有继电保护装置、滤波和附加阻尼等.
1. 继电保护装置
典型的防止扭振的继电保护装置有扭振继电器,如果检测到发电机的轴系机械扭转应力过大,扭振继电器会将该机组解列.
2. 滤波器
通常使用的有静态阻塞滤波器、动态滤波器以及在控制系统中直接安装滤波器等.
静态阻塞滤波器抑制次同步扭振发生的机理是将有害电流分量滤除,防止此分量进入发电机内.动态滤波器若检测到有害电流,会向系统中接入电压源或注入电流,产生一个与有害电流大小相等相位相反的电流,用来抵制或减小此次同步频率振荡电流.但是由于造价昂贵,迄今尚无运行实例.
3. 自抗扰控制（ADRC）
由于有风速、转矩等不确定因素,现有条件对不确定因素无法精确建模.自抗扰控制器把系统未建模因素和外界扰动看作总扰动,使用扩张状态观测器进行在线估计,并在非线性前馈补偿控制中对扰动部分进行补偿,实现非线性系统动态反馈线性化.风电机组可以通过调节发电机转矩来抑制传动系统的扭矩波动,从而减小风电机组传动系统的扭转载荷.
4. 附加励磁阻尼控制
风电机组轴系本身缺乏机械阻尼,传统使用的定速风机直接与电网相连,电网为定速风电机组提供阻尼.如今变速风机开始大量使用,变速风机转子可以以任意的速度旋转,其动态过程与电网是解耦的,电网无法为它提供阻尼,因此需要增加电气阻尼来预防轴系扭振.来自转子振荡的信号经过比例移相环节之后,可通过励磁系统控制增加系统的有效阻尼来抑制轴系扭振.通常当轴系发生扭振时,加入带通滤波器及比例移向环节,使得附加阻尼后起到正阻尼的作用,从而抑制轴系扭振.
5. 柔流输电系统(FACTS)
柔流输电技术由一些可快速控制的器件组成,并且由于响应速度高,控制方便等优点使得FACTS器件得到较为广泛的使用,同时如何抑制安装FACTS器件时的轴系扭振也成为大众关注的重点.（1）静止式无功补偿装置(SVC).SVC可以用来改善输电线路上的电压分布并且增加动态和暂态稳定性极限.电力系统中的SVC 安装很可能导致扭振现象.根据电力系统条件和SVC控制器的参数的大小,可决定扭振现象是否会发生.现今含有电压控制SVC对次同步谐振有一定的抑制效果.
（2）晶闸管控制的可控串联补偿装置（TCSC）.TCSC 的作用是抑制在故障状态下的扭振互作用现象.它的优点是增加了传输网络中的功率传输能力.它可以快速、持续地对传输线路上的系列补偿容量进行控制,能够动态地控制线路上的功率流动.TCSC 还可以提供电阻性阻抗,为了多次同步频率进行衰减,其阻抗元件随升压因子的增加而增加,它是由TCSC提供的容抗的比率,并增加总的线路电阻.利用TCSC 在次同步频率上可以提供更多的阻尼,会有更为明显的抑制效果.对于可控串联补偿装置的研究虽然已有许多年的历史,但由于串联补偿电容是首次引发不稳定扭振损坏事故的原因,且目前国内对于TCSC 控制的研究还不够全面,所以对于TCSC的研究,安全与稳定问题不可忽视.
（3）统一潮流控制器（UPFC).统一潮流控制器同时具有无功补偿、移相、电压调节、控制线路潮流调节分布、提高电力系统等功能,是目前功能比较强大的FACTS装置.但是在使用UPFC装置抑制系统轴系扭振方面,目前国内外的研究还比较欠缺,得到的成果也都不太全面.
（4）静止同步串联补偿器（SSSC）.静止同步串联补偿器的工作原理是通过注入一个可控电压,此电压和线路电流有一定相位差,从而形成电压差来改变阻抗.文献[7]设计了多模式阻尼控制器来抑制SSR,通过带通滤波器来滤出系统所有扭振模式的信号,对相位补偿,这样在所有扭振频率的附近都能够完全补偿.
(5) 静止同步补偿器（STATCOM）.STATCOM是一种具有良好的动态响应特性的无功补偿装置,应用于风电场的STATCOM可以有效地提高风场的静态稳定性及动态特性,有效克服输电距离限制的问题,而且合适的控制策略可以在发生系统震荡时提供需要的阻尼.STATCOM有快速响应的特点,通过抑制风机母线电压的波动,减轻轴系的扭振程度.
在目前各种轴系扭振抑制措施中,对自抗扰控制的研究还不太全面,需要进一步研究.附加阻尼控制技术应用较为成熟,能够有效抑制轴系扭振；FACTS器件中,SVC、TCSC等为采用晶闸管半控器件的FACTS装置,而采用全控电力电子器件的SSSC、STATCOM等新型的FACTS装置有更好的调节速度,可以重点研究.综合技术经济等各方面因素考虑,增加电气阻尼由于其造价低廉,效果较好成为国内外研究的重点,具有很好的发展前景.
本文说明了目前国内外轴系扭振的研究现状,论述了轴系扭振的成因,然后阐述了几种研究方法与抑制方法的优缺点.研究中发现,还有以下问题需要解决:一是现有文献通常只考虑单种因素导致的轴系扭振,由于现实生活中不确定因素很多,所以应该考虑多种因素协同导致的轴系扭振情况.二是由于风电机组的不断扩大,对单机系统的轴系扭振分析意义不大,因此在对大型风电机组仿真分析时,应当遵循简化原则且注意所用的分析方法是否适合大型风电机场.三是虽然目前已有多种轴系扭振抑制措施,但是由于造价、技术性等各种原因,目前仍然没有一种非常可靠的实际抑制措施.
参考文献
[1]Kuanyin Tian,Peng Wang,Wenping Qin,et al.Fatigue reliability analysis of wind turbines shafts caused by Sub- Synchronous oscilla?tions during power system fault [C]. Interna?tional Conference on Probabilistic Methods Ap?plied to Power Systems.2016,1109(10):1-6.
[2]宋少帅.双馈风力发电机次同步轴系扭振作用研究[D].保定：华北电力大学,2015.
[3]赵祖熠,解大,楚皓翔,等. 基于STATCOM 的双馈风机机网扭振抑制策略研究[J].电力科学与技术学报,2015,30(4)：48-56.
[4]徐政,罗惠群,祝瑞金.电力系统次同步振荡问题的分析方法概述[J].电网技术,1999,23(6): 36~39.
[5]姚兴佳,王晓东,单光坤,等.双馈风电机组传动系统扭振抑制自抗扰控制[J].电工技术学报,2012,27(1):136-141.
[6]R. Pillay Carpanen .B. S. Rigby.Analytical study of the impacts of an SSSC and its power flow controller on torsional interaction.Electr Eng (2014) 96:157–174.
[7]郑翔,徐政,屠卿瑞,张静.静止同步串联补偿器次同步谐振多模式阻尼控制器设计[J].高电压技术,2011,37(9):2321-2327.
[基金项目：贵州省电力系统智能化技术重点实验室建设（项目编号：Z103188）]
（作者单位：贵州大学电气工程学院）
归纳上述：上述文章是关于风电方面的大学硕士和本科毕业论文以及轴系和综述和机组相关风电论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
基于PLC变频器的智能风电机组防火灾系统设计
田佳,张立新,李继霞,祁晓敏,常明清,王石安（石河子大学机械电气工程学院,新疆石河子832000）摘要针对风电机组的火灾安全问题,设计了基于PLC变频器的智能风电机组防火灾系统装置 该系统利用日本三菱.
某风力发电场兆瓦级风电机组塔筒加固方案有限元分析
某风力发电场兆瓦级风电机组塔筒加固方案有限元分析太原重工股份有限公司技术中心 李永亮某风力发电场兆瓦级风电机组塔筒基础由于锚栓质量原因出现问题后,结合现场实际情况确定出两种较佳的塔筒加固设计方案 本文.
基于有限元法的兆瓦级风电机组塔筒静强度分析
摘要为了保证塔筒具有足够的强度和刚度,从而保证兆瓦级风力发电机组即使在恶劣的环境中也能够安全稳定运行,笔者采用新一代数字化产品开发系统UGNX软件建立了塔筒的有限元模型,并采用风电装用载荷计算仿真工具.
近二十年来国内关于张爱玲小说语言艺术综述
内容摘要近二十年来,国内关于张爱玲小说语言艺术的研究一直不断进行,主要侧重如下四个方向一侧重语言修辞手法的研究,二侧重语言特色的研究,三侧重语言风格的研究,四侧重语言陌生化效果的研究 这些研究极大地丰.